傳統的紙質模擬地圖是根據地圖模型和壹定的數學規律、符號、制圖原則和比例，在二維平面上表示地球空間實體和現象的形狀、大小、相互位置、基本屬性等。“數字地圖”就是儲存在計算機中的數字化地圖。壹般來說，數字地圖是以地圖數據庫為基礎，以數字形式存儲在計算機外部存儲器上，並能實時顯示在電子屏幕上的可視化地圖，也稱為“屏幕地圖”或“即時地圖”。
(1)地質圖
“地質圖”是壹切地質工作中的基礎圖。它用規定的符號和不同的顏色描繪壹個地區的地質現象，反映沈積巖、巖漿巖、變質巖、各種礦物、各種類型的地質構造線等。，並反映了它們的形成時間、分布和相互關系。在二維空間的平面上用三維形狀表現出來。金澤蘭等人在《地質圖的編制》中提出，地質圖是將地表出露的地質構造現象按比例投影到壹個平面上(通常有地形等高線，即地形圖)，並用規定的符號、色譜圖和圖案表示出來的壹種圖件。它是壹種服務於特定目的的符號表達，有選擇地表示地質對象的時空分布。地質圖上表示的地質對象，可以按照地質屬性的分類集合進行選擇，也可以按照地理範圍進行表示。壹般兩者結合。壹般來說，地質圖是現實世界的地質對象在人腦中的抽象和具體表達，是現實地質對象在圖紙上的映射。如圖7-11所示。
圖7-11認知模型地質圖
地質圖的壹般內容應包括地理要素(經緯度、坐標、地物、地貌)和地質要素(地質界線、構造線、礦層、礦體等。)，但是不同比例尺地圖的負載是不壹樣的。本文重點介紹地質要素，主要包括以下幾個方面:
1)地質界線:地質圖上的各種地質界線表示地表和土壤剝離後各種地質體的分布。具體來說就是各種地質體(沈積巖、變質巖、巖漿巖、礦層、礦體、構造線、斷層等)的投影。)和土壤剝離後的分布線，從而闡明壹個地區的地質特征。
2)構造線:根據比例尺選取地質圖上的構造線。規模大的時候，小的結構也要表現出來；當尺度較小時，只能代表較大的結構。構造線有幾種類型:①斷層構造:包括正斷層、逆斷層、逆掩斷層、平移斷層和復活斷層；②褶皺構造:在地質圖上，壹般產狀表示褶皺構造，而不是褶皺軸。褶皺構造包括向斜、背斜、反轉背斜、反轉向斜、隱伏背斜、短軸背斜和短軸背斜、穹狀構造和盆地構造；(3)裂縫、節理、片理、解理、流線型或波紋狀結構等。
3)產狀:主要指礦體或地層的走向和傾向。走向是與傾斜巖層或煤層水平面相交的直線的延伸方向。傾斜包括傾斜和傾斜。傾角是垂直於巖層走向的傾斜線的水平投影方向。傾角是傾斜平面和水平面之間在傾斜方向上的角度。
4)地層的接觸關系包括:①整合接觸:指同壹地區兩套沈積地層之間的接觸關系，沈積序列連續，產狀壹致，上覆地層沈積前，下伏地層未發生褶皺、傾斜或剝蝕；(2)不整合接觸:同壹地區兩套地層之間沒有明顯的沈積間斷或缺失，古生物演化序列不連續。兩組地層呈不整合接觸產狀，有的可以壹致，有的有明顯的角度相交。不整合接觸類型包括角度不整合和假不整合。③假整合(平行不整合):新老巖層相互平行，但其間往往存在長期的沈積間斷和明顯的侵蝕面。
5)礦體露頭:指礦體出露於地面的部分。
6)礦化帶:是地質圖上的主要內容之壹，應註明包含礦化帶、蝕變巖和標誌層。地質圖除上述內容外，還應顯示經緯網、比例尺、圖例、圖名和責任表。
顯示的信息類型非常復雜。大多數地質圖包含多邊形背景信息，這些信息表示地質單元及其覆蓋層，如水和冰。表達分隔多邊形的邊界線是非常重要的，它顯示了地質邊界類型的差異，如接觸關系。將這些背景數據疊加在壹起，可以得到許多線狀要素，如斷層、褶皺、巖脈，以及不同類型的點狀要素，如構造符號、樣本位置符號等。
(2)數字地質圖
數字地質圖(dgm)是地質圖的數字化表達。從認知科學的角度來看，數字地質圖是計算機技術應用於地球科學的結果，它將地理基礎和地質解譯數據記錄成計算機可讀的數字形式，以反映客觀的地質世界。嚴格來說，數字地質圖是地質空間對象、地質對象描述數據和圖例的交集。如果用集合數學來表達，那就是:
DGM={Oi，Aj，Lk} (7-1)
(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；k=1，2，…，y)
其中:Oi是地理空間對象集合，Aj是地理空間對象描述數據集合，Lk是圖例集合。壹般來說，對於給定的地質圖，在給定的空間域內可以有壹個地理空間對象；對於給定地理空間對象，可以有零個或j個描述性數據；對於壹個數字地質圖，只能有壹個圖例與之對應。
圖7-12數字地質圖定義的圖形表示
圖7-12模型中的每個閉合圓代表每個類對象或其壹部分。空間對象是現實地質世界中可以觀察到的具有幾何特征的地質元素(地質單元和地質構造)的數字抽象，可以在二維平面上表現為點、線、面。描述性數據是用空間對象表示的地質要素的地質屬性特征，既包括有形的物理特征，如顏色、裸露形態、紋理等，也包括肉眼看不到的化學成分、變質特征、地質時代、地質成因等。地圖圖例用於提取相似的(分類的)空間對象進行符號顯示。圖例還包括地圖範圍、比例、使用的分類標準、每種類型的空間對象和相應的顯示符號。
空間對象和描述性數據的交集是具有幾何圖形和屬性描述性數據的單個空間對象檔案。描述性數據和地圖圖例的交集是按照描述性屬性進行數據分類，空間對象和地圖圖例的交集是按照空間對象類型進行空間分類。
地圖是空間對象及其描述性數據和地圖圖例的交集。它也是單個空間對象存檔、空間分類和數據分類的交集。它是地質圖上真實地質世界的可視化數字表示。
根據這個定義，可以得到如下操作(圖7-12):
空間分類=地理空間對象∩圖例
數據選擇和分類=屬性數據∩圖例
地質對象=地理空間對象∩屬性數據
因此，圖例類似於過濾器。當地理空間數據庫建立後，要得到壹個數字地質圖，只需要根據繪圖的目的和用途設計圖例即可。然後通過圖例提取空間數據庫中的地質對象，即可得到所需的數字地質圖。用不同的圖例，可以得到不同主題的地質圖，如區域地質圖、礦產圖、石油地質圖等。
數字地質圖是礦產勘查評價所需空間數據的主要來源之壹，準確合理地利用這些空間數據是確定礦產資源儲量及其空間位置的基本保證。雖然大多數制圖者並不認同數字地圖在地圖繪制上比傳統方法更有效、更省時，但幾乎都認為數字地圖至少在數據更新上比傳統地圖更有效、更省時，數字地質圖在地質數據的再利用上已經遠遠超過了原設計的要求。數字地質圖可以根據需要進行不同比例尺和不同地圖投影的重繪和變換，並且可以方便地添加、刪除和修改地圖元素，以生成具有新用途的專題地質圖。數字地質圖可以與物化探遙感地質數據集成，用於地質礦產資源評價和預測，也可以與環境數據集成，用於地質環境評價。總之，數字地質圖的用途是多方面的，這使得地質圖在資源、環境、國民經濟建設和社會各方面的使用不受限制，意義重大。
2.數字地質圖數據庫要素
地質圖空間數據庫的組成部分主要包括:對象類、要素類、關系類、綜合要素類和要素數據集。構成地質圖空間數據庫的要素數據集分為三類:基礎要素數據集、綜合要素數據集和對象數據集。
(1)地質圖數據庫中數據對象的定義
地質圖空間數據庫組織模型將地質圖數據組織成關系數據對象:對象類、要素類、關系類、綜合要素類和要素數據集。對象類是地理數據庫中存儲非空間數據的表。要素類是具有相同幾何類型和相同屬性的要素的集合。要素數據集是空間參考系統中要素類的集合。關系類是由壹個關系規則組成的關聯集(對象之間的關系規則可以用關聯、依賴、組合、繼承來描述)。綜合要素類與要素類相同，是空間參考系中多個要素類的集合。在地質圖數據模型中，由復合的地質點、面、線要素實體類組成，但不與其他要素類形成拓撲關系。該數據模型中空間元素的定義更接近真實世界。這種面向對象的數據模型使用戶能夠根據具體需求進行擴展，具有用戶可定義性(指對象類)的特點。地質圖數據對象定義如下。
(2)地質圖元數據集
地質圖要素數據集是空間參考系統要素類的集合。在地質圖數據模型中，由地質點、面、線的實體類組成。要素數據集的空間參考指定了空間參考系統、空間域和精度，包括坐標系、投影系統和高度系統。
地質圖空間數據庫的坐標系可采用地理坐標系、北京54坐標系和Xi 80坐標系。地質圖空間數據庫的投影系統可根據不同比例尺進行選擇。我國基本比例尺地形圖除蘭伯特投影(1: 1萬)外，均采用高斯-克魯格投影。為了減少投影畸變，高斯-克魯格投影分為3度或6度帶狀投影。地質圖空間數據庫的高程系統采用國家高程基準1956黃海高程系統和1985。空間域描述了X和Y坐標的範圍、測量範圍和Z範圍，空間域描述了最大的空間範圍。確定要素數據集的空間參考後，可以更改坐標系，而空間域是固定的。
(3)地質圖要素類
具有拓撲關系、相同幾何類型和相同屬性的要素的集合稱為地質圖要素類。構成地質圖的點稱為地質圖點要素類，構成地質圖的線稱為地質圖線要素類，構成地質圖的面稱為地質圖面要素類。
(4)獨立元素類
在地質圖空間數據庫中建立不屬於任何要素數據集的要素類。其特點是獨立的要素類需要建立自己的空間參考坐標系，設置自己的投影系統參數和/X/Y域。在地質圖數據模型中，圖例和飾圖(如連接圖、圖例、綜合直方圖、責任表、切割剖面圖等角度圖)屬於獨立的元素類。獨立要素類可以采用平面坐標系。
(5)對象類別
在地理數據庫中，實體分為對象。具有空間幾何類型的對象稱為要素類，沒有空間幾何類型的對象稱為對象類。對象類是地理數據庫中存儲非空間數據的表。在地質圖數據模型中，壹個要素類通常對應多個對象類。當表中的對象使用不同的域時，子類型可用於形成不同域的對象類。
(6)綜合因素類
與要素類壹樣，它也是* * *空間參考系統的要素類集合。在地質圖數據模型中，由復合的地質點、線、面要素實體類組成。不與其他要素類形成拓撲關系。
(7)有效性規則
表和要素類存儲相同類型的對象，並具有相同的行為和屬性。當要素類和表中的對象在所有屬性中都具有有效值時，該對象稱為有效對象。如果其中壹個屬性包含無效值，則稱為無效對象。設計地理數據庫時，我們可以通過建立壹個或多個有效規則來確定如何判斷要素類或表中特定對象的有效性。有效規則:屬性域、連通性規則、關系規則和自定義規則。
(8)屬性域
屬性域是字段類型合法值的規則，用於限制表、要素類或子類型的任何特定屬性字段中允許的值。每個要素類或表都有壹組屬性域，用於不同的屬性和子類型，並且可以在地理數據庫中的要素類和表之間共享。屬性域可以分為範圍域和代碼域。
3.數字地質圖數據庫模型分析
研究數字地質圖數據模型的目的是為地質圖數據在計算機中的組織、存儲和應用提供壹種結構，這種結構應獨立於任何計算機應用軟件，並能在任何GIS系統中實現。數字地質圖建模是將地質圖中包含的數據組織成能夠更好地反映地質實體真實信息的有用數據集的過程。這是壹個合乎邏輯的組織。數據建模的過程分為三步:首先，選擇壹個數據模型來組織現實世界的數據；然後，選擇壹些數據結構來表達數據模型。最後，選擇壹些適合記錄數據結構的文件格式。壹個數據模型可以有幾個可選的數據結構，壹個數據結構可以有多種文件格式進行存儲[Bonham-Cater，1994；陳，1999】。如何使地質圖數據模型、數據結構、文件存儲格式有機統壹、自然過渡，並保持各自的獨立性，即各部分不隨其他部分變化？如何讓計算機更加智能，理解復雜的地質空間？這些都是數據模型要研究和解決的問題。
傳統的地質圖數據模型不能很好地解決上述問題，面向對象的技術和方法給我們帶來了曙光。面向對象的數據模型以單個空間地理對象作為數據組織和存儲的基本單位。與拓撲關系數據模型相反，地理空間是以獨立的、完整的、具有地理意義的對象為基本單位來表達的。壹個典型的例子是ESRI公司的地理數據庫模型。在具體的組織和存儲中，對象的坐標數據和屬性數據(例如建立了拓撲的壹部分，拓撲關系也存儲在表中)都存儲在關系數據庫中。用面向對象的思想重新組織和存儲數字地質圖數據，使數據的表達更接近人們對客觀世界的認識，其語義關系和內在聯系更合理，大大增強了高層次地質空間分析能力。該模型本質上更具概念性，更關註未來發展。它使數字地質圖獨立於任何給定的軟硬件結構。面向對象的數據模型可以在ArcGIS和Smallword等軟件中實現。
面向對象的數據模型要求點、線、面和註記分開存儲。給同類空間對象壹個唯壹的編碼。存儲時只存儲簡單的點、線、面實體對象，顯示輸出時根據代碼顯示其對應的符號或線型。這就是實體符號化，減少了空間數據的冗余，提高了空間分析的效率，體現了GIS和CAD最大的區別就是內容和表達的分離。通常通過類id的標識來區分各類空間對象，通過對應的(點)符號、線型和(面)填充來可視化實體對象。實體的代碼和符號存儲在外部符號庫中。面向對象數據模型的組成結構圖(圖7-13)。
圖7-13面向對象數據模型的組成結構圖
基於GIS的地質數據庫建立涉及的主要問題是系統的數據庫結構。空間數據庫結構的構建應從GIS理論的基本概念入手，涉及的主要內容有空間點、線、面圖形數據，空間圖元組合圖層和圖形等。壹般以GIS圖層為基本出發點，用分層的樹形結構來管理各個圖層。屬性數據和文本數據等結構化表格數據由關系數據庫系統(rdbms)管理，空間數據和屬性數據利用oledb等數據通信技術同時存儲。這樣，系統可以實現綜合查詢、數據統計、分析預測、圖形輸出、報表生成、數據表現等應用。建立地理數據庫，包括上述所有數據類型。通過目錄9.2中的樹文件目錄管理層，我們可以清楚地看到壹個地理數據庫可以包含的所有數據類型。包含所有數據類型的地理數據庫樹展開圖，如圖7-14所示。
ESRI提出的geodatabase空間數據模型將空間數據存儲在關系數據表中，空間對象或要素是表中具有幾何屬性的行。地理數據庫的對象模型包括三種類型的對象:對象、要素和關系。這些對象在關系數據庫中表示，如表7-1所示:
表7-1地理數據庫對象及其在關系數據庫中的表達
圖7-14包含所有數據類型的地理數據庫樹展開圖。
面向對象的數據模型具有對象管理、修改方便、易於查詢、檢索和空間分析等優點。根據存儲的數據類型，面向對象的數據模型包括六種類型:空間要素集、柵格數據集、TIN數據集、空間定位數據、域和規則。該模型采用面向對象技術，根據點、線、面、註記四種空間特征，將各類專題對象抽象成空間對象類，存儲在不同的空間表中。空間對象的幾何特征(圖形)和屬性特征，加上壹些操作，被封裝成對象的屬性和行為，存儲在數據表的列中。壹條記錄對應壹個點、線、面類型的空間對象，其存儲結構如圖7-15所示:
圖7-15以對象為中心的面向對象數據模型實現圖形和屬性的統壹存儲。
這種數據模型徹底解決了長期以來空間對象及其屬性數據物理分離帶來的諸多問題，進而實現了基於關系數據庫的GIS空間數據與其他非空間關系數據的集成管理，給GIS系統的開發和應用帶來了極大的便利。比如空間引擎可以用來操作空間和非空間數據，同時可以在大型關系數據庫中使用海量數據管理、事務、記錄鎖定、並發控制、數據倉庫等功能。
4.4的組合。GIS和數字地質圖數據庫
GIS是分析和處理海量地理數據的通用技術。借助GIS，在大量綜合信息的基礎上，進行空間采樣，對構造演化、火成巖活動、沈積相、成礦作用、模擬區域地質演化等復雜問題進行時空和多元統計分析，為成礦預測和礦產勘查提供了有力的分析工具。在數據豐富的前提下，GIS分析具有量化、定時、定位的特點，可以給出動態(不同時間、不同位置)的結果。借助深度和時間數據，GIS分析實際上可以擴展到四維空間。
頁（page的縮寫）Gardenfors提出在客觀世界和符號表達之間有壹個概念層。他把知識表達分為三層，即次概念層、概念層和符號層。通過子概念層感知客觀世界，然後將感知的內容抽象成概念進行分類，概念(分類)通過符號層表達。地理信息在概念層面形成，在符號層面表達，所以地理信息數據庫的建立就是通過對地理空間(客觀世界)在概念層面的抽象，形成壹個地理信息概念空間，然後將概念空間形式化為壹個本體化的地理信息空間，在計算環境中可以在符號層面(圖形)表達。
地質信息系統研究的關鍵問題之壹是構建圖7-16中的地質模型，目的是通過有限的、不完全的、有噪聲的觀測數據來推斷地下空間物質和能量的分布和流動。
圖7-16地質認識過程簡化示意圖
大多數礦物並不暴露在地表，而是深埋在地表。利用GIS的方法，我們可以通過了解上表層物質的空間分布來判斷礦床的可能性。在探礦和預測區域，壹些礦區和礦點通常是已知的，這些礦區和礦點具有許多空間和地理屬性。用以前的普通數據庫管理系統來直觀地表達它們，費時費力。GIS的出現為礦產資源評價和管理提供了前所未有的評價工具和手段。GIS是壹種計算機系統，它收集、管理、處理、分析、顯示和輸出來自各種來源的與地理和空間位置相關的信息。隨著GIS與RS(遙感)和GPS(全球定位系統)的“3 S”集成以及計算機互聯網的迅速發展，GIS將在地質找礦中發揮更大的作用。
目前，GIS與地理空間數據庫的結合主要體現在以下幾點:
(1)建立地質礦產數據庫。
描述礦區屬性的數據內容復雜，種類繁多，可分為屬性數據和空間數據。識別、分析和評價礦區的各種屬性信息也是非常重要的。因此，地理空間信息在礦產資源管理中發揮著非常重要的作用。在GIS的支持下，地質礦產數據庫可以結合礦產資源數據類型建立各種地理空間數據庫和屬性數據庫。利用GIS高級數據庫和圖庫管理，便於長期保存和修改各種地質圖件和數據。
(2)圖形顯示的直觀性和可視化。
專題地圖不僅是壹種重要的研究方法，也是研究成果的有效而直觀的反映。在地質數據庫的基礎上，GIS可以將各種數據或分析結果以專題圖的形式直觀有效地顯示出來，並可以進行交互式的設計、編輯和修改。在結果輸出上，GIS可以提供高質量的預報結果圖，直觀明了。GIS的這些功能可以有效地將各種礦產資源的文字描述與空間地理位置結合起來表達，大大提高了礦產資源數據的直觀性和可視化程度。
(3)空間分析功能
GIS的空間分析功能是GIS區別於其他計算機系統的主要標誌。地質數據庫系統涉及GIS的各種空間分析功能，結合地質“專家知識”，為實現大區域快速準確的成礦預測創造了有利條件。GIS易於吸收專家的經驗和知識，預測成礦具有空間直觀性，避免了預測中的人為因素；它可以彌補某些人工方法的缺陷(如確定受斷層控礦影響的寬度帶)。與傳統方法相比，GIS空間分析功能可以更快速地對大量數據進行對比分析，大大節省了時間，縮短了研究周期。
(4)多源信息的整合
地質數據庫的數據是多源數據。有不同精度、不同比例尺、不同數據源、不同格式的數據。在GIS的幫助下，可以將這些多源數據有機整合，可以提供多源地質數據(包括基於文字和數字的屬性信息和基於圖形圖像的空間信息)的集成管理，方便建立模型和進行空間模擬分析，使數據分析更加有效和量化。而且，它可以多尺度、多方位地反映某壹地區的地質和成礦信息。
可見，海量地質數據與GIS強大的空間信息處理分析功能的有機結合，是地質領域多源地質信息綜合分析預測成礦的劃時代理想工具。
通過以上三章的分析和論述，GIS在理論和技術上的日益完善和強大，使得基於GIS的地質圖數據庫的應用更加普及。從理論上講，地理空間和地理信息空間的點本質以及地理信息元組的概念為地理信息應用的建立提供了理論基礎和入口，特別是在地質領域。在技術上，以ArcGIS為代表的新壹代地理信息系統日趨完善:在地理信息的表達上，以本體為核心的地理信息表達為地理信息的表達和應用提供了強有力的工具，使得原有地理信息無法完成的知識發現、復雜環境建模等復雜應用在新的地理信息系統下成為現實；在地理信息分析技術方面，ArcGIS從地理信息庫(知識庫)、基於知識庫的智能可視化、地理信息處理三個角度為地理信息的各種應用提供了強大的工具。特別是在9.0版本開發之後，探索性空間數據分析方法的集成，使得從海量且日益復雜的地理信息中進行數據挖掘和知識發現，能夠以空間、時間和屬性的集成方式進行。