菏澤市城市地質(zhì)信息管理與服務(wù)系統(tǒng)分析

賈佳佳，賈 超，韓建江，黃丙湖

（1.山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，濟南250061；2.山東省地礦工程勘察院，濟南250014；3.中國石油大學(xué)，山東 青島266580）

菏澤市城市地質(zhì)信息管理與服務(wù)系統(tǒng)分析

賈佳佳，賈 超，韓建江，黃丙湖

（1.山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，濟南250061；2.山東省地礦工程勘察院，濟南250014；3.中國石油大學(xué)，山東 青島266580）

對城市地質(zhì)信息可視化管理系統(tǒng)進行了理論與實踐的探索，城市地質(zhì)信息可視化管理系統(tǒng)涵蓋城市的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地?zé)嵝畔?、水文信息等專項，?yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)方法對各專項信息進行處理，構(gòu)建具有整體涌現(xiàn)性的城市地下空間三維可視系統(tǒng)，使城市地質(zhì)信息可測、可視、可控。研究成果對于城市地下空間具有普遍意義，為菏澤市城市建設(shè)提供了基礎(chǔ)地質(zhì)信息依據(jù)。

城市地下空間；城市地質(zhì)信息；可視化管理系統(tǒng)；城市規(guī)劃依據(jù)

1 背景

隨著我國城市化進程的不斷加速，對城市地下空間的開發(fā)利用日益緊迫，如何快速、準確、直觀獲得城市地下空間地質(zhì)信息至關(guān)重要。而當前地下資料在系統(tǒng)性、現(xiàn)時性、表現(xiàn)性方面都較薄弱。因此，需要充分利用計算機三維可視化等現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果，對城市地質(zhì)數(shù)據(jù)進行有效地存貯管理、三維可視化展示與網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)，切實為城市規(guī)劃、建設(shè)和管理服務(wù)，構(gòu)建能夠提供最新詳細信息的快速反應(yīng)型城市三維地質(zhì)信息管理與服務(wù)系統(tǒng)［1］。

國外城市地質(zhì)信息化工作起步較早，20世紀70年代，加拿大開始了城市地質(zhì)計算機輔助制圖工作，實現(xiàn)了城市地質(zhì)填圖從定性到定量的過渡；20世紀90年代，英國建立了大量基于GIS平臺的地學(xué)信息空間數(shù)據(jù)庫和專業(yè)評價輔助決策系統(tǒng)；20世紀90年代后期到21世紀初，隨著三維計算機軟件的日益發(fā)展和成熟，利用各種鉆孔資料和地球物理測井等資料，建立城市三維地質(zhì)模型成為一種趨勢［2］。

與國外相比，我國城市地質(zhì)信息化工作啟動較晚。從20世紀90年代后期開始，北京、天津、上海、廣州等大城市首先開始城市工程地質(zhì)GIS系統(tǒng)的研究與建立，如北京理正軟件設(shè)計研究院有限公司開發(fā)的“工程地質(zhì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”［3］、天津地質(zhì)調(diào)查院開發(fā)的“天津城市地質(zhì)信息管理與服務(wù)系統(tǒng)”［4］、上海市地質(zhì)調(diào)查研究院開發(fā)的 “上海市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)”［5］、廣州市市政工程設(shè)計研究院開發(fā)的“廣州城市地質(zhì)信息系統(tǒng)”［6］。在完成原有基本數(shù)據(jù)的數(shù)字化輸入的基礎(chǔ)上，基本實現(xiàn)了CAD、Office等各種形式的數(shù)據(jù)輸出，具備不同程度信息管理功能。近年來，武漢、成都、大連、中山等更多城市也陸續(xù)開展此項工作。目前地質(zhì)信息系統(tǒng)在已有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上不僅豐富了數(shù)據(jù)庫的基本種類，而且緊跟不斷發(fā)展的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，拓展了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用［7］。

本文在吸收借鑒現(xiàn)有城市地質(zhì)信息管理服務(wù)系統(tǒng)優(yōu)點的基礎(chǔ)上，建立了菏澤市城市地質(zhì)信息管理與服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了城市地質(zhì)資料的快速查詢、調(diào)用。

2 系統(tǒng)建設(shè)原理

菏澤市三維可視化城市地質(zhì)信息管理服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)采用MapGISK9作為基礎(chǔ)平臺，以數(shù)據(jù)中心體系架構(gòu)，實現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的集群管理與數(shù)據(jù)共享功能，而MapGIS-TDE三維平臺由于匯集了城市環(huán)境地質(zhì)專業(yè)信息，因此作為開發(fā)平臺建立數(shù)據(jù)分析評價功能倉庫。

系統(tǒng)以最新的MapGISDCS和IGServe為平臺架構(gòu)，本文選取菏澤市為試點城市，通過C/S模式或B/S模式建立菏澤市地下空間的評價與輔助決策支持平臺。其重點是調(diào)查成果數(shù)據(jù)的有效管理和三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，以解決城市需求和地質(zhì)問題，充分體現(xiàn)地質(zhì)信息在城市規(guī)劃、建設(shè)中的支持作用。

3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

建設(shè)該系統(tǒng)的目的在于改變地質(zhì)資料的傳統(tǒng)管理模式，提供有效的地質(zhì)數(shù)據(jù)存儲管理方式、可視化的數(shù)據(jù)分析工具，方便的資料查詢?yōu)g覽和資料管理模式。菏澤市三維可視化城市地質(zhì)信息管理服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)工作重點主要是開展數(shù)據(jù)庫設(shè)計和系統(tǒng)軟件開發(fā)。城市地質(zhì)信息管理服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)主要包括2個子系統(tǒng)的建設(shè)：菏澤市地下空間數(shù)據(jù)管理與維護子系統(tǒng)、菏澤市地下空間信息管理與咨詢服務(wù)系統(tǒng)系統(tǒng)。本文開發(fā)的菏澤城市地質(zhì)信息管理服務(wù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1～圖2。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)主界面

3.1 地下空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)

菏澤市地下空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)是信息系統(tǒng)建設(shè)的核心內(nèi)容，是地質(zhì)數(shù)據(jù)采集、存儲、共享中心，有利于落實地質(zhì)成果資料匯交制度，能及時更新與反映地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，從而推動了地質(zhì)資料社會化共享的發(fā)展。

本研究對數(shù)據(jù)庫進行了詳細的設(shè)計，制定了數(shù)據(jù)庫建設(shè)標準，同時對數(shù)據(jù)庫建設(shè)進行了總體部署，建立了包含元數(shù)據(jù)庫、影像數(shù)據(jù)庫、文檔資料數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地理圖形庫、水文地質(zhì)圖形庫、工程地質(zhì)圖形庫、三維模型數(shù)據(jù)庫等專題數(shù)據(jù)的菏澤市地下空間數(shù)據(jù)庫。如圖3。

圖3 菏澤市地下空間數(shù)據(jù)庫總體結(jié)構(gòu)

3.2 地下空間數(shù)據(jù)管理與維護子系統(tǒng)建設(shè)

菏澤市地下空間數(shù)據(jù)管理與維護子系統(tǒng)，主要負責(zé)數(shù)據(jù)庫日常運行維護、權(quán)限設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)組織管理等業(yè)務(wù)。核心業(yè)務(wù)是數(shù)據(jù)組織管理，針對地質(zhì)數(shù)據(jù)具有多專業(yè)、海量、多源異構(gòu)的特點，通過合理的管理模式對相關(guān)數(shù)據(jù)進行高效、便捷、靈活的組織和管理，并為專業(yè)分析和評價子系統(tǒng)、共享與發(fā)布子系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

按照地下空間數(shù)據(jù)類型的區(qū)別。以屬性數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，結(jié)合空間數(shù)據(jù)庫和文檔資料，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)錄入、導(dǎo)入、關(guān)聯(lián)、編輯等操作實現(xiàn)數(shù)據(jù)的入庫和管理。

將數(shù)據(jù)管理與維護子系統(tǒng)劃分為4大功能模塊：系統(tǒng)管理維護功能、多專業(yè)屬性數(shù)據(jù)管理功能、空間數(shù)據(jù)管理功能及文檔資料管理功能。如圖4。

圖4 數(shù)據(jù)管理與維護子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.3 地下空間信息管理與咨詢服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

為了應(yīng)對地質(zhì)工作的實際需要，在MapGISK9基礎(chǔ)地理信息平臺基礎(chǔ)上開發(fā)的菏澤市地下空間信息管理與咨詢服務(wù)系統(tǒng)，具有地質(zhì)信息管理、檢索查詢、分析計算、地質(zhì)圖表的制作與輸出、三維模型建立與可視化、專業(yè)管理咨詢與應(yīng)用及面向政府的決策咨詢等功能，進行跨區(qū)域、跨專題數(shù)據(jù)調(diào)閱、分析、統(tǒng)計匯總。具有對2D/3D數(shù)據(jù)進行空間查詢、分析和數(shù)據(jù)處理能力，輔助專業(yè)人員進行專業(yè)分析，并可根據(jù)研究需要定制相應(yīng)功能插件或評價模塊，用來支持綜合評價，最終作為專業(yè)研究、成果應(yīng)用的平臺。同時具備地質(zhì)圖、表制作與輸出功能，三維建模與分析功能。

根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計，將菏澤市地下空間信息管理與咨詢服務(wù)系統(tǒng)系統(tǒng)劃分為6大功能模塊：數(shù)據(jù)二維圖形表達、數(shù)據(jù)綜合查詢與分析、地質(zhì)專題圖件生成及編輯、三維地質(zhì)建模及可視化、三維模型分析、專業(yè)管理咨詢模型。如圖5。

圖5 信息管理與咨詢服務(wù)系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 數(shù)據(jù)中心的二、三維一體化管理技術(shù)

為完善基于數(shù)據(jù)中心的二、三維一體化管理，主要依靠以下4個方面：

（1）數(shù)據(jù)模型一體化。采用要素模型的概念，統(tǒng)一表達二維、三維的數(shù)據(jù)模型，并統(tǒng)一管理。

（2）數(shù)據(jù)管理一體化。采用分類的概念，將空間數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分類，再統(tǒng)一管理分類好的要素數(shù)據(jù)集。

（3）數(shù)據(jù)可視化。為了凸顯二、三維綜合顯示的建模效果，將統(tǒng)一展現(xiàn)二維與三維可視圖。

（4）應(yīng)用開發(fā)集成一體化。在不考慮數(shù)據(jù)本身存在差異的前提下，利用數(shù)據(jù)中心技術(shù)，采用中間件技術(shù)為基礎(chǔ)的插件管理方式，屏蔽二、三維應(yīng)用差異，集成二維和三維應(yīng)用功能。

圖6 基于數(shù)據(jù)中心的二、三維一體化管理技術(shù)

4.2 多源數(shù)據(jù)耦合的三維地層結(jié)構(gòu)建模

在城市三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查中，由鉆探獲取的鉆孔信息可提供直觀的地質(zhì)信息，然而由于鉆孔的數(shù)量有限且空間分布是離散的，要想獲取鉆孔之間連續(xù)的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，就必須在已知鉆孔處地層信息基礎(chǔ)上，依據(jù)區(qū)域地學(xué)規(guī)律建立地層結(jié)構(gòu)模型。

（1）基于鉆孔的地層劃分。

（2）基于鉆孔的剖面（縱剖、平剖）地層連接。

（3）基于鉆孔和剖面（縱剖、平剖）信息的三維構(gòu)模。

系統(tǒng)采用 “鉆孔—剖面—地層實體”的建模方法，可根據(jù)建模區(qū)域內(nèi)鉆孔、剖面等數(shù)據(jù)建立三維地層結(jié)構(gòu)模型。

圖7 建模流程

4.3 模板和規(guī)則定制的地質(zhì)專題圖表生成

系統(tǒng)采用的圖表制作方法是基于模板定制的柱狀圖、剖面圖。該方法具有數(shù)據(jù)獲取獨立、成果呈現(xiàn)豐富多變等優(yōu)點。在用戶實際使用中，有利于實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取方式和成果圖件表現(xiàn)形式的各自獨立，將用戶的數(shù)據(jù)與圖表內(nèi)容的表現(xiàn)形式解耦，數(shù)據(jù)僅影響圖標的內(nèi)容，不再限制圖表的表現(xiàn)形式。相對于其他系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有的如下獨特優(yōu)勢：實時由數(shù)據(jù)庫生成、允許用戶任意自定義出圖樣式、編輯快捷靈活、修改方便。

同時，本系統(tǒng)結(jié)合MapGIS底層二維、三維平臺的強大功能，系統(tǒng)自動生成的圖件具有通用的矢量數(shù)據(jù)格式，支持復(fù)雜的可編輯的顏色庫、圖案庫、符號庫和線型庫，并帶有GIS屬性信息，用戶可以進一步查詢更多有用的信息。如圖8。

圖8 基于規(guī)則庫的剖面圖自動生成框架結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語

（1）該系統(tǒng)綜合運用空間數(shù)據(jù)庫、二維GIS、三維GIS、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，很大程度上提高了資料的利用率。改變了傳統(tǒng)的工作模式，由單一的依靠手工繪圖和計算機輔助制圖轉(zhuǎn)換到以共享數(shù)據(jù)庫建設(shè)和計算機自動成圖上來；優(yōu)化了工作流程，降低了勞動強度，提高了工作效率。為菏澤市城市建設(shè)的多個方面提供了基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和高效的查詢平臺。

（2）基本實現(xiàn)了菏澤市任一工程場地工程地質(zhì)信息的實時查詢，實現(xiàn)了工程地質(zhì)數(shù)據(jù)信息化管理，系統(tǒng)同時為政府城市規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、環(huán)境污染等決策提供了基于網(wǎng)絡(luò)化、虛擬現(xiàn)實、智能化的地質(zhì)信息管理與服務(wù)平臺，并已在菏澤城市建設(shè)中投入使用，發(fā)揮著重要作用。

［1］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)計與開發(fā)［J］.北京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，44（5）：781-786.

［2］張麗君.國際城市地質(zhì)工作的主要態(tài)勢［J］.國土資源情報，2001（6）：1-3.

［3］高霄軍，崔年治，高曉軍，等.工程地質(zhì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（GDM）及其應(yīng)用［J］.工程勘察，2010，38（4）：75-79.

［4］高健，李平虎，高杰，等.利用ArcGISEngine開發(fā)城市工程地質(zhì)GIS系統(tǒng)初探［A］.ArcGIS暨erdas中國用戶大會論文集［C］.2006.

［5］劉映，林北海，周俊峰.上海市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)［J］.上海地質(zhì)，2002（4）：6-10.

［6］伊穎鋒，劉良貴，鄭利松，等.廣州城市地質(zhì)信息系統(tǒng)（GGIS）開發(fā)中若干問題的探討［A］.中國地質(zhì)學(xué)會工程地質(zhì)專業(yè)委員會學(xué)術(shù)年會暨“城市地質(zhì)環(huán)境與工程”學(xué)術(shù)研討會［C］.2006．

［7］李敏捷.基于GIS的城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.城市勘測，2015（6）.

Research of urban geological information management and service system of Heze City

JIA Jia-jia，JIA Chao，HAN Jian-jiang，HUANG Bing-hu
（1.School of Civil and Hydraulic Engineering，Shandong University，Jinan 250061，China；2.Shandong Geological Engineering Investigation Institute，Jinan 250014，China；3.China University of Petroleum，Qingdao 266580，China）

The research carries out a probe into the theory and practice of urban geological information visualizati on management system.Urban geological information visualization management system covers the city's geological structure，geothermal information，hydrological information and other special.The application of modern information technology to deal with the special information.Construction of 3D visualization system of urban underground space with the whole emergence.The city geological information can be measured，visible and controllable.This research will be carried out in Heze city of China，and carries on the correction processing，provide basic geological information for the urban construction.

urban underground space；urban geological information；visual management system；urban planning basis

P642；TV222

B

1672-9900（2017）05-0057-04

2017-08-07

賈佳佳（1990-），男（漢族），江蘇徐州人，碩士研究生，主要從事水文地質(zhì)及工程地質(zhì)方面的研究，（Tel）17865132056。

（責(zé)任編輯：王艷肖）