沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交规范化

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00114

沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交规范化

赵雪迷^,¹, 张峰¹, 李鸿威², 孙涛³, 王晓云⁴, 崔博超¹, 郑江华^,¹

1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046

2.浙江大学地球科学学院，浙江杭州 310027

3.复旦大学中国历史地理研究所，上海 200433

4.兰州大学资源环境学院，甘肃兰州 730000

Standardization of data exchange of desert geological records and human activity trace data

Zhao Xuemi^,¹, Zhang Feng¹, Li Hongwei², Sun Tao³, Wang Xiaoyun⁴, Cui Bochao¹, Zheng Jianghua^,¹

1.College of Resources and Environment Science，Xinjiang University，Urumqi 830046，China

2.School of Earth Sciences，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China

3.Institute of Chinese Historical Geography，Fudan University，Shanghai 200433，China

4.College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China

通讯作者: 郑江华（E-mail: zheng_jianghua@126.com）

收稿日期: 2020-08-26 修回日期: 2020-10-24 网络出版日期: 2021-01-29

基金资助:

科技基础资源调查专项. 2017FY101004

Received: 2020-08-26 Revised: 2020-10-24 Online: 2021-01-29

作者简介 About authors

赵雪迷(1996—)，女，新疆克拉玛依人，硕士研究生，研究方向为遥感图像处理与数据库建设E-mail:Zhaoxuemii@163.com , E-mail：Zhaoxuemii@163.com

摘要

数据汇交是实现数据共享的前提，是实现科学数据的持续累积、科学整合和有效管理可持续发展的重要基础。分析了沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交规范化存在的问题，强调了制定沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交规范的必要性，根据沙漠地质记录和人类活动遗迹资料的数据特性，对数据分类并建立不同专题数据库，因地制宜采纳国际和国内现行的规范性参考标准，编制数据基本属性、建立专题数据字典和数据编码规则，拓展形成沙漠地质记录和人类活动遗迹数据的汇交规范，在此基础上提出元数据编制要求并建立基于元数据的数据汇交流程。本数据规范为同类型的研究提供了数据汇交规范化参考案例，为充分实现沙漠地质记录和人类活动遗迹数据的共享奠定了基础，并对数据共享的可持续发展具有重要作用。

关键词： 沙漠地质记录 ; 人类活动遗迹 ; 数据规范 ; 数据汇交

Abstract

Data exchange is the premise of data sharing， and it is also an important basis for the sustainable development of scientific data accumulation， scientific integration and effective management. Through the analysis of existing problem in the standardization of data of desert geological records and human activity traces， this paper emphasizes the necessity of formulating the standards of desert geological records and human activity trace data. According to the data characteristics of desert geological records and human activity traces， the data are classified and different thematic databases are established， and the current international and domestic normative references are adopted according to local conditions. According to the standards， the basic attributes of the data are compiled， the special data dictionary and data coding rules are established， and the collection data specification of desert geological records and human activity traces is expanded. On this basis， the requirements of metadata compilation are proposed and the data flow based on metadata is established. This data specification provides a reference case for the same type of research， lays a foundation for fully realizing the sharing of desert geological records and human activity trace data， and plays an important role in the sustainable development of data sharing.

Keywords： desert geological records ; human activity trace ; data specification ; data collection and exchange

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本文引用格式

赵雪迷, 张峰, 李鸿威, 孙涛, 王晓云, 崔博超, 郑江华. 沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交规范化. 中国沙漠[J], 2021, 41(1): 93-100 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00114

Zhao Xuemi, Zhang Feng, Li Hongwei, Sun Tao, Wang Xiaoyun, Cui Bochao, Zheng Jianghua. Standardization of data exchange of desert geological records and human activity trace data. Journal of Desert Research[J], 2021, 41(1): 93-100 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00114

0 引言

1999年以来，中国启动实施一大批科技计划项目和科技专项，积累了大量宝贵的科学数据和科技资料^［1］。为了推动科学数据的整合与共享，2001年科技部率先启动科学数据共享工程^［2］。2004年科技部、国家发改委、财政部、教育部联合启动了国家科技基础条件平台建设，如国家地球系统科学数据共享平台^［1，3］。数据汇交是数据共享的前提，实现科学数据的持续积累、科学整合、有效汇交和开放共享能够使科学数据被行业、政府和社会充分利用并发挥其价值和作用^［4-6］。随着数据共享平台逐步建立和完善，如何管理、汇交和共享科学数据逐渐成为各领域研究的重点^［7］。国家启动了科技基础性工作专项项目的数据汇交工作，并印发了《科学数据管理办法》，对科学数据的采集生产、加工整理、汇交保存和共享利用提出规定^［8-9］。同时，数据汇交对于促进科学数据的共享利用，增强国家科技投入的效益，提高中国科技计划项目管理水平具有重要意义^［10］。目前，国内外对数据管理与汇交的研究主要集中于水利^［11-12］、林业^［13］、农业^［14］、海洋^［15-16］和地球科学^［17］等领域，尚未有针对风沙地貌学这一领域数据汇交规范化的相关研究。尽管相关部门为统一化和规范化数据已颁布了一系列标准，但这些标准相互独立，应用领域和对象差异很大，难以直接应用。因此，制定出既能满足风沙地貌学领域实际生产需求，又能够兼顾沙漠地质记录和人类活动遗迹数据特点的数据汇交规范十分必要。

在气候变化和人类活动增强的背景下，中国是世界上受沙漠化（荒漠化）危害最严重的国家之一^［18］。中国的沙漠主要分布于温带与暖温带的干旱和半干旱地区，在各个沙漠中，都存在着许多古代人类活动遗迹^［19-20］。沙漠不仅是古代人类居住繁衍的地区之一，还是古代不同文明互相交流与传播的重要通道^［21］。另一方面，风沙地貌研究快速发展，对中国沙漠变迁和人类活动遗址的全面调查，将为风沙地貌学、地质学、考古学等学科提供基础科研数据^［22］。综合已有文献和部门调研，当前，沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交方案不明确，相关研究不深入，风沙地貌学目前尚缺少可借鉴的数据管理和汇交方案，沙漠地质记录和人类活动遗迹数据缺乏完整规范的数据汇交管理体系。受部门分割、数据散落、信息流通不畅等因素的影响，实现数据高效汇交目标与现实还具有一定的距离。本文依托科技基础资源调查专项“中国沙漠变迁的地质记录和人类活动遗址调查”项目，针对与国家地球系统科学数据共享平台对接的沙漠地质记录和人类活动遗迹数据管理和规范问题进行探讨，研究制定了一系列数据汇交标准规范，提出了基于元数据的数据汇交方法，重点描述了数据的基本属性、数据字典、编码规则和元数据编制规范，为实现沙漠地质记录和人类活动遗迹数据的共享奠定了基础，并为同类型的研究提供了数据汇交参考范例，服务面向生态文明建设的沙漠、沙地治理和区域社会发展国家战略制定。

1 数据来源与特征

1.1　数据来源

沙漠地质记录和人类活动遗迹数据是开展沙漠地质考察、勘探和科研活动中生产的基础数据，还包括基于基础数据按照不同的行业需求加工形成的数据产品和综合信息资源^［23］。按照数据的来源，可将沙漠地质记录和人类活动遗迹数据分为以下6类：

现场实测数据。经野外实地调查、测量获得的数据^［23］，如剖面厚度数据、样品深度数据等。

试验数据。通过特定设备对样品进行加工、实验和处理得到的数据^［24］，如沉积物粒度数据、沉积物可溶盐数据和遗迹年代数据等。

遥感与GPS数据。由各种航空、航天设施获取的数据，特别是卫星影像数据^［25］。GPS可以准确获取地物的空间位置，如经纬度和路径数据等。

估算和推测数据。在不能直接获得数据时，通过现存的数据和科学理论推测或估算以前或未来时期的数据^［26］，如沙漠地区水系、交通、聚落的变迁和沙漠化进程演变等。

历史数据。历史文献中记载的各类信息，通过整理并与地理学知识建立联系之后成为可用的信息，如与历史时期沙漠相关的事件、地名和人类活动遗址数据等。

集成数据。将已有数据经过合并、提取和变换等步骤后得到的新数据。

1.2　数据特征

准确地认识沙漠地质记录和人类活动遗迹数据的特征对挖掘数据价值、深化风沙地貌系统研究和实现数据整理、汇交和共享具有重要意义。沙漠地质记录和人类活动遗迹数据的数据特征主要体现在以下几个方面：

海量。随着互联网的广泛应用及沙漠地质数据资源调查、探测工作的持续推进，数据采集仪器和设备夜以继日地收集数据，获得的数据量随时间的累积大幅上升，并且数据量的增长速度也十分迅速。各种传感器数据获取能力的大幅提高，是数据量规模扩大的重要原因之一^［27］。

复杂性。沙漠地质记录和人类活动遗迹数据不但数据体量大，数据类型也复杂多变。随着互联网与传感器的飞速发展，非结构化数据大量涌现，这种数据没有统一的结构属性，提升了数据存储、处理的难度。

多源。多源不仅表示数据的来源丰富，还包括获取数据的方法和储存数据的格式多种多样。目前获取数据的方法种类繁多，包括遥感技术、GPS技术、统计调查、实地勘察、理论推导、科学估算等^［26］。数据的复杂性决定了储存数据格式的多样性，针对不同的数据格式需选择适合的储存格式和方案。

异构性。沙漠地质记录和人类活动遗迹数据的数据结构不统一，主要是由于采用的描述数据规范不一致，致使采集的数据结构不统一，其次是使用不同生产机构的数据采集仪器、设备也会造成数据结构的不统一。

多尺度。尺度是沙漠地质记录和人类活动遗迹数据的重要特征，其包括空间多尺度和时间多尺度。空间多尺度是指数据表达的空间范围大小和地球系统中各部分规模的大小^［28-29］。时间多尺度是指产生数据周期的不同长短及数据表示的时间周期。

除了上述特性，沙漠地质数据还具有高度计算复杂性^［30］、共享效益高和涉及领域众多等特征。

2 数据汇交的规范化

2.1　规范化技术流程

沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交规范化是一项跨学科、跨部门、跨地区，将数据获取、收集、存储、整合、管理、汇交贯穿为一体的工程。沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交规范化技术流程如下：①参照现行的标准确定数据基本属性，按照数据特性建立数据字典，根据数据类型编制数据编码规则，制定出数据汇交规范。②根据数据汇交规范将6个专题的数据进行整理、整合和规范化。③严格按照数据字典的要求保障数据类型和精度从而控制数据质量，对重复或者属性不全的数据进行剔除或补充，汇集各专题的数据形成专题数据库。④按照规范参考的元数据内容标准编制元数据以便于数据的管理、维护和更新。⑤为保证对接国家地球系统科学数据共享平台数据汇交的顺利进行，将整合好的数据库和元数据统一汇交到该共享平台上（图1）。

图1

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图1 沙漠地质记录和人类活动遗迹数据规范化流程

Fig.1 Standardization process of desert geological records and human activity trace data

2.2　规范参考标准

由于数据的收录、存储、维护、输出的过程没有形成一套完善的管理标准，数据管理者很难发现由于数据规范不统一而引发的数据不完整、数据格式不规范和数据冗余等问题，从而影响数据汇交和共享的进程^［30］。因此，在沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交规范编制时，充分考虑了所建数据库的特征，在标准条文中使用列项的方法阐述标准的内容^［31］，并参考了国内有关标准（表1），具有较强的针对性、稳定性、兼容性、实用性和可扩展性等特征。

表1 参考标准

Table 1 Reference standards

标准名称	标准编号	发布部门
全国地质环境图系空间数据库建设技术要求(征求意见稿)	—	国土资源部地质环境司、中国地质调查局
区域地质图图例	GB/T 958-2015	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
中华人民共和国行政区划代码	GB/T 2260-2007	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
数据和交换格式信息交换日期和时间表示法	GB/T 7408-2005	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
地质矿产术语分类代码	GB/T 9649-2009	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
基础地理要素分类代码	GB/T 13923-2006	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
国家基本比例尺地形图分幅和编号	GB/T 13989-2012	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
水文地质术语	GB/T 14157-1993	国家技术监督局
地理信息元数据	GB/T 19710-2005	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
信息与文献文件管理第1部分：通则	GB/T 26162.1-2010	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
地理信息影像与格网数据的内容模型及编码规则第1部分：内容模型	GB/T 35653.1-2017	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
地质信息元数据标准	DD2006-05	中国地质调查局

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2.3　数据规范化管理

2.3.1　数据基本属性

为了充分说明数据实体和元素，使数据实体的表述形式达到统一，本规范采用9个基本属性定义数据实体和元素（表2）。

表2 数据实体基本属性

Table 2 Basic attribute table of data entity

属性名称	说明
序号	用数字表示数据项的顺序
数据项名称	表示数据项的中文名称
数据项代码	表示数据项名称英文代码
定义或描述	对数据项确切含义的解释和描述
数据长度与类型	表示数据的基本类型，数字表示数据长度
约束条件	数据项选择条件的描述符，有如下的值：M（必选）、O（条件必选）、C（可选）
值域	表示数据的允许值范围
单位	表示数据内容特定衡量单位
备注	添加附加说明

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2.3.2　数据字典

本规范分6个专题（图1）开展数据字典的编制工作，除了按照9个基本属性进行描述外，还考虑了6个数据专题的特性。为了充分反映各专题数据的属性，针对不同的专题数据分别设计了数据字典，为了避免数据重复和混乱问题，规范了数据类型和填写说明。以风沙物质组成数据库粒度数据表为例，表中不仅定义了粒度数据的采样地点、时间、环境等基本信息，还定义了平均粒径、中值粒径、峰度、偏度等其他属性，通过对每个数据项的类型、长度和值域进行约束用以保证数据质量，使数据格式达到统一并完整地反映沙漠和沙地粒度信息（表3）。

表3 风沙物质组成数据库粒度数据表结构

Table 3 Granularity data table structure of aeolian material composition database

序号	数据项名称	数据项代码	定义或描述	数据长度与类型	约束条件	值域	单位	备注
1	统一编号	HJCAABQ	根据编码规则编号	C20	M	自由文本	/	沙丘类型、采样部位、沙丘走向、植被类型等按粒度分级填写
2	经度	HJBBBBH	球面坐标系的纵坐标	F8.4	M	浮点型数	/
3	纬度	HJBBBBI	球面坐标系的横坐标	F8.4	M	浮点型数	/
4	高程	HJBBBAL	采样的地面高程	F6.2	M	-154—8 848	m
5	采样时间	CYSJ	采样的具体时间	C20	M	自由文本	/
6	所属沙漠	SSSM	采样的具体地点	C30	M	自由文本	/
7	采样环境描述	CYHJMS	用于描述样地环境概况	C100	M	自由文本	/
8	粒度	LD	表示颗粒的大小	F6.2	M	浮点型数	/
9	平均粒径	PJLJ	表现土壤粒度的平均分布情况	F6.2	M	浮点型数	Φ
10	中值粒径	ZZLJ	表示粒度累积百分比曲线上50%处对应的粒径	F6.2	M	浮点型数	Φ
11	峰度	FD	衡量粒度频率曲线尖锐程度的参数	F4.2	M	浮点型数	/
12	偏度	PD	反映土壤颗粒的粗细分布特征	F4.2	M	浮点型数	/
13	分选系数	FXXS	表示土壤颗粒分布的离散程度	F6.2	M	浮点型数	Φ
14	图片编号	TPBH	根据图片编码规则编号	C100	O	自由文本	/

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2.4　数据编码

数据编码是数据存储、处理、交换和共享的前提，为了便于沙漠地质记录与人类活动遗迹数据管理和汇交，避免因数据定义、表述不统一造成的重复、歧义和混淆现象，使数据实体与专业术语一一对应，减少同物异名、同名异物等问题的发生^［32］，根据各专题的实际情况和数据特性对不同数据类型制定数据编码规则（图2），并为增强编码的可扩展性充分预留了编码位数，给数据持续更新和汇交提供保障。

图2

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图2 数据编码结构

Fig.2 Data coding structure

文本编码规则。文本编码是用文本形式对沙漠地质记录和人类活动遗迹数据属性进行编码，文本的编码由课题编号、数据表号、文本项代码等3类元素构成，共占8位。其中，课题编号1位，数据表号2位，文本项代码5位。例如，课题一剖面沉积物粒度数据表中剖面编号的编码表示为10100001、10100002。

图片编码规则。图片的编码由区域代码、任务组号、图片类型代码、图片代码4类元素构成，共占10位。其中，区域代码2位，任务组号2位，图片类型代码1位，图片代码5位。例如，古尔班通古特沙漠剖面沉积物粒度数据表普通照片图片编码表示为GT01100001、GT01100002。

遥感影像编码规则。遥感影像的编码由影像类别、条带号、行编号、影像日期等4类元素构成，共占15位。其中影像类别代码1位，条带号代码3位，行编号代码3位，影像日期代码8位。例如，Landsat8 OLI遥感影像的编码表示为014202820150609、014202920150609。

地质要素类编码规则。在着重考虑稳定性、唯一性、兼容性、实用性和可扩展性的基础上，确定编码由尺度、比例尺、图系类别、图名、图层和坐标系等6类元素构成，共占9位。其中，尺度代码2位，比例尺代码1位，图系类别代码1位，图名代码2位，图层代码2位，坐标系代码1位。例如，古尔班通古特1∶10万地质环境条件类沙丘类型分布图沙丘类型面图层的编码表示为GTO129030。

图元编码规则。图元编码采用要素类代码+图元代码，总计14位。其中，要素类代码9位，图元代码5位。例如，古尔班通古特1∶10万地质环境条件类沙丘类型分布图沙丘类型面图层图元的编码表示为GTO12903000001、GTO12903000002。

2.5　元数据研究

元数据具有数据描述、数据发现、数据获取、数据管理与交换等功能^［33］。数据管理、汇交、共享、维护、更新无法脱离元数据而存在，基于元数据的数据汇交能使数据提交部门和数据管理部门明确其承担的责任及义务。本研究对比分析国内现行地学元数据标准的核心元数据和语义，为弥补在风沙地貌学领域标准不统一的问题，对接国家地球系统科学数据共享平台的数据汇交，最终以地质信息元数据标准（DD 2006-05）作为构建沙漠地质记录和人类活动遗迹元数据的基础，按照该标准的7个元数据子集编制规范化后的沙漠地质记录和人类活动遗迹元数据，这7个元数据子集包括元数据信息、标识信息、数据质量信息、空间参照系信息、内容信息、分发信息、引用和负责单位联系信息。

2.6　数据库组成

沙漠地质记录与人类活动遗迹数据库以中国沙漠地区环境变迁和人类适应为主线，以沙漠及其毗邻地区沉积地层、人类活动遗迹和相关历史文献为对象，按照调查对象的不同分为6个专题开展整合工作，数据库有多个不同专题的子库组成（图3），主要包括以下几类：

图3

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图3 数据库组成框架

Fig.3 Database composition framework

沉积地层数据库。对能够反映中国沙漠区环境变迁的已有地质记录进行系统收集和梳理，同时通过野外考察对典型的沉积地层进行年代学、环境代用指标测试分析，建立沙漠地区沉积地层数据库。

古水文遗迹数据库。对沙漠内部河湖相沉积的空间分布进行系统的沉积学和年代学调查，并结合沙漠内部河湖相沉积的水化学和硅藻综合调查成果，形成古水文遗迹数据库。

风沙物质组成数据库。对中国沙漠进行综合考察，采集具有代表性的沙漠沙丘表沙、丘间地沉积物、干河床沉积物、冲洪积扇沉积物等样品，进行粒度、地球化学元素和矿物组成测试分析，并整理收集相关测验数据建立风沙物质组成数据库。

沙漠地貌类型数据库。根据经典风沙地貌分类方法，利用卫星遥感影像和GIS技术，通过野外实地考察和室内影像解译相结合的方法确定沙漠地貌的类型和空间分布，构建和编制中国沙漠沙地的风沙地貌类型和数字图集，建立沙漠地貌类型数据库。

人类活动遗迹数据库。对中国干旱区的人类活动遗迹进行全面详细的科学考察，通过确定不同遗迹的性质、年代、规模、环境、演变过程等基本信息，获得反映人类活动的数据和资料，建立人类活动遗迹数据库。

历史文献数据库。通过全面地查阅国内外与研究区域沙漠变迁相关的历史文献，收集文字档案、近代实测地图等资料，并对相关资料进行数字化处理，从而形成系统的沙漠地区历史文献资料数据库。

3 结语

针对沙漠地质记录和人类活动遗迹数据的特性，综合国际和国内的规范性参考标准，制定了沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交规范，建立了基于元数据的数据汇交流程，保障了多源数据的质量、规范了数据管理、方便了数据汇交，改善了沙漠地质记录和人类活动遗迹数据有效整合与管理，对风沙地貌学数据资源的整合与交换起到示范作用，有利于数据资源的开放共享，有利于科学数据的再利用和增值，对沙漠地质记录和人类活动遗迹数据可持续发展具有重要作用。然而，由于对数据的基础认识和数据限制等原因，沙漠地质记录和人类活动遗迹数据分类具有较强的针对性，今后需要根据风沙地貌学的发展和实际需求进行扩展。此外，本文着重对沙漠地质记录和人类活动遗迹数据汇交规范化进行了初步探究，后续研究中将结合数据管理和集成技术对建立科学的数据汇交体系做更深层次的探讨。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

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国内外科学数据管理办法研究进展

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