城市三維地質(zhì)建模與信息綜合管理平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

閆亭廷

（寧夏回族自治區(qū)遙感測(cè)繪勘查院（寧夏回族自治區(qū)遙感中心） 寧夏銀川市 750021）

城市三維地質(zhì)建模與信息綜合管理平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

閆亭廷

（寧夏回族自治區(qū)遙感測(cè)繪勘查院（寧夏回族自治區(qū)遙感中心） 寧夏銀川市 750021）

開(kāi)展城市三維地質(zhì)建模與信息綜合管理平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，有助于提高災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)防能力、為城鄉(xiāng)及工程建設(shè)提供保障以及改善人們的居住環(huán)境。我國(guó)對(duì)三維地質(zhì)建模與信息綜合管理平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以取得重大進(jìn)展，也存在一些問(wèn)題。對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并結(jié)合具體事例，對(duì)城市三維地質(zhì)建模與信息綜合管理平臺(tái)在城市房屋工程建設(shè)中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

三維地質(zhì)建模；可視化；信息綜合管理平臺(tái)

1 緒論

1.1 研究背景

黨中央、國(guó)務(wù)院十分關(guān)注我國(guó)城市化進(jìn)程中的地質(zhì)工作，2006年溫家寶總理在加強(qiáng)地質(zhì)工作會(huì)議中明確提出地質(zhì)工作需要與國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展結(jié)合，為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供服務(wù)。該會(huì)議將地質(zhì)工作作為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)，并貫穿于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全過(guò)程[1]。地方各級(jí)政府十分重視地質(zhì)工作，尤其在新的城市建設(shè)中，迫切要求地質(zhì)工作為城鎮(zhèn)布局、城鎮(zhèn)規(guī)劃和城市安保提供支持，強(qiáng)調(diào)城市建設(shè)需要立足于城市地質(zhì)調(diào)查研究，了解城市地質(zhì)環(huán)境容量，分析地質(zhì)環(huán)境變化，根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行城市規(guī)劃建設(shè)工作，建立經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展保障機(jī)制，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供安全保障[2]。

1.2 研究意義

1.2.1 提升城市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)防能力

道路橋梁、房屋建設(shè)以及底線管路鋪設(shè)受地質(zhì)條件的影響，如沉降、裂縫等問(wèn)題對(duì)橋梁及房屋設(shè)施造成巨大破壞。而多數(shù)地區(qū)地質(zhì)勘察精度低，地質(zhì)監(jiān)測(cè)工作落后，地質(zhì)監(jiān)測(cè)工作無(wú)法為災(zāi)害預(yù)防工作提供支持，迫切需要利用現(xiàn)代技術(shù)開(kāi)展地質(zhì)監(jiān)測(cè)，提高地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的精度，提高災(zāi)害預(yù)防能力[3]。

1.2.2 為城鄉(xiāng)及工程建設(shè)提供保障

我國(guó)經(jīng)濟(jì)處于快速發(fā)展階段，城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，工業(yè)化建設(shè)速度加快，工程項(xiàng)目規(guī)模更大，工程項(xiàng)目管理任務(wù)更加復(fù)雜，重大工程與城鄉(xiāng)建設(shè)任務(wù)更重。城鄉(xiāng)建設(shè)和工業(yè)化建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)都依賴于地質(zhì)工作成為，借助地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)結(jié)果制定決策，減少?zèng)Q策失誤，提高工程建設(shè)項(xiàng)目決定的科學(xué)性，少走彎路。

1.2.3 改善生存環(huán)境

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與人民群眾生活息息相關(guān)。隨著人們生活水平的提高，燃煤燃?xì)獾认M(fèi)需求日益增長(zhǎng)，需要做好地質(zhì)調(diào)查工作，解決居民飲水安全問(wèn)題、防治有害元素超標(biāo)引發(fā)的地方病，亟待加強(qiáng)水文地質(zhì)勘查，加快找水改水步伐。同時(shí)，開(kāi)展國(guó)土整治，防治廢棄物占地等環(huán)境問(wèn)題，也要求做好環(huán)境地質(zhì)工作[4]。

2 系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國(guó)家自20世紀(jì)70年代著手三維地質(zhì)建模軟件開(kāi)發(fā)，并且大量產(chǎn)品問(wèn)世，軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高。例如玫瑰PST油藏技術(shù)公司研制的GoCAD、美國(guó)斯倫貝謝公司的Petrel、加拿大阿波羅科技集團(tuán)公司的LYNX Micro Lynx、澳大利亞Maptek公司的Vulcan。經(jīng)過(guò)數(shù)十年不斷發(fā)展及完善，國(guó)外的三維地質(zhì)建模軟件的功能較為成熟和完善。目前已有部分國(guó)外軟件商進(jìn)入中國(guó)，但是國(guó)外軟件屬于全英文操作界面，操作難度高。而且外國(guó)軟件的費(fèi)用高，大范圍推廣使用難度大。因而部分國(guó)外軟件商推出漢化版軟件，并提供售后技術(shù)服務(wù)，國(guó)外三維地質(zhì)建模軟件在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)范圍也在逐漸擴(kuò)大。

國(guó)內(nèi)對(duì)三維地質(zhì)建模軟件的研究始于20世紀(jì)90年代，但是未出現(xiàn)性能可靠的三維地質(zhì)建模軟件產(chǎn)品。近年來(lái)該局面有所好轉(zhuǎn)，例如武漢中地?cái)?shù)碼集團(tuán)和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的MapGIS K9、山東藍(lán)光軟件公司和山東科技大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的藍(lán)光軟件、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)武漢坤地科技有限公司研發(fā)的GeoView。雖然國(guó)內(nèi)產(chǎn)品和國(guó)外產(chǎn)品存在較大差距，但是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品已經(jīng)具備的地下三維地質(zhì)建模功能，能夠滿足多數(shù)三維地質(zhì)建模要求[5]。

2.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的問(wèn)題

（1）開(kāi)源三維基礎(chǔ)庫(kù)選擇問(wèn)題。開(kāi)源三維基礎(chǔ)軟件庫(kù)選擇關(guān)系到軟件開(kāi)發(fā)難度，合理使用可以降低卡法難度，減少三角剖分和三維切割等基礎(chǔ)算法的投入。當(dāng)前三維GIS開(kāi)發(fā)中常用開(kāi)源資料選擇較多，且均可提供源代碼，但是同一項(xiàng)目使用應(yīng)避免使用多個(gè)開(kāi)源資料，減少開(kāi)源代碼對(duì)模塊的依賴。因此，選擇開(kāi)源資料是研究就人員必須解決的難題[6]。

（2）三維數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。由于技術(shù)原因，建模數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不成熟，當(dāng)前三維建模數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)主要來(lái)源于計(jì)算機(jī)三維幾何造型領(lǐng)域，如美國(guó)3D Syestems公司STL標(biāo)準(zhǔn)，但是這些標(biāo)準(zhǔn)主要面向規(guī)整的三維模型，而地質(zhì)體具有不規(guī)則性特點(diǎn)，因而三維地質(zhì)建模仍缺少權(quán)威的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[7]。另外，由于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)缺乏，國(guó)內(nèi)外三維地質(zhì)建模產(chǎn)品的數(shù)據(jù)兼容性差。

3 三維地質(zhì)模型建立

本次研究采用MPGIS K9為主要三維地質(zhì)建模軟件。MapGIS K9可以采用三種方法建立三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，基于鉆孔以及地形等值線等自動(dòng)建模：基于交叉剖面方法的交互式建模；基于地質(zhì)圖以及多源數(shù)據(jù)的建模。

本次研究以鉆孔地形等值線和多源地學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法進(jìn)行城市三維地質(zhì)體建模。①根據(jù)工程需要，地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容重點(diǎn)為地下30m范圍內(nèi)的底層結(jié)構(gòu)、淺層地下水位情況以及水質(zhì)腐蝕性，不良地質(zhì)現(xiàn)象，并對(duì)巖層特性進(jìn)行分析。②根據(jù)鉆孔及剖面，建立三維工程地質(zhì)信息模型，清晰顯示巖土類型的分布情況，了解不同的地基應(yīng)用，并指導(dǎo)城市規(guī)劃。詳見(jiàn)圖1，A、B、C、D、E、F分別為基巖模型、基巖面模型、新生界建模區(qū)域及剖面分布、新生界模型、平原區(qū)工程層模型、在工程層模型上切割生成的柵欄圖。

圖1 三維地質(zhì)模型

4 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

本研究采用基于MAPGIS-TDE的三維地質(zhì)建模及可視化系統(tǒng)，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主要目標(biāo)為結(jié)合GIS、MIS、OA技術(shù)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)集三維地質(zhì)信息輸入、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)建模、可視化分析等功能的三維地質(zhì)信息綜合管理系統(tǒng)，為工作人員提供綜合、智能、規(guī)范的管理平臺(tái)，滿足工作人員對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)管理和分析要求。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)需要遵循一致性、實(shí)用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、交互性、可擴(kuò)充性、健壯性、安全性、應(yīng)用模塊與的數(shù)據(jù)分析等基本原則。由于三維地址數(shù)據(jù)具有多源、復(fù)雜和不確定的特點(diǎn)，因而三維地質(zhì)建模的最終目標(biāo)不是反應(yīng)地質(zhì)情況，而應(yīng)利用三維地質(zhì)建模為實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題提供新的環(huán)境和科學(xué)手段[7]。

4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合系統(tǒng)的功能、用戶特征及建設(shè)目標(biāo)，基于MAPGIS-TDE三維地質(zhì)建模及可視化系統(tǒng)采用G/S結(jié)構(gòu)集中式數(shù)據(jù)管理模式，結(jié)構(gòu)框架詳見(jiàn)圖2。地學(xué)資料管理系統(tǒng)C/S版面可提供基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、專題性數(shù)據(jù)、成果圖件、文檔資料等，為工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)展、錄入、到處、檢查、瀏覽等功能。未來(lái)還可以考慮將C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合，構(gòu)成多層體系結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)能夠使用局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

5 結(jié)論

城市三維地質(zhì)信息及可視化信息管理平臺(tái)已經(jīng)廣泛用于諸多領(lǐng)域，其可視化特點(diǎn)不僅提高了工作效率，數(shù)據(jù)二次開(kāi)發(fā)還能為社會(huì)提供服務(wù)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)提供幫助。三維地質(zhì)建模與信息綜合管理平臺(tái)也是地質(zhì)調(diào)查工作模式的創(chuàng)新，也是擴(kuò)大地理信息資源應(yīng)用領(lǐng)域的重要嘗試。

[1]張芳，張鵬，陳雷，等.三維巖土工程勘察信息系統(tǒng)的工程應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010（5）：995～1000.

圖2 地學(xué)資料管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框架

[2]陳 勇，劉映，楊麗君，等.上海三維城市地質(zhì)信息系統(tǒng)優(yōu)化[J].上海地質(zhì)，2010（3）：23～28.

[3]武強(qiáng)，徐華.數(shù)字礦山中三維地質(zhì)建模方法與應(yīng)用[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，2013（12）：1996～2006.

[4]張洋洋，周萬(wàn)蓬，吳志春，等.三維地質(zhì)建模技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及建模實(shí)例[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2013（3）：403～409.

[5]屈紅剛，潘懋，劉學(xué)清，等.城市三維地質(zhì)建模及其在城鎮(zhèn)化建設(shè)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)通報(bào)，2015（7）：1350～1358.

[6]屈紅剛，潘懋，呂曉儉，等.城市三維地質(zhì)信息管理與服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（5）：781～786.

[7]容東林，尚建嘎，甘地.城市三維地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)統(tǒng)一過(guò)程方法與實(shí)踐[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2016（1）：212～217.

P208

A

1004-7344（2016）24-0273-02

2016-8-6

閆亭廷（1981-），碩士研究生，遙感地質(zhì)專業(yè)。