基于GIS的地質(zhì)勘探施工管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

文章編號(hào)：2095-6835（2016）13-0089-02

摘 要：闡述了地質(zhì)勘探施工管理三維地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)基于ArcGIS二次開發(fā)，將實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘探目標(biāo)區(qū)域選址的自動(dòng)化，并能對(duì)地質(zhì)勘探施工進(jìn)行信息化管理和三維演示，提高地質(zhì)勘探工作效率，使地質(zhì)工作在GIS平臺(tái)上管理和實(shí)施，為決策分析提供可視化的工具。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)勘探；GIS；三維可視化；ArcGIS Engine

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.089

1 地質(zhì)勘探施工管理系統(tǒng)的意義

長(zhǎng)久以來，野外地質(zhì)勘探工作條件艱苦，施工環(huán)境復(fù)雜，危險(xiǎn)指數(shù)高，存在以下問題：①我省山區(qū)分布廣泛，特殊的地貌條件使得野外勘探路線的選取較為困難，尤其在一些地質(zhì)人員不熟悉的地方，依靠傳統(tǒng)的地圖往往不能準(zhǔn)確做出野外施工規(guī)劃及管理。因此，需要一個(gè)基于GIS的可視化系統(tǒng)來引導(dǎo)工作人員對(duì)野外地質(zhì)地貌現(xiàn)狀做出判斷，以幫助工作人員進(jìn)行勘探路線的規(guī)劃選取以及大型機(jī)械的運(yùn)輸和安置等工作。②野外地質(zhì)勘探選址是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，目前的方法主要依靠專家對(duì)于地層信息的判斷。這種方法對(duì)地質(zhì)人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高，判斷的準(zhǔn)確度和精度有時(shí)與實(shí)際情況差別較大。因此，自動(dòng)化判斷、系統(tǒng)化運(yùn)行的選址解決方案越來越成為地質(zhì)勘查行業(yè)的主流。③勘探進(jìn)度管理也需要實(shí)現(xiàn)信息化?？碧焦ぷ髦芷陂L(zhǎng)，施工條件復(fù)雜，管理人員如果沒有一個(gè)系統(tǒng)的、數(shù)據(jù)庫式的參考模式，往往會(huì)造成管理力度不到位。因此，需要對(duì)勘探周期、完成程度、下一步計(jì)劃等內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)庫式的管理，對(duì)所有的勘查項(xiàng)目進(jìn)行信息化梳理，實(shí)現(xiàn)工程查詢、規(guī)劃、設(shè)備安排等一系列工作的有序進(jìn)行。

2 三維地質(zhì)勘探系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

陳穎彪等人基于組件GIS 技術(shù)，通過將二維和三維空間信息統(tǒng)一在一個(gè)平臺(tái)和數(shù)據(jù)模型下，建立了礦山三維地質(zhì)勘查可視化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的可視化管理與實(shí)時(shí)更新，可打印輸出和三維顯示地質(zhì)圖，并具有多種查詢功能。羅智勇等人以地質(zhì)勘查中地表地形信息和地質(zhì)體信息的三維可視化與分析作為技術(shù)突破口，綜合應(yīng)用3S技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)、三維可視化與信息分析技術(shù)，研制開發(fā)出了服務(wù)于地質(zhì)勘查的三維可視化與分析系統(tǒng)。北京龍軟科技公司開發(fā)了面向煤礦的虛擬現(xiàn)實(shí)可視化應(yīng)用系統(tǒng)——煤礦三維可視化綜合管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)地測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新及安全監(jiān)測(cè)、人員定位、綜合自動(dòng)化等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)于一體，實(shí)現(xiàn)了三維虛擬礦井平臺(tái)的分布式綜合管理。

現(xiàn)有的研究成果尚處在探索階段，應(yīng)用程度有待提高，服務(wù)面較窄，缺少野外地質(zhì)勘探施工信息化管理模塊?；贕IS的地質(zhì)勘探施工管理系統(tǒng)針對(duì)實(shí)際工作內(nèi)容展開研發(fā)，能夠?qū)碧绞┕みM(jìn)度進(jìn)行信息化管理，其中的選址模塊可以實(shí)現(xiàn)勘探靶區(qū)智能選取，具有一定的實(shí)用性和新穎性。

3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于GIS的地質(zhì)勘探施工管理系統(tǒng)用來輔助地質(zhì)人員進(jìn)行野外路線的規(guī)劃、勘探進(jìn)程的管理以及勘探點(diǎn)的優(yōu)化選取等工作。本系統(tǒng)應(yīng)用ArcGIS Engine進(jìn)行二次開發(fā)，特點(diǎn)是三維可視化、管理信息化、決策自動(dòng)化。ArcGIS Engine是美國(guó)ESRI公司推出的用于C/S架構(gòu)地理信息系統(tǒng)（GIS）應(yīng)用軟件工具包，它是將用于構(gòu)建ArcGIS一整套產(chǎn)品的組件庫——ArcObjects的部分功能進(jìn)行封裝而成的一個(gè)獨(dú)立的軟件產(chǎn)品，ArcGIS Engine提供完善的地圖制圖、數(shù)據(jù)處理與空間分析等功能，能夠靈活地實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的不同規(guī)模的GIS應(yīng)用軟件的開發(fā)。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式為：①對(duì)區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造和地貌條件進(jìn)行三維建模，構(gòu)建野外地質(zhì)施工三維環(huán)境，對(duì)路線、山體、河流、植被進(jìn)行三維建模，實(shí)現(xiàn)通視分析、填挖方分析、等值線分析、坡度坡向分析等功能。②開發(fā)地質(zhì)勘探選址子系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用專家知識(shí)分析庫，采取相關(guān)算法，自動(dòng)計(jì)算勘探最優(yōu)靶點(diǎn)，同時(shí)可以進(jìn)行全景瀏覽。③開發(fā)地質(zhì)勘探進(jìn)度管理子系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用OA（Office Automation）的開發(fā)方式，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘探工作遠(yuǎn)程管理、進(jìn)程控制以及規(guī)劃決策。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1所示。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 需要的資料

需要的資料包括：①研究區(qū)地質(zhì)資料，用于地層建模、提供探勘選址因子；②研究區(qū)交通資料，用于最優(yōu)路徑的選擇；③研究區(qū)最新遙感影像，用于獲取研究區(qū)土地利用信息，作為三維模型的貼圖，同時(shí)，在沒有道路時(shí)，根據(jù)最新的高分辨率遙感影像可以初步規(guī)劃上山路線；④研究區(qū)的地層信息和矢量化地圖。

4.2 技術(shù)路線

系統(tǒng)基于ArcGIS二次開發(fā)，開發(fā)平臺(tái)為ArcGIS Engine 10.1，開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2010，使用C#編程語言，應(yīng)用ArcGIS二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘探GIS管理應(yīng)用軟件；設(shè)計(jì)勘探選址整合方案，開發(fā)面向應(yīng)用的管理數(shù)據(jù)庫訪問接口，實(shí)現(xiàn)三維模型的建立；解決地圖無刷新實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示的關(guān)鍵技術(shù)問題。野外施工工況以無線網(wǎng)絡(luò)通信方式與管理中心計(jì)算機(jī)相連接，以遠(yuǎn)程無線加有線模式進(jìn)行遠(yuǎn)程信息傳輸和服務(wù)。

4.3 功能介紹

系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)庫模塊、功能模塊、子系統(tǒng)模塊和系統(tǒng)管理模塊四大部分。實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：①常規(guī)GIS工具——地圖放大、縮小、漫游、查詢。②通視分析——以任意一點(diǎn)為觀察點(diǎn)，研究地質(zhì)勘探區(qū)域的通視地形分析，為勘探路線的選取提供服務(wù)。③距離和面積測(cè)量——測(cè)量任意兩點(diǎn)的距離以及封閉區(qū)域的面積。④填挖方分析——計(jì)算填挖方量，對(duì)區(qū)域的填挖方進(jìn)行分析，生成填挖方圖。⑤等值線分析、坡度分析、坡向分析、山體陰影分析。⑥獲得高程值——獲得任意一點(diǎn)的高程值。⑦地質(zhì)勘探選址分析——結(jié)合專家知識(shí)分析庫進(jìn)行勘探點(diǎn)的輔助選取。⑧地質(zhì)勘探進(jìn)度管理，包括勘探施工日期、負(fù)責(zé)人、進(jìn)度動(dòng)態(tài)顯示以及報(bào)告存檔等功能。⑨用戶管理。

4.4 關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)包括以下3方面的內(nèi)容：①三維GIS可視化的實(shí)現(xiàn)，包括三維地圖瀏覽、圖層控制與鷹眼、興趣點(diǎn)屬性信息查詢、交互式查詢等；②地質(zhì)勘探靶區(qū)選擇模型的構(gòu)建方法，專家?guī)煜到y(tǒng)的建立；③地質(zhì)勘探選址工程進(jìn)度智能推進(jìn)機(jī)制的研究與實(shí)現(xiàn)，包括施工現(xiàn)場(chǎng)地圖實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)查看、實(shí)時(shí)工況消息反饋等。

4.5 地理空間幾何數(shù)據(jù)組織

地理空間幾何數(shù)據(jù)采用拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型或空間實(shí)體模型進(jìn)行組織?？臻g幾何數(shù)據(jù)一般按空間實(shí)體模型來組織，即采用分層組織方法對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。將現(xiàn)實(shí)世界中的地物要素分為簡(jiǎn)單地物和復(fù)雜地物兩大類。簡(jiǎn)單地物可以根據(jù)其幾何特征進(jìn)一步分為點(diǎn)狀地物、線狀地物、面狀地物等三種類型；復(fù)雜地物可由簡(jiǎn)單地物組合而成，各個(gè)空間要素由要素編碼、描述要素的幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)所組成。如果將地理空間數(shù)據(jù)按不同的類型分成若干圖層，比如道路層、植被層、河流層、DEM數(shù)據(jù)層等，層與層之間相互獨(dú)立，需要時(shí)，也可將幾個(gè)圖層疊加起來進(jìn)行操作分析。

5 總結(jié)

對(duì)于該系統(tǒng)，總結(jié)如下：①能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)勘探目標(biāo)選址的自動(dòng)化。通過研究地質(zhì)勘探選址模型，提供勘探靶區(qū)信息，改變目前運(yùn)用紙質(zhì)地形圖人工選址的現(xiàn)狀，使選址變得更加容易，并大大減少野外踏勘的工作量。②能夠幫助地質(zhì)人員對(duì)野外環(huán)境做出直觀判斷，為地質(zhì)人員和車輛順利到達(dá)勘探現(xiàn)場(chǎng)提供幫助。③能夠?qū)κ┕みM(jìn)度進(jìn)行管理，整合多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供幫助，改變目前工程進(jìn)度管理不夠信息化的現(xiàn)狀，通過建立地質(zhì)勘探工作的智能統(tǒng)計(jì)、分析與推進(jìn)模塊，能夠科學(xué)化管理和推進(jìn)當(dāng)前的地質(zhì)勘探工作。④將3S技術(shù)與常規(guī)地質(zhì)勘探選址方法相結(jié)合，增加地質(zhì)勘探選址的科學(xué)技術(shù)含量，提高選址精度。同時(shí)，基于三維GIS技術(shù)，以三維的形式進(jìn)行展示，可以對(duì)地質(zhì)勘探靶區(qū)進(jìn)行各種三維分析，有助于地質(zhì)勘探工作更加直觀。

參考文獻(xiàn)

[1]陳穎彪，鐘耳順.礦山地質(zhì)勘察三維可視化管理系統(tǒng)與建模技術(shù)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2004（01）.

[2]羅智勇，楊武年.基于鉆孔數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)建模與可視化研究[J]. 測(cè)繪科學(xué)，2008（02）.

[3]牟乃夏. ArcGIS Engine 地理信息系統(tǒng)開發(fā)教程[M].北京：測(cè)繪出版社，2015.

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作者簡(jiǎn)介：賈超（1986—） 男，工程師，主要從事測(cè)繪工程、地理信息系統(tǒng)開發(fā)方面的工作。

〔編輯：胡雪飛〕