基于Mapgis的工程地質(zhì)資料集成與服務(wù)研究

摘要：為了充分利用已有的工程地質(zhì)資料，開展工程地質(zhì)資料二次開發(fā)，提出了基于Mapgis平臺管理的工程地質(zhì)資料集成與服務(wù)架構(gòu)，并就數(shù)據(jù)庫的建設(shè)以及平臺功能進(jìn)行了分析，從而為今后工程地質(zhì)資料的開發(fā)利用提供參考。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)，地質(zhì)資料，數(shù)據(jù)集成，地理信息系統(tǒng)

中圖分類號：P623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-9138-（2015）12-0050-54 收稿日期：2015-11-16

地質(zhì)資料是地質(zhì)工作形成的重要基礎(chǔ)信息資源，具有可被重復(fù)開發(fā)利用、能夠長期提供服務(wù)的重要功能。為了切實做好推進(jìn)地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化工作，2010年，國土資源部印發(fā)《推進(jìn)地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化工作方案》（國土資發(fā)〔2010〕113號），天津市國土房管局印發(fā)《天津市推進(jìn)地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化工作實施方案》（津國土房勘〔2010〕407號），提出“實現(xiàn)地質(zhì)資料收集全面化、整理標(biāo)準(zhǔn)化、錄入格式化、管理常態(tài)化”的目標(biāo)。多年來，伴隨著天津城市建設(shè)，工程勘察單位產(chǎn)生和積累了大量的工程地質(zhì)、巖土工程、環(huán)境地質(zhì)等方面的專業(yè)資料。經(jīng)初步統(tǒng)計，目前天津各主要勘察單位通過不同介質(zhì)存有35萬以上工程地質(zhì)鉆孔資料。開展工程地質(zhì)資料的地質(zhì)信息集群化工作，為城市規(guī)劃、城市建設(shè)、科研以及工程咨詢服務(wù)，發(fā)揮地質(zhì)工作的基礎(chǔ)性、保障性作用，提高地質(zhì)資料社會化服務(wù)水平。隨著計算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)的不斷發(fā)展，為海量數(shù)據(jù)的集成與服務(wù)提供了技術(shù)支撐。

1 資料集成與服務(wù)平臺架構(gòu)

通過對地質(zhì)資料、計算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理軟件等信息的收集與分析，提出了工程地質(zhì)資料集成與服務(wù)平臺架構(gòu)，該架構(gòu)從下至上分為數(shù)據(jù)源層、支撐平臺層、功能層、服務(wù)層（見圖1）。

1.1 數(shù)據(jù)源層

數(shù)據(jù)源層是整個系統(tǒng)的核心，所有的平臺、功能以及提供服務(wù)都是針對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理、組合、分析。按數(shù)據(jù)開源分為地理信息系統(tǒng)需要的地理底圖數(shù)據(jù)和工程地質(zhì)資料數(shù)據(jù)；按存儲結(jié)構(gòu)分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非機(jī)構(gòu)化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)源層有一個動態(tài)更新的過程，包括地理底圖的更新和新形成的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)的不斷增加。

1.2 支撐平臺層

作為數(shù)據(jù)資源發(fā)現(xiàn)和利用的動力支撐，通過大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與平臺提供的支撐處理技術(shù)，提供功能強(qiáng)大的處理環(huán)境，通過硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)的資源整合，開展復(fù)雜數(shù)據(jù)源的處理分析。

1.3 功能層

依據(jù)用戶的需求，按照標(biāo)準(zhǔn)的或者主流的計算方法，開展數(shù)據(jù)信息的智能分析和挖掘，為用戶提供快捷的數(shù)據(jù)分析通道。

1.4 服務(wù)層

通過對功能層結(jié)果的可視化展示和用戶自動的開展互動，以用戶熟悉、容易認(rèn)知的形式開展服務(wù)。

2 工程地質(zhì)資料數(shù)據(jù)源

工程地質(zhì)資料來源于開展的工程地質(zhì)調(diào)查、工程地質(zhì)勘察、地質(zhì)災(zāi)害危險性評估等地質(zhì)工作項目。在初始來源上為項目的成果報告、原始地質(zhì)資料和實物地質(zhì)資料。成果報告、原始地質(zhì)資料以紙介質(zhì)或電子數(shù)據(jù)存儲，實物地質(zhì)資料包括巖心以及照片等。

2.1 資料整理

對收集的工程地質(zhì)資料，紙介質(zhì)的進(jìn)行掃描，非紙介質(zhì)的原格式保存，作為數(shù)據(jù)庫建設(shè)的原始資料和今后數(shù)據(jù)校核、復(fù)查的基礎(chǔ)。

2.2 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

通過對數(shù)據(jù)的整理，形成以工程地質(zhì)鉆孔編號為主鍵的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫，主要包括鉆孔的基本信息、野外勘探信息以及試驗數(shù)據(jù)信息。在這些數(shù)據(jù)庫表中，鉆孔基本信息表為主表，鉆孔土層描述表及各類試驗數(shù)據(jù)表為子表，通過鉆孔編號建立關(guān)系（見圖2）。

資料整理中，文檔、圖件、一些鉆孔中開展的其他非常規(guī)試驗數(shù)據(jù)信息、項目中基坑支護(hù)等其他工程地質(zhì)資料信息建立非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫。

3 工程地質(zhì)數(shù)據(jù)管理平臺

工程地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫內(nèi)各類數(shù)據(jù)從特性上分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、鉆孔空間位置數(shù)據(jù)為空間矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。屬性數(shù)據(jù)主要為整理的工程地質(zhì)項目資料。綜合考慮多年來地質(zhì)資料成果數(shù)據(jù)格式及平臺開發(fā)技術(shù)路徑要求，采用MapGIS K9管理空間數(shù)據(jù)，Oracle 10g管理結(jié)構(gòu)化屬性數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)通過文件唯一編號結(jié)合存儲路徑的方式，亦通過Oracle 10g進(jìn)行管理。

3.1 空間數(shù)據(jù)管理

空間數(shù)據(jù)采用MapGIS K9空間數(shù)據(jù)模型進(jìn)行空間數(shù)據(jù)要素的組織。此模型的數(shù)據(jù)組織方式是將地理幾何圖形和拓?fù)潢P(guān)系統(tǒng)一進(jìn)行存儲與管理。數(shù)據(jù)組織上，采用分層的方法進(jìn)行組織管理，遵循空間數(shù)據(jù)分層原則：同一圖層的圖元空間幾何特征一致，它們組成共同空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同一圖層的空間實體反映的是同一專題屬性信息；圖層中圖元實體之間沒有交叉重疊部分。

3.2 屬性數(shù)據(jù)管理

結(jié)構(gòu)化屬性數(shù)據(jù)使用Oracle 10g數(shù)據(jù)庫軟件中的關(guān)系表模型管理屬性數(shù)據(jù)。關(guān)系表擁有唯一的表名加以區(qū)分，表中每一行對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中一條數(shù)據(jù)記錄，每一條記錄擁有唯一字段值（主鍵）與其他數(shù)據(jù)記錄加以區(qū)分。數(shù)據(jù)庫中所有表格形成一個統(tǒng)一文件存儲在服務(wù)器中，在屬性數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)方面，本系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)采用二維關(guān)系表進(jìn)行管理，表與表之間通過外鍵相互關(guān)聯(lián)。

4 工程地質(zhì)資料信息分析工具

工程地質(zhì)數(shù)據(jù)分析工具是平臺的核心，功能上涵蓋工程地質(zhì)數(shù)據(jù)查詢、檢索、檢查和統(tǒng)計，鉆孔標(biāo)準(zhǔn)地層輔助化分層及編輯，地質(zhì)專業(yè)圖件生成，地下結(jié)構(gòu)三維模型構(gòu)建，地質(zhì)綜合評價分析等方面。

4.1 鉆孔原始地層輔助標(biāo)準(zhǔn)化

天津市于2009年7月發(fā)布實施了《天津市地基土層序劃分技術(shù)規(guī)程》，2012年開展的天津市工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建設(shè)項目中完善了天津市南部平原區(qū)地基土層序劃分，這些都為今后的相關(guān)工作提供了基礎(chǔ)。通過研究區(qū)域內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)型地層，根據(jù)用戶的設(shè)定，輔助專業(yè)人員標(biāo)準(zhǔn)化每個鉆孔的原始分層，從而建立區(qū)域內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的鉆孔分層來開展后續(xù)的工作。

4.2 鉆孔數(shù)據(jù)的檢索

對鉆孔、采樣點及其相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢檢索分為按照空間位置查詢、按屬性條件查詢兩類。按空間位置查詢即把形成的數(shù)據(jù)庫文件，按照鉆孔位置進(jìn)行鉆孔快速定位以及查詢，用戶輸入條件進(jìn)行過濾，篩選出符合條件的鉆孔并可進(jìn)行保存；按屬性條件查詢，根據(jù)給定的條件查詢滿足條件屬性，具有較強(qiáng)的靈活性。系統(tǒng)提供對數(shù)據(jù)庫中任意字段進(jìn)行屬性條件查詢，以及多表連接查詢和模糊查詢。查詢結(jié)果導(dǎo)出為表格文件進(jìn)行利用。

4.3 鉆孔數(shù)據(jù)的統(tǒng)計

按照數(shù)據(jù)統(tǒng)計的要求，對統(tǒng)計單元內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，并形成規(guī)定的格式文件。例如土層物理力學(xué)參數(shù)表，根據(jù)用戶選擇的范圍，自動統(tǒng)計指定范圍內(nèi)各地層的物理力學(xué)參數(shù)并按照預(yù)先設(shè)置的報表格式自動生成土層物理力學(xué)參數(shù)表。

4.4 鉆孔二維圖件的生成與編輯

按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，通過自動或者半自動方式，生成工程地質(zhì)勘察中形成的鉆孔柱狀圖、剖面圖以及平面分析圖件。生成過程中，成圖參數(shù)由用戶進(jìn)行靈活的設(shè)置，生成后的圖件屬性、繪圖比例、圖形樣式、數(shù)據(jù)等皆可編輯，且操作簡便（見圖3）。

4.5 三維工程地質(zhì)模型的生成

采用以控制性鉆孔為主的多源數(shù)據(jù)地層建模方法，根據(jù)鉆孔、剖面、地層平面分布圖（包含等高線）自動建立研究區(qū)域內(nèi)的三維地層模型。由于建模范圍、研究目的的不同，用戶根據(jù)需要自行選擇地層精細(xì)程度，用于建立不同精細(xì)程度地層的三維模型（見圖4）。

5 工程地質(zhì)資料信息服務(wù)

工程地質(zhì)資料集群平臺建設(shè)后，可以對社會提供具有針對性、個性化的地質(zhì)資料信息服務(wù)。由于集成的地質(zhì)資料專業(yè)性強(qiáng)，同時部分資料非公開或者涉密，在地質(zhì)資料利用上要依據(jù)《地質(zhì)資料管理條例》《地質(zhì)資料管理條例實施辦法》《涉密地質(zhì)資料管理細(xì)則》《天津市地質(zhì)資料管理辦法》等法規(guī)文件執(zhí)行，同時還需按照社會需求不斷完善服務(wù)機(jī)制，以促進(jìn)地質(zhì)資料的社會化服務(wù)。

6 結(jié)語

地質(zhì)結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長的時期內(nèi)相對穩(wěn)定，地質(zhì)資料具有重復(fù)利用的價值；同時，工程地質(zhì)條件成因的復(fù)雜性，導(dǎo)致地下空間條件復(fù)雜且難以直觀顯現(xiàn)。通過地質(zhì)資料的不斷累積，從而實現(xiàn)從量變到質(zhì)變的過程，為更準(zhǔn)確的展示地下空間條件以及充分利用地質(zhì)條件開展工程建設(shè)提供基礎(chǔ)資料。在工程地質(zhì)數(shù)據(jù)集成中，由于不同用戶有不同精度要求，在鉆孔位置、地面高程、地質(zhì)分層、數(shù)據(jù)分析等方面還需要認(rèn)真、深入的研究，以滿足用戶對工程地質(zhì)資料可靠、高質(zhì)量的需求。

參考文獻(xiàn)：

1.張像源等.天津三維可視化城市地質(zhì)信息管理與服務(wù)系統(tǒng)專題.天津市地質(zhì)調(diào)查研究院.2010

2.李秀玲等.天津市三維城市地質(zhì)信息系統(tǒng)維護(hù)和更新項目工作報告.天津市地質(zhì)資料館.2012

3.李平虎等.天津市工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作報告.天津市地質(zhì)資料館.2012

4.鄧仲華等.基于云計算的大數(shù)據(jù)挖掘內(nèi)涵及解決方案研究.情報理論與實踐.2015.7

5.繆謹(jǐn)勵等.基于混合框架的地學(xué)大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理平臺構(gòu)建與實踐.國土資源科技管理.2015.2

作者簡介：

馬鋒，高級工程師，研究方向為水工環(huán)地質(zhì)。