基于天地圖的移動城市工程地質(zhì)地理信息系統(tǒng)★

李敏捷,袁東進

(1.南通市建筑設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南通 226007; 2.江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226007)

1 天地圖的發(fā)展概況

對于國家而言，地理信息是一項關(guān)鍵性資源，可為政府決策、改善人們生活、共享信息資源等方面提供可靠依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)時代下，社會大眾對測繪結(jié)果、地理信息公開使用的需求較為迫切，構(gòu)建自主性地理信息服務(wù)網(wǎng)站尤為必要?！疤斓貓D”是國家測繪地理信息局牽頭研發(fā)的地理信息綜合服務(wù)網(wǎng)站。其屬于“數(shù)字中國”的主要構(gòu)成部門，是一種公眾平臺?！疤斓貓D”研發(fā)建設(shè)的根本出發(fā)點在于高效率利用與共享地理信息資源，強化測繪地理信息公共服務(wù)質(zhì)量，優(yōu)化服務(wù)理念與方式，積極迎合國家信息化建設(shè)進程，為社會大眾的日常生活與工作提供了更多的便捷。

“天地圖”中擁有大規(guī)模地理信息資源，含量高達30 TB，通過處理后的電子地圖高達30億。主要包含了：全世界范圍中的1∶100萬矢量地形數(shù)據(jù)和250 m分辨率衛(wèi)星遙感影像，全國范圍的1∶25萬公眾版地圖數(shù)據(jù)、導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)、15 m分辨率衛(wèi)星遙感影像、2.5 m分辨率衛(wèi)星遙感影像，全國319個地級以上城市和10個縣級市建成區(qū)的0.6 m分辨率遙感影像，部分城市三維街景數(shù)據(jù)。

用戶可在“天地圖”門戶網(wǎng)站中，瀏覽地理位置、查詢與規(guī)劃路線等；也可借助服務(wù)接口對“天地圖”地理信息服務(wù)進行調(diào)用，并使用變成接口把“天地圖”的服務(wù)資源嵌入到各種應(yīng)用網(wǎng)站中，以此為基礎(chǔ)開展各種增值應(yīng)用與服務(wù)，突破地理信息資源開發(fā)利用難度大、投入成本高等問題。

現(xiàn)階段，“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略廣泛開展，各企業(yè)基于自身實際情況積極開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)運用，積極開發(fā)“天地圖”，可有效地減少開發(fā)與維護資金花費，而“天地圖”具有在線提供地理信息服務(wù)的特性，為獲取移動地理位置信息服務(wù)創(chuàng)造了條件。

2 城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)的發(fā)展概況

隨著互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的發(fā)展，以及國家信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，以“3S”(GIS(地理信息系統(tǒng))、GNSS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))、RS(遙感))為技術(shù)基礎(chǔ)的“數(shù)字城市”被提出并逐漸付諸實施?！皵?shù)字城市”可以表述為數(shù)字化、信息化、可視化的城市，囊括從數(shù)字化數(shù)據(jù)建模、系統(tǒng)仿真、決策支持以及虛擬現(xiàn)實等方面，是一個復(fù)雜的云系統(tǒng)[1]。“數(shù)字城市”同時也是一個通過建設(shè)城市空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，解決重大資源環(huán)境問題，營造一個政府和產(chǎn)業(yè)部門通過高科技共建共享涉及區(qū)域的信息數(shù)字工程。“數(shù)字地質(zhì)”是“數(shù)字城市”的重要組成部分，由它提供數(shù)字化的城市工程地質(zhì)數(shù)據(jù)，搭建重要的城市空間信息數(shù)據(jù)庫。因此，作為組成“數(shù)字地質(zhì)”的最基本要素——工程地質(zhì)數(shù)據(jù)，如何運用它來建立一個完善的城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)，使得城市巖土工程數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化并加以廣泛地應(yīng)用，一直是“數(shù)字地質(zhì)”領(lǐng)域的研究熱點。

地理信息系統(tǒng)是在20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一門新型的科學(xué)技術(shù)，是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數(shù)據(jù)的計算機信息系統(tǒng)。利用GIS強大的空間數(shù)據(jù)管理和分析功能，并遵循地質(zhì)工程標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，結(jié)合城市工程地質(zhì)數(shù)據(jù)數(shù)字化，對城市基礎(chǔ)地質(zhì)資料、工程項目信息、鉆孔詳細信息以及地質(zhì)工程勘察專題(如土工試驗)等數(shù)據(jù)進行高效的管理與維護,以此建立基于GIS的城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)從2D到3D,3D到5D，甚至BIM模型的應(yīng)用。該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效管理和維護，更能實現(xiàn)地質(zhì)信息基于地理空間位置的查詢與分析，為規(guī)劃、設(shè)計、城建提供決策依據(jù)。通過搭建城市統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，建立起“數(shù)字地質(zhì)”，結(jié)合不斷創(chuàng)新和發(fā)展的GIS技術(shù)，為“數(shù)字城市”提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)。通過建立城市統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，進行工程地質(zhì)信息管理、地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害總體評價等方面[2]。長期為國內(nèi)外的專家學(xué)者和從業(yè)人員所關(guān)注和研究。

近年來，隨著計算機技術(shù)，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，GIS技術(shù)隨之取得了一次次重大的進步，如空間數(shù)據(jù)的管理運用、WebGIS、三維GIS、移動GIS等技術(shù)[3]。密切結(jié)合最新科技，特別是移動GIS技術(shù)，建立多平臺、多用途的城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)正是當(dāng)前的最新研究與應(yīng)用課題。

移動GIS是建立在移動計算環(huán)境、有限處理能力的移動終端條件下，提供移動中的、分布式的、隨遇性的移動地理信息服務(wù)(如圖1所示)。移動GIS利用今天計算機工業(yè)領(lǐng)域最強大的發(fā)展趨勢——移動計算和無線通信技術(shù)，改變地理信息的處理方式，使我們可以隨時實時獲得所需信息。廣義的說，移動GIS是一種集成系統(tǒng)，是GIS，GPS，移動通信，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，多媒體技術(shù)等的集成。因此，它可以在野外空間地理位置狀態(tài)下獲得所需相關(guān)關(guān)聯(lián)信息，在終端進行綜合處理、分析和應(yīng)用，為實時分析提供強有力的技術(shù)手段，大大提高野外工作的效率。

3 系統(tǒng)的研究與開發(fā)思路

目前的城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)一般分為數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)存儲與檢索、數(shù)據(jù)分析與輸出等三個子系統(tǒng)?？v觀現(xiàn)有的城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)，依據(jù)GIS的技術(shù)特點，均可分解為該三大功能模塊。

目前城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)在基本地質(zhì)數(shù)據(jù)庫平臺搭建上存在較大缺陷，其原因是多方面的，綜上所述分別有以下幾點：

1)知識產(chǎn)權(quán)的緣故導(dǎo)致各個單位的地質(zhì)數(shù)據(jù)單位間不流通，無法收集更多源數(shù)據(jù)。

2)不同采集方式，不同途徑、不同廠家的數(shù)據(jù)來源多樣性導(dǎo)致無法建立統(tǒng)一的輸入通道。

3)只為本單位考慮適用的數(shù)據(jù)輸入格式編碼使得平臺搭建缺乏最根本的基礎(chǔ)。

這些因素從根本上制約了目前城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)的橫向發(fā)展，一個地理信息系統(tǒng)只能局限在本單位平臺內(nèi)使用，其狹隘的數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)制約了它作為“數(shù)字城市”平臺中最基本要素的廣泛性，從而無法建立起一個真正廣泛意義上的城市“數(shù)字地質(zhì)”模型系統(tǒng)，為“數(shù)字城市”提供基礎(chǔ)平臺。

基于位置信息服務(wù)(Location-Based Service，簡稱LBS)技術(shù)是整合無線通信移動定位技術(shù)、計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與GIS(地理信息系統(tǒng))的綜合性服務(wù)技術(shù)。地理信息系統(tǒng)簡單來講就是使用戶獲得類似于坐標(biāo)參數(shù)等地理信息或者實現(xiàn)用戶與服務(wù)商之間信息互動。南通市移動城市工程地質(zhì)地理信息系統(tǒng)內(nèi)容主要體現(xiàn)在通過終端獲取地理位置坐標(biāo)來完成所需服務(wù)，是一種通過拉(Pull)行為被動獲取信息的過程；LBS和移動GIS是思維方式的根本改變，它的內(nèi)容不僅涵蓋移動GIS，更傾向于向可知位置用戶發(fā)送服務(wù)信息，這是一種通過推(Push)行為主動推送信息的過程。目前的城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)受限于野外定位的精度而停滯不前，因此，一旦精度能夠滿足要求，那么移動終端就具有了實時實地推送的強大功能。據(jù)此，可以真正實現(xiàn)野外與室內(nèi)數(shù)據(jù)的相互推送，野外位置的實時預(yù)警，工程數(shù)據(jù)的信息等運用。通過這種基于定位技術(shù)的主動服務(wù)功能的延伸，強化了在“數(shù)字地質(zhì)”基礎(chǔ)層面上的運用功能，使得“數(shù)字地質(zhì)”的應(yīng)用更加豐富，從而向更高層面的運用——“智慧地質(zhì)”發(fā)展。

4 系統(tǒng)主要創(chuàng)新之處

以移動GIS平臺為基礎(chǔ)，根據(jù)我國城市工程地質(zhì)管理信息系統(tǒng)建設(shè)的實際情況和存在的問題，提出當(dāng)前技術(shù)條件下的城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)方案，以實現(xiàn)對城市勘察數(shù)據(jù)的科學(xué)管理，為城市規(guī)劃、工程建設(shè)等提供決策支持。主要完成以下幾個方面的工作：

1)城市工程地質(zhì)信息模型的研究。對工程地質(zhì)勘察領(lǐng)域的自然對象進行系統(tǒng)分析，建立其抽象對象模型，分析對象與對象之間的交互關(guān)系，建立適合地理空間信息系統(tǒng)使用的信息模型。

2)城市工程地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)。對工程地質(zhì)勘察所涉及到的數(shù)據(jù)進行分類組織，采用成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一存放到地理管理空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。利用SQL Server數(shù)據(jù)庫和ArcGIS空間數(shù)據(jù)引擎建立了城市工程地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)庫，選用ArcPad，ArcGIS Mobile，ArcGIS for iOS/Windows Phone/Android/實現(xiàn)移動GIS客戶端應(yīng)用軟件，實現(xiàn)城市工程勘察數(shù)據(jù)的圖數(shù)文一體化存儲和管理。

3)基于移動GIS平臺的城市工程地質(zhì)勘察管理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。以建立的信息模型為參照，采用ArcGIS提供的移動GIS平臺開發(fā)包、SQL Server數(shù)據(jù)庫等技術(shù)集成下進行二次開發(fā)，按照C/S和B/S模式分別開發(fā)城市工程地質(zhì)地理信息系統(tǒng)。

4)研究智能移動終端(手機)現(xiàn)場定位技術(shù)，提高定位精度，滿足工程地質(zhì)勘察精度要求。

5 結(jié)論

1)著眼于整個城市平臺的數(shù)據(jù)庫的建立，構(gòu)建不同格式數(shù)據(jù)的統(tǒng)一通道，建立一套標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)編碼體系，通過讀取、轉(zhuǎn)換不同格式的基本數(shù)據(jù)，以此形成統(tǒng)一的城市工程地質(zhì)基本數(shù)據(jù)輸入格式，真正實現(xiàn)城市意義上的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，搭建完整的“數(shù)字地質(zhì)”平臺。

2)實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)存儲到GIS空間數(shù)據(jù)庫中，屬性數(shù)據(jù)存儲到SQL Server數(shù)據(jù)庫中，并實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。

3)對南通市天地圖提供的共享地理空間信息與本系統(tǒng)的疊加進行設(shè)計與實現(xiàn)、工程地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)庫設(shè)計、移動GIS平臺的平面空間定位和工地地質(zhì)數(shù)據(jù)實時采集設(shè)計與實現(xiàn)、基于桌上型和移動GIS平臺的城市工程地質(zhì)管理信息系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。