地质大数据包含哪些数据
A. 大数据下的地质资料信息存储架构设计
颉贵琴 胡晓琴
(甘肃省国土资源信息中心)
摘要 为推进我国地质资料信息服务集群化产业化工作，更大更好地发挥地质资料信息的价值，本文针对我国现有的地质资料信息集群化共享服务平台存在的缺陷和问题，基于现有系统的存储架构，设计了一种大数据下的地质资料信息存储架构，以便于我国地质资料信息服务集群化产业化工作能够适应大数据时代的数据存储。
关键词 大数据 地质资料 存储 NoSQL 双数据库
0 引言
新中国成立60多年来，我国形成了海量的地质资料信息，为国民经济和社会发展提供了重要支撑。但在地质资料管理方面长期存在资料信息分散、综合研究不够、数字化信息化程度不高、服务渠道不畅、服务能力不强等问题，使地质资料信息的巨大潜在价值未能得到充分发挥。为进一步提高地质工作服务国民经济和社会发展的能力，充分发挥地质资料信息的服务功能，扩大服务领域，国土资源部根据国内外地质工作的先进经验，做出了全面推进地质资料信息服务集群化产业化工作的部署。
目前，全国各省地质资料馆都在有条不紊地对本省成果、原始和实物地质资料进行清理，并对其中重要地质资料进行数字化和存储工作。然而，由于我国地质资源丰富，经过几十年的积累，已经形成了海量的地质资料，数据量早已经超过了几百太字节(TB)。在进行地质资料信息服务集群化工作中，随着共享数据量的不断增大，传统的数据存储方式和管理系统必然会展现出存储和检索方面的不足以及系统管理方面的缺陷。为了解决该问题，需要设计更加先进的数据存储架构来实现海量地质资料的存储。
而大数据(Big Data)作为近年来在云计算领域中出现的一种新型数据，科技工作者在不断的研究中，设计了适合大数据存储管理的非关系型数据库NoSQL进行大数据的存储和管理。本文将针对我国现有的地质资料信息集群化共享服务平台存在的缺陷和问题，利用大数据存储管理模式的思想，提出一种海量地质资料存储架构，改进现有系统存储架构，以便于我国全面推进地质资料信息服务集群化产业化工作。
1 工作现状
1.1 国内外地质资料信息的存储现状
在美国，主要有两大地质资料公共服务平台，分别是地球科学信息中心(ESIC)、地球资源观测和科学中心(EROS)，其目的是通过为社会和政府提供更加便利、快速的地质信息服务。20世纪90年代初，澳大利亚出台了国家地球科学填图协议，采用先进的科学方法和技术进行数据存储，从而形成了第二代澳大利亚陆地地质图。
目前，我国地质资料信息服务集群化产业化工作刚刚起步，虽然国土资源部信息中心已经开发了地质资料信息集群化共享服务平台，并倡导各地方用户使用该系统。但由于各个地方早期的工作背景不一致，因此各地方所使用的存储系统也不尽相同，主要有Access、SQL Server、Oracle、MySQL等系统。本文以国土资源部信息中心开发的地质资料信息集群化共享服务平台的存储系统MySQL为例说明。该系统是基于关系数据库管理系统MySQL的一套分布式存储检索系统。该系统的部署使得我国地质资料信息服务集群化产业化工作取得了重大进展，同时也为我国建立标准统一的地质资料信息共享服务平台和互联互通的网络服务体系奠定了坚实的基础。然而，该系统的研发并没有考虑到地质资料信息进一步集群化以及在未来地质资料信息进入大数据时代的信息共享和存储管理问题，也没有给出明确的解决方案。
1.2 大数据的存储架构介绍
大数据是近年在云计算领域中出现的一种新型数据，具有数据量大、数据结构不固定、类型多样、查询分析复杂等特点。传统关系型数据库管理系统在数据存储规模、检索效率等方面已不再适合大数据存储。NoSQL(Not Only SQL)是与关系数据库相对的一类数据库的总称。这些数据库放弃了对关系数据库的支持，转而采用灵活的、分布式的数据存储方式管理数据，从而可以满足大数据存储和处理的需求。NoSQL基于非关系型数据存储的设计理念，以键值对进行存储，采用的数据字的结构不固定，每一个元组可以有不一样的字段，且每个元组可以根据自己的需要增加一些自己的键值对，可以减少一些检索时间和存储空间。目前，应用广泛的 NoSQL 数据库有 Google BigTable、HBase、MongoDB、Neo4 j、Infinite Graph等。
2 大数据下的地质资料信息存储架构设计
根据国土资源部做出的全面推进地质资料信息服务集群化产业化工作的部署，国土资源部倡导全国地质资料馆使用国土资源部信息中心开发的地质资料信息集群化共享服务平台，实现地质资料信息的存储和共享。该系统采用了数据库管理系统MySQL作为数据存储系统。
为了与现有系统和现有的工作进行对接，并为将来地质资料进入大数据时代后的存储工作做准备，本文设计了一种能用于海量地质资料信息存储并且兼容MySQL的分布式的数据存储架构(图1)。
整个系统可以根据不同的用户等级分为不同的用户管理层，由于图幅限制，在图1 中仅仅展示了3级：国家级管理层(即共享服务平台用户层)、省级管理层以及市级管理层(可根据实际需要延伸至县级)。
每级管理层的每个用户可以单独管理一个服务器。如国土资源部信息中心可以单独管理一个服务器；甘肃省国土资源信息中心可以单独管理一个服务器，陕西省国土资源信息中心可以单独管理一个服务器；甘肃的若干个市级国土资源局可以根据需要分别管理各自的服务器。
在服务器上分别安装两套数据库管理系统，一套是原有的MySQL数据库管理系统，另一套是为大数据存储而配备的NoSQL型数据库管理系统。在服务器上还专门开发一个数据库管理器中间件，用于进行用户层和数据库的通信以及两套数据库之间的通信。
由于各个管理层都各自维护自己的数据库和数据。当用户需要进行数据存储时，他所影响的数据库仅仅是本地数据库，存储效率较高；当用户需要从多个数据库读取数据时，顶层的共享服务平台会根据用户需求进行任务分解，将任务分发给下层的管理层进行数据库读取，由于各个数据库并行读取，从而提高了数据库读取效率。
图1 大数据下的地质资料信息存储架构框图
2.1 用户管理层
用户管理层根据权限范围，分为多层(本文以3层为例)。
位于顶层的国家级管理层(共享服务平台用户层)负责用户访问权限的分配、与其直接关联的数据库的访问、下级管理层任务的分配等工作。
用户访问权限的分配是指为访问本共享服务平台的个人用户和单位用户分配数据的使用权限、安全性的设计等。
与其直接关联的数据库访问是指直接存储在其本地数据库上的数据的访问。在该数据库中不仅要存储所需要的地质资料，还要存储注册用户信息等数据。
下级管理层任务分配是指如果用户需要访问多个下层数据库，用户只需要输入查询这几个下层数据库的命令，而如何查找下层数据库则由该功能来完成。例如某用户要查找甘肃、陕西、上海、北京的铁矿分布图，则用户只需要输入这几个地方及铁矿等查询条件，系统将自动把各个省的数据库查询任务分派到下级管理层。
同理，位于下层的省级管理层和市级管理层除了没有用户访问权限功能外，其余功能与国家级管理层是相同的。各层之间的数据库通过互联网相互连接成分布式的数据库系统。
2.2 MySQL和NoSQL的融合
MySQL是关系型数据库，它支持SQL查询语言，而NoSQL是非关系型数据库，它不支持SQL查询语言。用户要想透明地访问这两套数据库，必须要设计数据库管理器中间件，作为用户访问数据库的统一入口和两套数据库管理系统的通信平台。本文所设计的数据库管理器简单模型如图2所示。
图2 数据库管理器模型
服务器管理器通过用户程序接口与应用程序进行通讯，通过MySQL数据库接口与MySQL服务器通讯，通过NoSQL数据库接口与NoSQL数据库接口通讯。当应用程序接口接收到一条数据库访问命令之后，交由数据库访问命令解析器进行命令解析，从而形成MySQL访问命令或者NoSQL访问命令，通过相应的数据库接口访问数据库；数据库返回访问结果后经过汇总，由应用程序接口返回给应用程序。
两套数据库可以通过双数据库通信协议进行相互的通信和互访。此通信协议的建立便于地质工作人员将已经存入MySQL数据库的不适合结构化存储的数据转存到NoSQL数据库中，从而便于系统的升级和优化。
2.3 系统的存储和检索模式
在本存储框架设计中，系统采用分布式网络存储模式，即采用可扩展的存储结构，利用分散在全国各地的多台独立的服务器进行数据存储。这种方式不仅分担了服务器的存储压力，提高了系统的可靠性和可用性，还易于进行系统扩展。另外，由于地质资料信息存储的特殊性，各地方用户的数据存储工作基本都是在本地服务器进行，很少通过网络进行远程存储，所以数据存储效率较高。
在一台数据库服务器上安装有MySQL和NoSQL型两套数据库管理系统，分别用于存储地质资料信息中的结构化数据和非结构化数据。其中，NoSQL型数据库作为主数据库，用于存储一部分结构化数据和全部的非结构化数据；而MySQL数据库作为辅助数据库，用于存储一部分结构化的数据，以及旧系统中已经存储的数据。使用两套数据库不仅可以存储结构化数据而且还可以适用于大数据时代地质资料信息的存储，因此系统具有很好的适应性和灵活性。
2.4 安全性设计
地质资料信息是国家的机密，地质工作人员必须要保证它的安全。地质资料信息进入数字化时代之后，地质资料常常在计算机以及网络上进行传输，地质资料信息的安全传输和保存更是地质工作人员必须关注和解决的问题。在本存储架构的设计中设计的安全问题主要有数据库存储安全、数据传输安全、数据访问安全等问题。
数据库设计时采用多边安全模型和多级安全模型阻止数据库中信息和数据的泄露来提高数据库的安全性能，以保障地质信息在数据库中的存储安全；当用户登录系统访问数据库时，必须进行用户甄别和实名认证，这主要是对用户的身份进行有效的识别，防止非法用户访问数据库；在对地质资料进行网络传输时，应该首先将数据进行加密，然后再进行网络传输，以防止地质信息在传输过程中被窃取。
3 结语
提高地质资料数字化信息化水平，是国外地质工作强国的普遍做法。为推进我国地质资料信息服务集群化产业化工作，本文针对我国现有的地质资料信息集群化共享服务平台存在的缺陷和问题，利用大数据存储管理模式的思想，基于现有系统的存储架构，设计了一种大数据下的地质资料信息存储架构，以便于我国地质资料信息服务集群化产业化工作能够适应大数据时代的数据存储。该存储架构的设计只涉及了简单模型的构建，具体详细复杂的功能设计和软件实现还需要在进一步的研究工作中完成。
参考文献
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[3]黄
B. 中国地质大学资源学院的大数据英才班就业方向是干啥的
一直大学的资格，绿的志愿也行，大约数据的英才例子，把你的业余的导向干部是干啥的？主要是为了提供志愿的他的
C. 理科和工科的区别，数据科学与大数据技术专业
工科是指如机械、建筑、水利、汽车等研究应用技术和工艺的学问。
工科是应用数学、物理学、化学等基础科学的原理，结合生产实践所积累的技术经验而发展起来的学科。代表性的学科有土建类、水利类、电工类、电子信息类、热能核能类、仪器仪表类、化工制药类等等。工科的培养目标是在相应的工程领域从事规划、勘探、设计、施工、原材料的选择研究和管理等方面工作的高级工程技术人才。主要是要培养实际应用能力的工作人员。 以上所述主要指传统工科，此外还有新型工科。新型工科是指为适应高技术发展的需要而在有关理科基础上发展起来的学科。我国清华、西安交大、哈工大等以工科见长。
一、传统基础工科
我们都知道，在工科学校的发展中，会从一些传统工科衍生出其他工科的学科，比如许多高校的控制系是从电机系或者化工系衍生出来。 对照清华大学、交通大学、中央大学、浙江大学民国时期工科的设置，我们认为传统基 础工科是电气工程(电机系）、机械工程(机械系）、化学工程(化工系)、土木工程(土木系）、建筑学(建筑系，清华过去称为营建系)五个学科。
二、基本总体工科
根据现在教育部公布的一级学科名单，我们剔除开设该学科的学校数目较少的工科比如 核科学等，统计如下学科，
化工、材料、环境、生医、机械、仪器、光工、动力、力学、土木、水利、建筑、电工 、电子、通信、控制、计算机共计17个学科，这些学科每个学科参加评估的学校均在5所及 5所以上。
三、热门工科
我们根据就业形势、生源质量以及社会相关产业发展形势，选取建筑、土木、计算机、 通信、电子、电气、控制等七个学科作热门工科学科
四、信息领域
现在全社会号称要进入信息时代，我们考虑计算机、通信、电子、电气、控制、仪器、 光工等七个学科.
理科(science departments)是指自然科学和应用科学，与文科相对立。
理科的主要学科有:数学、物理、化学、生物，还包括计算机软件部份。
大学理科专业：
一、数学类
0101 数学 0104 数理统计 0102 计算数学及其应用软件 0105 运筹学 0103 应用数学 0106 控制科学
二、物理学类
0201 物理学（专门方向：理论物理、半导体物理、固体物理、晶体物理、低温物理、光学、磁学、等离子体物理、电子物理） 0202 应用物理学 0203 原子核物理及核技术
三、化学类
0301 化学（专门方向：无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、生物化学、高分子化学） 0302 应用化学 0305 放射化学 0303 材料化学 0306 食品化学 0304 环境化学
四、生物学类
0401 植物学 0406 遗传学 0402 动物学 0407 细胞生物学 0403 微生物学 0408 生物化学 0404 生理学 0409 生态学与环境生物学 0405 植物生理学
五、天文学类
0501 天文学
六、地质学类
0601 地质学 0605 水文地质学与工程地质学 0602 构造地质学 0606 岩矿地球化学 0603 地震地质学 0607 放射性矿产地质学 0604 古生物学及地层学
七、地球物理学类
0801 地球物理学 0802 空间物理学
八、大气科学类
0901 天气动力学 0903 大气物理学与大气环境 0902 气候学 0904 大气探测学
九、海洋科学类
1001 物理海洋学 1004 海洋生物学 1002 海洋物理学 1005 海洋地质学 1003 海洋化学
十、力学类
1101 力学 1102 应用力学
十一、信息与电子科学类
1201 电子学与信息系统 1204 声学 1202 无线电物理学 1205 光学 1203 物理电子学 1206 微电子学
十二、计算机科学与技术类
1301 计算机软件 1302 计算机及应用
十三、心理学类
1401 心理学 1402 工业心理学
试办专业:
试01 信息科学 试06 微生物工程学 试02 经济数学 试07 生物医学电子学
试03 科技情报 试08 自然资源管理 试04 材料科学 试09 矿物岩石材料学
试05 分子生物学 试10 环境地学
现实世界中的事物是以数据的形式存储到网络空间（CYBER空间）中，数据被大量生产并储存到网络空间而形成数据资源。因而，需要探索网络空间数据奥秘的理论、方法和技术的一门新兴学科，即数据科学。
数据科学是未来发展方向，大数据是数字化生存时代的新型战略资源，是驱动创新的重要因素，正在改变人类的生产和生活方式。大数据是数据科学研究的一个方面，大数据的热潮促进了数据科学的发展。目前，数据科学研究受到越来越多的关注，近年来，有关数据科学的会议、期刊、论坛等也越来越多，世界各国纷纷成立数据科学研究机构，这些研究机构的成立推动了数据科学的快速发展。我国面临的问题不是要不要发展数据科学，而是如何开展数据科学研究工作，使得中国的数据科学研究处于世界领先地位。
D. 浅析大数据时代的地质资料管理
杜艳玲
(中石油勘探开发研究院资料中心)
摘要 长期以来，文字描述地质资料是记录地质信息的有效载体。随着大数据时代的来临，地质资料海量数据的发现与提取难度加大，地质资料信息化发展面临着二次开发与知识服务的新挑战。本文就地质资料管理的现状、管理中存在的问题进行了分析探讨，并就如何做好大数据时代的地质资料管理工作做了有益的探讨并提出了4个方面的意见和建议。
关键词 大数据 地质资料 信息化 二次开发
地质资料是地勘单位记录历史地质信息的有效载体，是工作得以有效实施的有力保障。随着社会发展进步及地质勘探技术的成熟，地质资料管理工作任务量越来越大。如何在大数据时代背景下完善地质资料的信息管理，成为所有档案工作者迫切需要解决的问题。
1 地质资料管理的现状
1.1 地质资料互相封闭
随着经济建设的快速发展，勘探开发专业人员对地质资料的需求量不断增大，但是由于大部分地质资料属于内部管理资料，只用于级别较高且承担着较大科研任务的项目使用，部分单位甚至为获取自身利益互相封锁资料，导致地质档案无法得到有效的利用。
1.2 地质资料的开发利用与资料保密处理不当
《地质资料管理条例》第十四条规定：地质资料馆和地质资料保管单位，应当建立地质资料的整理、保管制度，配置保存、防护、安全等必要设施，配备专业技术人员，保障地质资料的完整和安全。第十九条规定：地质资料馆和地质资料保管单位应当按照规定管理地质资料，不得非法披露、提供利用保护期内的地质资料或者封锁公开的地质资料。地质资料是地质工作价值的集中体现，当它实现项目所需的第一价值之后，一般就进入馆藏机构进行存储。但是地质资料还有后续价值，地质资料所承载的信息资源可以多次、长期、反复地开发利用。这样，一些国家保密矿种，国家规划矿区的地质资料一方面具有保密性，一方面又有开发利用的需求，这种矛盾显而易见。既不能一味强调保密，也不能无视《保密法》等相关规定，擅自开发利用，造成泄密。如何处理好利用与保密的关系、如何做到借阅有法可依、借阅有章可循，成为摆在所有档案工作者面前的一个难题。
1.3 地质资料的二次开发和深度开发效率较低
大量的地质资料源于长期勘探过程中的积累。如何发现已有资料的内部价值，以便延长其使用寿命，是摆在我国地矿工作者面前的紧迫任务，也是一项新的挑战。但是由于研究经费短缺、过去和现在成藏理论的限制、不同研究者研究角度不同结论不同等问题，使得我国地质资料二次开发利用率很低。据不完全统计，全国保存的非纸质介质地质资料，共有磁盘34.4万盒，磁带294.4万盒，胶片9.1万片[1]。但是由于有关人员对地质资料二次开发利用的重视程度不够，经费、人员也没有相应的落实，从而经验做法总结不够，没有形成对地质资料二次开发、深入开发的良好氛围。
2 地质资料管理面临的挑战
2.1 海量数据的提取面临新的挑战
在信息爆炸的今天，数据已经渗透到世界的每一个角落，且数据总量增长迅猛。据预测，未来每18个月，整个世界的数据总量就会翻倍，到2020年，世界的数据总量将会增长44倍[2]。以中石油勘探开发研究院为例，自1991年成立以来，已经累计积累了勘探开发资料71万件，其中包括探井36384口、生产井19617口井资料，以及研究院的各类档案92798万份，馆藏档案133186卷、786071件。面对不断丰富的馆藏资源，如何在海量的数据中快速而准确地检索到所需的信息，如何将档案资源转化为知识资源，传统的档案管理模式已经不足以满足工作需要。大数据时代的来临增加了地质资料寻找与提取的难度。
2.2 地质资料面临知识服务的挑战
大数据时代的资料用户已经不满足仅局限于数据或是文件的利用，而是希望能够获得数据背后的信息以及信息蕴藏的知识。与传统档案馆(室)藏资源或者其他应用相比，大数据时代下数字档案馆藏数量具有媒体形式多、数据量大的特点，大数据时代的用户需求变得更加个性化、多样化。特别是近年来，随着国际油价的持续攀升，矿权市场持续升温，地质资料的开发利用需求旺盛，地质资料管理人员转变为信息的咨询者和系统的服务者，这些都给地质资料的服务带来了挑战。
3 如何加强地质资料的管理
3.1 加强网络信息化建设
加强建设地质资料网络信息化建设，是提高地质资料利用率的有效途径。建立网络信息化可以实现声音、图像以及文字等多种形式的信息进行统一的处理、存储，改变了传统的地质资料信息管理只能着眼于纸张文字的单一表现形式，呈现给地勘人员更加丰富多彩的地质资料编研形式，提供了更加丰富鲜活的地质档案信息[3]。用微机对档案进行收集、筛选、加工，使之转化为微机软件形式的二次文件信息，从而作为电子文件数据提供利用。把纸质资料数据文件归档电子化，充分利用计算机、扫描仪，建立全文数据库，以便存储查找和利用，这既是地质工作现实的要求，也是档案管理的必然取向[4]。
对地质资料进行现代化信息建设可以很好地实现资料的详细记录，可以为以后的相关决策提供有力的依据，在很大程度上避免了由于突发性事件或是蓄意破坏而发生的资料丢失现象。对地质资料进行信息化建设可以远程服务实现对地质资源的共享，在编纂地质文档资料的时候可以有效地缩短对地质文献信息及地质文档编著的时间，更快、更好地提高现代地质资料信息的利用率。
3.2 建立地质资料目录检索数据库
大数据时代提供了海量的数据，如何在最短的时间内最快地检索到需要的数据，成为摆在所有档案工作者面前的一大挑战。地质资料目录检索数据库很好地解决了这一问题。国土资源部出版了《地质资料档案著录细则》，对如何著录地质资料进行了详细指导。数据检索系统智能化程度很高，可以根据使用者的需求，输入任意关键词，例如资料名称、井名、勘查程度、矿种或是几个关键词的组合，均可以从数据库中检索出有关的地质资料信息，方便快捷地为地勘人员提供服务。
3.3 拓展地质资料开发利用的方式方法
技术水平直接影响服务的效率和质量，大数据为地质资料的开发利用提供了很好的平台。拓展地质资料的开发利用方式要充分利用现代化服务手段，提升现代化服务水平。重视现代地质资料服务系统、技术和标准的开发，力争在系统交换和传输技术、新方法、新手段上下功夫，推进地质资料的整合和共享。同时加快内网外网和电子政务平台的建设，加强行业和部门互动，形成多层次、多部门社会化服务网络系统，实现地质资料的开发利用和信息共享。同样重要的是，要同步更新离线服务和在线服务方式方法，提升服务效率。离线服务要突出数据加工和介质拷贝服务，在线服务要提供数据检索和下载服务，配合电子邮件、传真、电话等形式，为用户答疑解惑，提供信息服务[5]。
3.4 加强地质资料的二次开发和深度开发
《国务院关于加强地质工作的决定》明确提出将“推进地质资料开发利用”作为新时期地质工作六大任务之一，充分体现了党中央、国务院对地质资料工作的高度重视，反映了经济社会发展对地质资料信息的迫切需求。地质资料具有形成成本高、应用范围广、可反复利用、经济社会效益潜力巨大等特点。地质资料的属性特征，决定了其直接价值和潜在价值远远大于其投资成本，决定了其反复永续利用的潜力。
地质资料的二次开发，绝不仅仅是对现有的地质资料进行第二轮简单的整理、归纳，而是以最新的找矿理论、技术和方法为指导，以改革创新的精神对原有的地质资料进行有效而又合理的加工、整理、归纳和总结，提炼出具有重要价值的信息资源。根据利用者的需求，组织相关的工作团队，通过人、财、物的投入，提高地质档案社会化服务附加值，从而推动地质资料的产业化[5]。
2003年英国地调局运用成本效益分析法和增值法对其经济效益进行了评估，结果表明：英国地调局在2001年为英国所做的贡献相当于其年度营业额的850～1525倍。另外，据其他国家测算，地质产品中的地质图，即使按最小价值计算，其价值也是填图成本的25倍[1]。新中国成立以来，我国累计投入了大约5000亿美元的地勘费，形成了大量的地质资料，通过对丰富的地质资料开发利用，为国民经济和社会发展作出了重大贡献。在大数据时代，必须提高地质资料的利用率，加大资料二次开发和深度开发力度，围绕用户的需求而不断地创新服务，提供多方面的优质服务。
4 结语
在大数据时代，地质资料海量数据管理与服务发生深刻的变化，我们要不断加强专业知识的学习，积极探索新的管理模式和管理方法，以新思维、新技术、新举措对待地质资料的现代化建设，以便于更好地为地质勘探事业服务。
参考文献
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