城市三維地質建模與信息綜合管理平臺設計開發

閆亭廷

（寧夏回族自治區遙感測繪勘查院（寧夏回族自治區遙感中心） 寧夏銀川市 750021）

城市三維地質建模與信息綜合管理平臺設計開發

閆亭廷

（寧夏回族自治區遙感測繪勘查院（寧夏回族自治區遙感中心） 寧夏銀川市 750021）

開展城市三維地質建模與信息綜合管理平臺設計開發是我國經濟發展的重要保障，有助于提高災害監測預防能力、為城鄉及工程建設提供保障以及改善人們的居住環境。我國對三維地質建模與信息綜合管理平臺設計開發以取得重大進展，也存在一些問題。對系統設計原則、系統結構設計進行簡要介紹，并結合具體事例，對城市三維地質建模與信息綜合管理平臺在城市房屋工程建設中的具體應用進行分析。

三維地質建模；可視化；信息綜合管理平臺

1 緒論

1.1 研究背景

黨中央、國務院十分關注我國城市化進程中的地質工作，2006年溫家寶總理在加強地質工作會議中明確提出地質工作需要與國家經濟社會發展結合，為經濟和社會發展提供服務。該會議將地質工作作為經濟建設的基礎，并貫穿于經濟建設的全過程[1]。地方各級政府十分重視地質工作，尤其在新的城市建設中，迫切要求地質工作為城鎮布局、城鎮規劃和城市安保提供支持，強調城市建設需要立足于城市地質調查研究，了解城市地質環境容量，分析地質環境變化，根據地質結構特點進行城市規劃建設工作，建立經濟社會發展保障機制，為經濟社會可持續發展提供安全保障[2]。

1.2 研究意義

1.2.1 提升城市地質災害監測預防能力

道路橋梁、房屋建設以及底線管路鋪設受地質條件的影響，如沉降、裂縫等問題對橋梁及房屋設施造成巨大破壞。而多數地區地質勘察精度低，地質監測工作落后，地質監測工作無法為災害預防工作提供支持，迫切需要利用現代技術開展地質監測，提高地質災害調查的精度，提高災害預防能力[3]。

1.2.2 為城鄉及工程建設提供保障

我國經濟處于快速發展階段，城鄉建設規模持續擴大，工業化建設速度加快，工程項目規模更大，工程項目管理任務更加復雜，重大工程與城鄉建設任務更重。城鄉建設和工業化建設穩步推進都依賴于地質工作成為，借助地質災害探測結果制定決策，減少決策失誤，提高工程建設項目決定的科學性，少走彎路。

1.2.3 改善生存環境

生態地質環境保護與人民群眾生活息息相關。隨著人們生活水平的提高，燃煤燃氣等消費需求日益增長，需要做好地質調查工作，解決居民飲水安全問題、防治有害元素超標引發的地方病，亟待加強水文地質勘查，加快找水改水步伐。同時，開展國土整治，防治廢棄物占地等環境問題，也要求做好環境地質工作[4]。

2 系統研究開發現狀

2.1 國內外開發現狀

發達國家自20世紀70年代著手三維地質建模軟件開發，并且大量產品問世，軟件系統的穩定性較高。例如玫瑰PST油藏技術公司研制的GoCAD、美國斯倫貝謝公司的Petrel、加拿大阿波羅科技集團公司的LYNX Micro Lynx、澳大利亞Maptek公司的Vulcan。經過數十年不斷發展及完善，國外的三維地質建模軟件的功能較為成熟和完善。目前已有部分國外軟件商進入中國，但是國外軟件屬于全英文操作界面，操作難度高。而且外國軟件的費用高，大范圍推廣使用難度大。因而部分國外軟件商推出漢化版軟件，并提供售后技術服務，國外三維地質建模軟件在國內的市場范圍也在逐漸擴大。

國內對三維地質建模軟件的研究始于20世紀90年代，但是未出現性能可靠的三維地質建模軟件產品。近年來該局面有所好轉，例如武漢中地數碼集團和中國地質大學信息工程學院聯合開發的MapGIS K9、山東藍光軟件公司和山東科技大學聯合開發的藍光軟件、中國地質大學武漢坤地科技有限公司研發的GeoView。雖然國內產品和國外產品存在較大差距，但是國內產品已經具備的地下三維地質建模功能，能夠滿足多數三維地質建模要求[5]。

2.2 系統開發中的問題

（1）開源三維基礎庫選擇問題。開源三維基礎軟件庫選擇關系到軟件開發難度，合理使用可以降低卡法難度，減少三角剖分和三維切割等基礎算法的投入。當前三維GIS開發中常用開源資料選擇較多，且均可提供源代碼，但是同一項目使用應避免使用多個開源資料，減少開源代碼對模塊的依賴。因此，選擇開源資料是研究就人員必須解決的難題[6]。

（2）三維數據模型標準問題。由于技術原因，建模數據標準不成熟，當前三維建模數據的標準主要來源于計算機三維幾何造型領域，如美國3D Syestems公司STL標準，但是這些標準主要面向規整的三維模型，而地質體具有不規則性特點，因而三維地質建模仍缺少權威的數據標準[7]。另外，由于數據標準缺乏，國內外三維地質建模產品的數據兼容性差。

3 三維地質模型建立

本次研究采用MPGIS K9為主要三維地質建模軟件。MapGIS K9可以采用三種方法建立三維地質結構模型，基于鉆孔以及地形等值線等自動建模：基于交叉剖面方法的交互式建模；基于地質圖以及多源數據的建模。

本次研究以鉆孔地形等值線和多源地學數據相結合的方法進行城市三維地質體建模。①根據工程需要，地質調查內容重點為地下30m范圍內的底層結構、淺層地下水位情況以及水質腐蝕性，不良地質現象，并對巖層特性進行分析。②根據鉆孔及剖面，建立三維工程地質信息模型，清晰顯示巖土類型的分布情況，了解不同的地基應用，并指導城市規劃。詳見圖1，A、B、C、D、E、F分別為基巖模型、基巖面模型、新生界建模區域及剖面分布、新生界模型、平原區工程層模型、在工程層模型上切割生成的柵欄圖。

圖1 三維地質模型

4 系統開發設計

4.1 系統設計原則

本研究采用基于MAPGIS-TDE的三維地質建模及可視化系統，系統開發的主要目標為結合GIS、MIS、OA技術特點，開發集三維地質信息輸入、數據管理、數據建模、可視化分析等功能的三維地質信息綜合管理系統，為工作人員提供綜合、智能、規范的管理平臺，滿足工作人員對地質數據管理和分析要求。系統開發與設計需要遵循一致性、實用性、可靠性、經濟性、交互性、可擴充性、健壯性、安全性、應用模塊與的數據分析等基本原則。由于三維地址數據具有多源、復雜和不確定的特點，因而三維地質建模的最終目標不是反應地質情況，而應利用三維地質建模為實際工程應用問題提供新的環境和科學手段[7]。

4.2 系統結構設計

結合系統的功能、用戶特征及建設目標，基于MAPGIS-TDE三維地質建模及可視化系統采用G/S結構集中式數據管理模式，結構框架詳見圖2。地學資料管理系統C/S版面可提供基礎地理空間數據、專題性數據、成果圖件、文檔資料等，為工作人員進行數據擴展、錄入、到處、檢查、瀏覽等功能。未來還可以考慮將C/S結構與B/S結構相結合，構成多層體系結構，使系統能夠使用局域網和廣域網兩種網絡環境。

5 結論

城市三維地質信息及可視化信息管理平臺已經廣泛用于諸多領域，其可視化特點不僅提高了工作效率，數據二次開發還能為社會提供服務，為經濟發展和城市建設提供幫助。三維地質建模與信息綜合管理平臺也是地質調查工作模式的創新，也是擴大地理信息資源應用領域的重要嘗試。

[1]張芳，張鵬，陳雷，等.三維巖土工程勘察信息系統的工程應用[J].地下空間與工程學報，2010（5）：995～1000.

圖2 地學資料管理系統功能結構框架

[2]陳 勇，劉映，楊麗君，等.上海三維城市地質信息系統優化[J].上海地質，2010（3）：23～28.

[3]武強，徐華.數字礦山中三維地質建模方法與應用[J].中國科學：地球科學，2013（12）：1996～2006.

[4]張洋洋，周萬蓬，吳志春，等.三維地質建模技術發展現狀及建模實例[J].東華理工大學學報（社會科學版），2013（3）：403～409.

[5]屈紅剛，潘懋，劉學清，等.城市三維地質建模及其在城鎮化建設中的應用[J].地質通報，2015（7）：1350～1358.

[6]屈紅剛，潘懋，呂曉儉，等.城市三維地質信息管理與服務系統設計與開發[J].北京大學學報（自然科學版），2008（5）：781～786.

[7]容東林，尚建嘎，甘地.城市三維地質信息系統建設統一過程方法與實踐[J].地質科技情報，2016（1）：212～217.

P208

A

1004-7344（2016）24-0273-02

2016-8-6

閆亭廷（1981-），碩士研究生，遙感地質專業。