基于鉆孔的佛山市城市地質(zhì)三維建模系統(tǒng)研究

廣東省佛山地質(zhì)局 任榮 吳小輝

基于鉆孔的佛山市城市地質(zhì)三維建模系統(tǒng)研究

廣東省佛山地質(zhì)局 任榮 吳小輝

佛山市城市地質(zhì)調(diào)查開(kāi)展的目的是為了解決城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的城市地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題,通過(guò)建立基礎(chǔ)地質(zhì)、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)數(shù)據(jù)模型,將現(xiàn)有的工程、地質(zhì)、水文等資料通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)有機(jī)的組合起來(lái),利用計(jì)算機(jī)可視化圖形技術(shù),在空間的角度直接模擬地下地質(zhì)結(jié)構(gòu),形成了佛山市城市地質(zhì)三維模型。

佛山市三維建模數(shù)據(jù)庫(kù)

佛山市城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)通過(guò)對(duì)城市基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、地球物理、遙感、災(zāi)害地質(zhì)等多專(zhuān)業(yè)的地質(zhì)信息和成果進(jìn)行集成和綜合,綜合利用GIS、數(shù)字地質(zhì)、現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)城市地質(zhì)信息管理、更新維護(hù)、檢索查詢(xún)、分析評(píng)價(jià)、三維地質(zhì)模擬和成果顯示,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行城市地表與地下空間結(jié)構(gòu)組織與空間資源、地面沉降、地下水資源與質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)模擬。

一、系統(tǒng)架構(gòu)

佛山市城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)管理的數(shù)據(jù)主要分為原始資料數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、模型數(shù)據(jù)層、成果資料數(shù)據(jù)層等幾類(lèi),除原始資料數(shù)據(jù)層外,其他數(shù)據(jù)層都要用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理:

(1)原始數(shù)據(jù)層:各類(lèi)鉆孔(井)卡片中的野外現(xiàn)場(chǎng)描述、各種測(cè)試數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及地球物理的原始資料。(2)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層:系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)分析評(píng)價(jià)、三維建模所使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的集合,包括地理空間數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)、水文地質(zhì)數(shù)據(jù)、工程地質(zhì)數(shù)據(jù)、地球物理數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)據(jù)等。(3)模型數(shù)據(jù)層:城市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型、三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、三維地質(zhì)屬性模型的數(shù)據(jù)集合。(4)成果數(shù)據(jù)層:系統(tǒng)生成的各類(lèi)成果資料的數(shù)據(jù)集合,包括有關(guān)專(zhuān)業(yè)的成果圖件、城市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果、三維模型分析結(jié)果。

圖1 各類(lèi)數(shù)據(jù)關(guān)系圖

目前,佛山市城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括了基礎(chǔ)地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)三大類(lèi)鉆孔資料、遙感數(shù)據(jù)和各類(lèi)相關(guān)成果圖件。對(duì)于文本及數(shù)字格式的數(shù)據(jù),系統(tǒng)采用Oracle、Access數(shù)據(jù)庫(kù)表格的方式存儲(chǔ)和管理;對(duì)于圖件及圖像的數(shù)據(jù),系統(tǒng)是結(jié)合Mapgis的屬性管理外掛所有入庫(kù)的資料。

二、系統(tǒng)功能

(1)查詢(xún)分析及應(yīng)用。佛山市城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)主要包括資料查詢(xún)、動(dòng)態(tài)修改生成模型區(qū)域范圍內(nèi)地下剖面情況,任意位置及深度地下地質(zhì)體結(jié)構(gòu)切割,為城市建設(shè)規(guī)劃、工程勘察、地下開(kāi)挖等提供可視化服務(wù)?；A(chǔ)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)收集了近十幾年來(lái)佛山市各類(lèi)工程項(xiàng)目的鉆孔資料,通過(guò)不同專(zhuān)業(yè)劃分標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中,三維系統(tǒng)提供多種檢索查詢(xún)分析方法提取各類(lèi)基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)(多邊形查詢(xún)、鉆孔號(hào)查詢(xún)、通用查詢(xún))。系統(tǒng)利用現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料還可以動(dòng)態(tài)的生成各專(zhuān)業(yè)鉆孔柱狀圖(工程、水文、第四紀(jì)等)、鉆孔剖面圖及工程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。

(2)三維可視化。佛山城市地質(zhì)三維建模的基本思路是在野外資料調(diào)查基礎(chǔ)上,用計(jì)算機(jī)將人為選取的網(wǎng)格狀的鉆孔剖面圖立體化,交叉形成的區(qū)塊建立模型,最后組合形成整個(gè)工作區(qū)內(nèi)的城市三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。三維系統(tǒng)的主要功能是三維建模、分析應(yīng)用和漫游顯示等,目前佛山市城市地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目初步做了中心城區(qū)示范區(qū)的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型(圖2)。

模型較好的體現(xiàn)了示范區(qū)內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu),并且針對(duì)所作的模型進(jìn)行了系統(tǒng)主要功能的演示,如通過(guò)立體化的地質(zhì)剖面可以直觀的看到地形的起伏,斷裂的走向,各地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)及深度的情況。

圖2 示范區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型

模型的分析應(yīng)用功能主要是對(duì)建好的模型按照需要進(jìn)行各種不同形態(tài)的切割,如工程中基坑開(kāi)挖、管道鋪設(shè)或是地鐵修建時(shí)候隧道開(kāi)挖(圖3)等,可以讓專(zhuān)業(yè)人員直觀的了解地下地層結(jié)構(gòu),準(zhǔn)備把握工程所在地地質(zhì)條件,為下一步工作提供科學(xué)依據(jù)和判斷。

三、系統(tǒng)存在的問(wèn)題

佛山城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)是在MAPGIS基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)基礎(chǔ)上,針對(duì)佛山市城市地質(zhì)工作實(shí)際需要開(kāi)發(fā)的一套大型網(wǎng)絡(luò)化城市數(shù)字地質(zhì)集成信息系統(tǒng),它將適用于城市地質(zhì)查詢(xún)分析評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、三維地質(zhì)模型的建立顯示和城市地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)資源的共享服務(wù)平臺(tái),而目前還沒(méi)有做網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方面的工作,針對(duì)數(shù)據(jù)的安全性問(wèn)題、不同用戶(hù)的權(quán)限問(wèn)題等都有待解決,還有就是三維建模主要依據(jù)已有鉆孔資料,對(duì)地區(qū)要求性很高,需要小區(qū)域里面有大量平均分布的鉆孔才能建立相應(yīng)的模型,同時(shí)不能很好的解決地層倒序的建模問(wèn)題,系統(tǒng)對(duì)于斷裂的模擬真實(shí)程度不夠也將是下一步工作的重點(diǎn)所在。

[1]楊東來(lái),張永波,王新春等.地質(zhì)體三維建模方法與技術(shù)指南,地質(zhì)出版社,2007,9

[2]李清泉,李德仁.三維空間數(shù)據(jù)模型集成的概念框架研究.測(cè)繪學(xué)報(bào),1998,27(4):325～330

[3]李青元,林宗堅(jiān)等.真三維GIS技術(shù)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展.測(cè)繪科學(xué),2000,25(2):47～51

[4]鄭貴洲,申永利.地質(zhì)特征三維分析及三維地質(zhì)模擬現(xiàn)狀研究.地球科學(xué)進(jìn)展,2004,19(2):218～223

圖3 三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型模擬隧道開(kāi)挖外觀

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