基于鉆孔的佛山市城市地質三維建模系統(tǒng)研究

廣東省佛山地質局 任榮 吳小輝

基于鉆孔的佛山市城市地質三維建模系統(tǒng)研究

廣東省佛山地質局 任榮 吳小輝

佛山市城市地質調查開展的目的是為了解決城市經濟快速發(fā)展過程中產生的城市地質環(huán)境、地質災害問題,通過建立基礎地質、工程地質及水文地質數(shù)據(jù)模型,將現(xiàn)有的工程、地質、水文等資料通過數(shù)據(jù)庫有機的組合起來,利用計算機可視化圖形技術,在空間的角度直接模擬地下地質結構,形成了佛山市城市地質三維模型。

佛山市三維建模數(shù)據(jù)庫

佛山市城市地質三維信息系統(tǒng)通過對城市基礎地質、水文地質、工程地質、環(huán)境地質、地球物理、遙感、災害地質等多專業(yè)的地質信息和成果進行集成和綜合,綜合利用GIS、數(shù)字地質、現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實、計算機網(wǎng)絡等技術,實現(xiàn)對城市地質信息管理、更新維護、檢索查詢、分析評價、三維地質模擬和成果顯示,在此基礎上進行城市地表與地下空間結構組織與空間資源、地面沉降、地下水資源與質量和生態(tài)環(huán)境進行分析評價和預測模擬。

一、系統(tǒng)架構

佛山市城市地質三維信息系統(tǒng)總體設計管理的數(shù)據(jù)主要分為原始資料數(shù)據(jù)層、基礎數(shù)據(jù)層、模型數(shù)據(jù)層、成果資料數(shù)據(jù)層等幾類,除原始資料數(shù)據(jù)層外,其他數(shù)據(jù)層都要用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理:

(1)原始數(shù)據(jù)層:各類鉆孔(井)卡片中的野外現(xiàn)場描述、各種測試數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及地球物理的原始資料。(2)基礎數(shù)據(jù)層:系統(tǒng)進行常規(guī)分析評價、三維建模所使用的基礎數(shù)據(jù)的集合,包括地理空間數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、基礎地質數(shù)據(jù)、水文地質數(shù)據(jù)、工程地質數(shù)據(jù)、地球物理數(shù)據(jù)、標準規(guī)范數(shù)據(jù)等。(3)模型數(shù)據(jù)層:城市地質環(huán)境質量評價模型、三維地質結構模型、三維地質屬性模型的數(shù)據(jù)集合。(4)成果數(shù)據(jù)層:系統(tǒng)生成的各類成果資料的數(shù)據(jù)集合,包括有關專業(yè)的成果圖件、城市地質環(huán)境質量評價結果、三維模型分析結果。

圖1 各類數(shù)據(jù)關系圖

目前,佛山市城市地質三維信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括了基礎地質、工程地質、水文地質三大類鉆孔資料、遙感數(shù)據(jù)和各類相關成果圖件。對于文本及數(shù)字格式的數(shù)據(jù),系統(tǒng)采用Oracle、Access數(shù)據(jù)庫表格的方式存儲和管理;對于圖件及圖像的數(shù)據(jù),系統(tǒng)是結合Mapgis的屬性管理外掛所有入庫的資料。

二、系統(tǒng)功能

(1)查詢分析及應用。佛山市城市地質三維信息系統(tǒng)主要包括資料查詢、動態(tài)修改生成模型區(qū)域范圍內地下剖面情況,任意位置及深度地下地質體結構切割,為城市建設規(guī)劃、工程勘察、地下開挖等提供可視化服務。基礎鉆孔數(shù)據(jù)庫收集了近十幾年來佛山市各類工程項目的鉆孔資料,通過不同專業(yè)劃分標準統(tǒng)一錄入數(shù)據(jù)庫中,三維系統(tǒng)提供多種檢索查詢分析方法提取各類基礎地質數(shù)據(jù)(多邊形查詢、鉆孔號查詢、通用查詢)。系統(tǒng)利用現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫中的資料還可以動態(tài)的生成各專業(yè)鉆孔柱狀圖(工程、水文、第四紀等)、鉆孔剖面圖及工程實驗數(shù)據(jù)分析應用。

(2)三維可視化。佛山城市地質三維建模的基本思路是在野外資料調查基礎上,用計算機將人為選取的網(wǎng)格狀的鉆孔剖面圖立體化,交叉形成的區(qū)塊建立模型,最后組合形成整個工作區(qū)內的城市三維地質結構模型。三維系統(tǒng)的主要功能是三維建模、分析應用和漫游顯示等,目前佛山市城市地質調查項目初步做了中心城區(qū)示范區(qū)的三維地質結構模型(圖2)。

模型較好的體現(xiàn)了示范區(qū)內的地質結構,并且針對所作的模型進行了系統(tǒng)主要功能的演示,如通過立體化的地質剖面可以直觀的看到地形的起伏,斷裂的走向,各地層地質結構及深度的情況。

圖2 示范區(qū)三維地質結構模型

模型的分析應用功能主要是對建好的模型按照需要進行各種不同形態(tài)的切割,如工程中基坑開挖、管道鋪設或是地鐵修建時候隧道開挖(圖3)等,可以讓專業(yè)人員直觀的了解地下地層結構,準備把握工程所在地地質條件,為下一步工作提供科學依據(jù)和判斷。

三、系統(tǒng)存在的問題

佛山城市地質三維信息系統(tǒng)是在MAPGIS基礎地理信息平臺基礎上,針對佛山市城市地質工作實際需要開發(fā)的一套大型網(wǎng)絡化城市數(shù)字地質集成信息系統(tǒng),它將適用于城市地質查詢分析評價的數(shù)據(jù)庫建設、三維地質模型的建立顯示和城市地質調查數(shù)據(jù)資源的共享服務平臺,而目前還沒有做網(wǎng)絡服務方面的工作,針對數(shù)據(jù)的安全性問題、不同用戶的權限問題等都有待解決,還有就是三維建模主要依據(jù)已有鉆孔資料,對地區(qū)要求性很高,需要小區(qū)域里面有大量平均分布的鉆孔才能建立相應的模型,同時不能很好的解決地層倒序的建模問題,系統(tǒng)對于斷裂的模擬真實程度不夠也將是下一步工作的重點所在。

[1]楊東來,張永波,王新春等.地質體三維建模方法與技術指南,地質出版社,2007,9

[2]李清泉,李德仁.三維空間數(shù)據(jù)模型集成的概念框架研究.測繪學報,1998,27(4):325～330

[3]李青元,林宗堅等.真三維GIS技術研究的現(xiàn)狀與發(fā)展.測繪科學,2000,25(2):47～51

[4]鄭貴洲,申永利.地質特征三維分析及三維地質模擬現(xiàn)狀研究.地球科學進展,2004,19(2):218～223

圖3 三維地質結構模型模擬隧道開挖外觀

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