三維城市地質信息系統建設—以阜陽市城市地質調查為例

■王守沛

（合肥工業大學/安徽省地質環境監測總站安徽合肥233000）

三維城市地質信息系統建設—以阜陽市城市地質調查為例

■王守沛

（合肥工業大學/安徽省地質環境監測總站安徽合肥233000）

三維城市地質信息系統融合海量數據管理、分析評價和信息發布功能為一體，來有效管理、處理和利用地下地質結構信息、地下空間信息、水資源信息、礦產資源信息等。本文以阜陽市城市地質為例，解析三維城市地質信息系統建設背景及總體設計方案。運用三維城市地質信息建設服務地方城市發展。

三維城市分析評價城市地質城市發展

0 引言

隨著城市化進程的不斷加速和城市經濟的快速發展，一方面，城市建設的加速導致地面塌陷、地下水資源緊缺、土壤和地下水污染等各種城市地質問題，成為制約和影響城市可持續發展的主要因素；另一方面當城市建筑越來越多，位置要求越來越精準，地下地質信息的皖北完備對于城市規劃、設計、施工以及地下空間開發利用等至關重要。阜陽市地質工作開展程度較高，但資料的系統性、現時性和表現性較差。傳統的二維GIS在城市規劃、地下空間開發等領域缺陷日顯突出。三維建模與可視化技術在三維數據管理，可視化分析、工程建設直觀三維視覺等方面等極具優勢。為了合理規劃城市建設、充分利用地下空間，并且搞好城市地質災害預防，迫切需要借助地質信息系統技術和三維可視化建模技術，建立去一個地下數字城市。

1 城市地質信息化工作模式

為使城市地質信息化工作適應新形勢下城市發展對地質信息的需要，實施城市地質工作全過程的數字化和信息化，是實現城市地質從傳統工作方式轉變為現代工作方式，提升城市地質工作的技術層次，提高城市地質調查成果質量、服務水平和效率的最佳途徑，也是地質調查工作發展的大趨勢和必然結果。

2 前期數據的調研及需求分析

對工作區及周邊先行開展基礎地理數據、專業地質鉆孔數據、成果圖件及實驗成果等各類資料的收集工作，收集的和施工可能產生的數據進行初步分類并構建數據庫結構，將各類數據大體劃分為工程地質、水文地質和地球化學等數據庫，進行城市三維地質信息系統建模前，對采集、整理的各類數據按照三維建模系統的相關數據格式、要求，對各類數據進行分析、入庫，以實現建立三維地質模型的目標，針對收集到基礎地理數據、專業地質鉆孔數據、成果圖件及實驗成果，劃分為工程地質、水文地質和地球化學等數據，整理相關的數據格式要求及數據入庫方式。

3 數據庫建設

數據庫建設工作是通過使用Access數據庫的相關工具、系統提供的數據入庫工具以及GIS工具軟件所提供的建庫功能進行阜陽市屬性數據、文檔資料及空間數據等各類資料的入庫工作。其中，使用系統導入工具對經過規范化處理的屬性數據建庫；使用MapGIS空間數據引擎對經過規范化處理后的地理底圖、地質圖、遙感影像、評價成果圖件等矢量或柵格類空間數據建庫。

4 系統總體框架

城市地質三維信息系統的總體框架大致分為四個層次，即：基礎數據層→數據中心服務層→業務分析層→政府部門應用層。

4.1 數據管理與維護子系統建設

根據項目設計方案，集成已有的設計思想和功能模塊，已經完成數據管理與維護子系統框架搭建，實現了基礎地理、專業圖件數據管理，原始數據的上傳、下載、查詢和管理，多專業屬性數據導入、文檔資料導入與管理、權限管理等功能。系統框架界面如圖所示：

4.2 分析評價與三維可視化子系統建設

開發分析評價與三維可視化子系統包含了對遙感影像、鉆孔業務、地質調查專題數據等的疊加顯示，查詢統計、地質專業圖表的生成與編輯、三維地質模型構建及分析等多個功能模塊。

分析評價與三維可視化子系統將地質調查數據庫中的屬性數據進行了管理，實現了鉆孔點位動態顯示、調查點位動態顯示、基本通用查詢。將工程地質專業鉆孔、水文地質專業鉆孔疊加到遙感影像和成果上進行顯示，并且可以根據屬性進行分段子圖設置，依據不同深度、不同類型采用不同子圖顯示鉆孔，不同專業點位可以采用不同顯示方式。還可進行鉆孔詳細信息的查詢，查詢結果以列表形式顯示。

4.3 三維可視化分析

為了方便、高效地對地質體邊界、內部屬性、工程實體進行探察，可對模型進行平移、縮放、任意方向拉伸、旋轉等交互操作。系統還實現了對模型數據沿任意方向剖切的功能，并支持實體內部三維動態推進顯示等。針對目前工程開挖的特點，系統還提供了基于三維模型的隧道開挖、漫游功能以及爆炸顯示功能。

4.3.1 三維可視化

可設置地質面、地質實體等地質單元的透明度，實現模型的半透明顯示，設置燈光、材質等一系列場景顯示參數，以增強場景的真實感，設置坐標軸、包圍盒、圖例、方向標等場景輔助對象的顯示。

4.3.2 三維模型切割

支持對各類地質體進行平面剖切、水平剖切、斜切、折線垂直剖切及組合剖切等多種剖切方式。通過鼠標輸入線、對話框輸入坐標、讀取線文件等方式生成剖切路徑，可以同時采用不同方式讀入多條路徑。

4.3.3 三維模型爆炸顯示

三維模型爆炸顯示功能實現將整個模型進行一次爆炸顯示的過程，使得模型能夠被充分的打散開來，便于用戶了解地層里面的細節問題。

4.3.4 三維模型編輯

提供給用戶可以對模型進行自由的拖拽以及旋轉等操作，可指定拖動以及旋轉的方向，解決了對某個創建在了模型里面的對象不容易直觀分析的缺點。

5 結論

阜陽市城市地質信息系統與三維模型的建立，集眾多地質數據于一體，建立了地質數據與空間之間的關聯，使地質成果直觀、快速地服務于城市建設成為可能。但因本次工作時間緊，工作量大，而且以往有多個部門在阜陽市開展了大量與地質相關的工作，取得了大量的工作成果，各類地質數據眾多，本次工作未將阜陽市眾多的地質數據信息全部納入到系統中，有待今后進一步開展工作，進一步充實、完善阜陽市城市地質信息系統，更好地服務于阜陽的城市發展。

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P208[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-321-1