1-MapGIS IGSS 3D三维城市地质信息管理与咨询服务解决方案(定稿)

MapGISIGSS3D三维城市地质信息管理与咨询服务解决方案潘声勇城市地质学的研究对象广泛，主要包括城市地形地貌及地质构造条件；水文地质结构和水文地质条件、地下水的相关研究；与城市有关的地震、滑坡、洪水、地面沉降等地质灾害问题；城市建筑材料、地热、垃圾处理、地质环境质量评价等。可以说城市地质和每个人息息相关。这些年来，我国的地质信息化工作取得了很大成就，但目前仍然不能完全适应城市规划、建设的要求。一是城市的地质调查研究工作与经济建设、环境规划结合不甚紧密，调查评价体系墨守固定模式，对城市规划、建设的需求了解不够，工作成果多是纯地质调查图件，规划师对城市地质图件难以理解，实用性较差，导致许多城市地质调查资料被束之高阁；二是城市水文地质、工程地质、环境地质等单一领域的研究成果多，综合性的研究成果少，对城市复杂的地质条件缺乏整体认识，以致于不能及时转化成为城市发展服务的有效信息。依托全国城市地质调查项目，结合目前地质工作的实际需求，充分利用数据库技术、GIS、三维可视化技术等，形成了基于MapGISIGSS3D的三维城市地质信息管理与咨询服务解决方案，实现了地质数据的信息化和多维化表达。该平台以服务为中心，以行业需求为导向，集城市基础地理、遥感、区域基础地质、水工环、地球物理、地球化学、地质灾害、矿产资源等多专业、海量异构数据输入、数据建库、查询检索、地质出图、三维建模及可视化分析、计算评价及辅助决策、共享服务功能于一体。MapGISIGSS3D城市地质信息平台MapGISIGSS3D是中地数码集团精心打造的三维地理空间信息共享服务平台解决方案产品。基于MapGISIGSS的共享框架，以MapGIS-TDE为内核，提供涵盖空中、地上、地表、地下的一系列全空间真三维可视化、建模、分析应用服务，以快速搭建、按需服务的模式构建面向各行业的三维GIS智慧解决方案。MapGISIGSS3D具有全空间、真三维、易集成、高共享的特点。平台建设主要考虑以下四个方面：1、基于GIS的城市地质综合大型空间数据库建设进行综合大型空间数据库的建设，收集研究区内基础地质、水文地质、工程地质、环境地质、地质灾害、地质资源、地质遗迹等调查研究工作所获取的各类基础及专业数据，进行数据库结构与标准的制定，进行多源海量数据的整合，把原始数据转化为便于使用的地质信息数据库，为三维城市地质信息更加便捷的应用、科学化、网络化的管理与服务提供数据基础。2、城市地质数据管理与维护子系统建设（C/S）对全市范围内多源、异构、海量城市地质及相关资料数据的有效管理，主要包括系统维护与权限管理、数据录入与导入、原始数据管理、基础数据管理、数据格式转换。3、城市地质专业分析评价子系统建设（C/S）除负责传统二维地质信息的存储、管理、显示和专业分析、评价应用外，还包括三维地质数据存储管理、三维地质建模、三维可视化处理以及三维实体分析，是一个专业人员进行地质分析、研究的工具平台和进行辅助工程设计、施工与决策的应用平台。4、基于WebGIS的城市地质信息共享与社会化服务子系统（B/S）实现城市地质三维空间信息的共享和社会化服务，面向接入广域网的政府机构、科研院所、企事业单位及社会公众提供基于Web的有效城市地质信息共享和服务。平台体系架构：整个平台既有地理信息处理又有地质信息处理，既有二维处理，又有三维处理，既有C/S运行模式的应用，又有B/S运行模式的应用。系统按层次体系结构进行设计，在逻辑上对不同的功能进行层次划分，这样有助于对系统进行分析和研发，也便于系统的维护和升级。根据系统建设的四项基本任务，平台在逻辑上又可细化并划分为5个层次（不考虑操作系统等系统软件），分别是数据库层、GIS平台层、基础功能层、业务应用层、网络发布层（图1）。图1MapGISIGSS3D城市地质信息平台总体框架1、数据库层数据库层由空间数据库引擎和大型商用数据库构成。数据服务层用于建立空间和属性数据库，存储、管理和维护各类数据，建立并维护空间、非空间索引。空间数据库建立在大型商用数据库管理系统（DBMS）基础之上，实现对空间数据的存储、管理、检索和维护。空间数据库引擎建立适应海量数据存储管理的空间数据组织机制和空间索引机制。2、三维GIS平台层三维GIS平台层由MapGIS基础平台（含SDE）、三维景观平台、三维地质建模平台、三维空间数据管理、三维模型运行平台、元数据管理平台以及MapGISIGS构成。其中MapGIS基础平台提供传统二维地理信息系统的分析、处理功能；三维景观平台提供地面三维建模以及地表景观建模的功能；三维地质建模提供通用的三维地质结构建模和三维地质属性建模功能，如三角化、插值、等值线生成、由轮廓线重构面和体等；三维空间数据管理平台提供对三维矢量数据模型和三维栅格数据模型的管理功能；三维模型运行平台提供对三维模型进行三维显示、输出及网络发布的基本功能；MapGIS元数据引擎是元数据库管理的核心部分，负责元数据的读取和查询；MapGISIGS是新一代基于WEB的GIS软件，提供了包括显示、工程管理、工作区管理、分析功能等一系列COM组件。3、基础功能层基础功能层由通用业务处理平台和数据管理平台构成。其中，通用业务处理平台提供等值线图、钻孔柱状图、剖面图等通用图表生成、编辑的基本功能以及通用查询统计功能；数据管理平台在数据库管理系统DBMS及MapGISSDE基础上实现对原始数据、基础数据、模型数据、成果数据的管理，包括数据输（导）入、编辑、转换、查询等数据操作功能，同时为业务应用的实现提供数据访问接口。4、业务应用层业务应用层实现各专业的业务逻辑及综合分析评价功能，包括工程项目管理、数据管理、查询统计、二维分析处理、三维分析处理、地质环境分析评价、报表制作输出、图形编辑输出、系统管理及维护。用于实现基础地质、工程地质、水文地质、环境地质、地面沉降、地球物理、地球化学、地质环境评价业务应用服务。5、网络发布层网络发布层构成一个基于MapGIS三维地理地质信息平台（包括MapGISIGS）和大型数据库，面向政府和社会的地质数据信息共享和发布体系，包括地图浏览、三维模型浏览、成果资料检索、属性查询、数据上传下载及简单空间分析等功能。关键技术2D、3DGIS集成模式下地质信息管理与可视化借助数据中心技术，在不涉及数据本身差异前提下，以中间件技术为基础的插件管理方式，屏蔽二三维数据差异，集成二三维空间数据，在逻辑上以空间数据的概念进行统一管理，并统一规范了数据存储、可视化和分析应用等处理流程（图2）。图2二三维集成管理与可视化基于数据中心的多源异构海量数据管理2D表达3D地质实体剖切形成剖面虚拟钻探形成柱体钻孔轨迹剖面区3D柱体、剖面基于数据中心的数据仓库，实现多源异构数据统一的、可扩展的、层次化管理，可按主题层次生成动态的资源管理器式目录，实现目录定制和海量地质数据管理（图3）。同时实现计算、评价等二维专业分析应用；专业图件生成与编辑，如基于多源数据的钻孔剖面图自动生成与编辑等。图3目录定制和海量地质数据管理多种三维地质建模与模型分析方式涵盖多种地质体建模方法，以满足不同地质条件三维模型构建的需要，包括多源数据耦合层状地质体建模方法、约束地层分布范围图的地质体建模方法、基于剖面约束的地质体建模方法、基于地层层序界面分布地质图的地质体建模方法和空间约束条件下三维地质属性建模方法，并提供了如模型爆炸、拖拽、剖切、隧道开挖等多种分析方法（图4、5）。图4约束地层分布范围图的三维地质结构建模效果图地理底图遥感影像地形数据地质钻孔地质图地下空间利用化探资料图5基于剖面约束的地质体建模效果图典型应用基于MapGISIGSS3D的三维城市地质信息管理与咨询服务解决方案，可为城市地震安全评价、城市规划与工程建设选址、防治地质灾害、地下水资源与环境保护、城市浅层地热能利用分析、地下环境污染状况分析等众多领域提供决策依据。※在城市总体规划中，服务于功能区规划、工程选址。根据城区活动构造的分布和活动性，对城市地壳稳定性进行区域划分，并对地面沉降等主要平原区地质灾害和工程地质问题、山区滑坡与泥石流等地质灾害和工程地质问题进行分析和评价。※在地下空间环境岩土工程评价方面，从岩土的工程性质、开发条件和环境影响等方面综合评估，确定未来城市发展适宜地下空间开发的地段和高风险区，为地下空间可利用规划编制与修编提供必要的信息。※基于三维地层模型的工程建设方案优选。在三维地质结构模型基础上，利用三维技术模拟地下空间开发过程，并按隧道不同设计深度，综合评价地层结构变化对隧道工程的影响。※地面沉降监测与防治研究。地面沉降影响因素复杂，但主要影响仍是地下水开采。结合水文地质结构模型、地下水采灌及地下水位动态，进一步研究地面沉降规律和机理，有针对性的制定控制措施。※重大生命线工程安全监测及研究。结合地面沉降耦合模型，实时动态可视化沉降变化，为城市安全预警机制提供保障；具体工程安全监测及分析，需要以工程沿线地质结构为基础，以区域地面沉降动态为背景，结合轨道交通等基础设施特点，进行监测研究（图6）。图6轨道交通沿线立体剖面图与沉降曲线图※城市地下水资源可持续开发与保护规划研究。评价战略应急水源地的分布格局、水量、开采时限及优化配置的技术方案；应急供水条件下潜在的环境效应，水源地周边环境防护措施；地表水和地下水联合调蓄方案及区域联网供水方案；在三维水文地质结构的基础上，建立地表水—地下水耦合模型，为地下水资源可持续开发与保护提供依据。如何让城市走可持续发展是一个战略目标，三维城市地质信息管理与咨询服务解决方案为实现这个目标提供了全面的、直观的科学依据。三维城市地质信息管理与咨询服务解决方案基于MapGISIGSS3D，采用C/S与B/S混合的体系架构，以海量的数据管理、高效的辅助制图、直观的三维建模与分析、成果的共享与服务，为城市走持续发展这一战略目标提供翔实的基础数据和科学依据。