菏澤市城市地質信息管理與服務系統分析

賈佳佳，賈 超，韓建江，黃丙湖

（1.山東大學土建與水利學院，濟南250061；2.山東省地礦工程勘察院，濟南250014；3.中國石油大學，山東 青島266580）

菏澤市城市地質信息管理與服務系統分析

賈佳佳，賈 超，韓建江，黃丙湖

（1.山東大學土建與水利學院，濟南250061；2.山東省地礦工程勘察院，濟南250014；3.中國石油大學，山東 青島266580）

對城市地質信息可視化管理系統進行了理論與實踐的探索，城市地質信息可視化管理系統涵蓋城市的地質結構、地熱信息、水文信息等專項，應用現代信息技術方法對各專項信息進行處理，構建具有整體涌現性的城市地下空間三維可視系統，使城市地質信息可測、可視、可控。研究成果對于城市地下空間具有普遍意義，為菏澤市城市建設提供了基礎地質信息依據。

城市地下空間；城市地質信息；可視化管理系統；城市規劃依據

1 背景

隨著我國城市化進程的不斷加速，對城市地下空間的開發利用日益緊迫，如何快速、準確、直觀獲得城市地下空間地質信息至關重要。而當前地下資料在系統性、現時性、表現性方面都較薄弱。因此，需要充分利用計算機三維可視化等現代信息技術的最新成果，對城市地質數據進行有效地存貯管理、三維可視化展示與網絡化服務，切實為城市規劃、建設和管理服務，構建能夠提供最新詳細信息的快速反應型城市三維地質信息管理與服務系統［1］。

國外城市地質信息化工作起步較早，20世紀70年代，加拿大開始了城市地質計算機輔助制圖工作，實現了城市地質填圖從定性到定量的過渡；20世紀90年代，英國建立了大量基于GIS平臺的地學信息空間數據庫和專業評價輔助決策系統；20世紀90年代后期到21世紀初，隨著三維計算機軟件的日益發展和成熟，利用各種鉆孔資料和地球物理測井等資料，建立城市三維地質模型成為一種趨勢［2］。

與國外相比，我國城市地質信息化工作啟動較晚。從20世紀90年代后期開始，北京、天津、上海、廣州等大城市首先開始城市工程地質GIS系統的研究與建立，如北京理正軟件設計研究院有限公司開發的“工程地質數據管理系統”［3］、天津地質調查院開發的“天津城市地質信息管理與服務系統”［4］、上海市地質調查研究院開發的 “上海市工程地質信息系統”［5］、廣州市市政工程設計研究院開發的“廣州城市地質信息系統”［6］。在完成原有基本數據的數字化輸入的基礎上，基本實現了CAD、Office等各種形式的數據輸出，具備不同程度信息管理功能。近年來，武漢、成都、大連、中山等更多城市也陸續開展此項工作。目前地質信息系統在已有系統的基礎上不僅豐富了數據庫的基本種類，而且緊跟不斷發展的計算機網絡技術，拓展了系統的數據應用［7］。

本文在吸收借鑒現有城市地質信息管理服務系統優點的基礎上，建立了菏澤市城市地質信息管理與服務系統，實現了城市地質資料的快速查詢、調用。

2 系統建設原理

菏澤市三維可視化城市地質信息管理服務系統的建設采用MapGISK9作為基礎平臺，以數據中心體系架構，實現地質數據的集群管理與數據共享功能，而MapGIS-TDE三維平臺由于匯集了城市環境地質專業信息，因此作為開發平臺建立數據分析評價功能倉庫。

系統以最新的MapGISDCS和IGServe為平臺架構，本文選取菏澤市為試點城市，通過C/S模式或B/S模式建立菏澤市地下空間的評價與輔助決策支持平臺。其重點是調查成果數據的有效管理和三維地質結構模型的構建，以解決城市需求和地質問題，充分體現地質信息在城市規劃、建設中的支持作用。

3 系統功能結構

建設該系統的目的在于改變地質資料的傳統管理模式，提供有效的地質數據存儲管理方式、可視化的數據分析工具，方便的資料查詢瀏覽和資料管理模式。菏澤市三維可視化城市地質信息管理服務系統建設工作重點主要是開展數據庫設計和系統軟件開發。城市地質信息管理服務系統建設主要包括2個子系統的建設：菏澤市地下空間數據管理與維護子系統、菏澤市地下空間信息管理與咨詢服務系統系統。本文開發的菏澤城市地質信息管理服務系統總體結構如圖1～圖2。

圖1 系統總體結構

圖2 系統主界面

3.1 地下空間數據庫建設

菏澤市地下空間數據庫建設是信息系統建設的核心內容，是地質數據采集、存儲、共享中心，有利于落實地質成果資料匯交制度，能及時更新與反映地質調查結果，從而推動了地質資料社會化共享的發展。

本研究對數據庫進行了詳細的設計，制定了數據庫建設標準，同時對數據庫建設進行了總體部署，建立了包含元數據庫、影像數據庫、文檔資料數據庫、屬性數據庫、基礎地理圖形庫、水文地質圖形庫、工程地質圖形庫、三維模型數據庫等專題數據的菏澤市地下空間數據庫。如圖3。

圖3 菏澤市地下空間數據庫總體結構

3.2 地下空間數據管理與維護子系統建設

菏澤市地下空間數據管理與維護子系統，主要負責數據庫日常運行維護、權限設置、數據采集、格式轉換、數據組織管理等業務。核心業務是數據組織管理，針對地質數據具有多專業、海量、多源異構的特點，通過合理的管理模式對相關數據進行高效、便捷、靈活的組織和管理，并為專業分析和評價子系統、共享與發布子系統提供基礎數據支撐。

按照地下空間數據類型的區別。以屬性數據庫為基礎，結合空間數據庫和文檔資料，系統通過數據錄入、導入、關聯、編輯等操作實現數據的入庫和管理。

將數據管理與維護子系統劃分為4大功能模塊：系統管理維護功能、多專業屬性數據管理功能、空間數據管理功能及文檔資料管理功能。如圖4。

圖4 數據管理與維護子系統結構

3.3 地下空間信息管理與咨詢服務系統建設

為了應對地質工作的實際需要，在MapGISK9基礎地理信息平臺基礎上開發的菏澤市地下空間信息管理與咨詢服務系統，具有地質信息管理、檢索查詢、分析計算、地質圖表的制作與輸出、三維模型建立與可視化、專業管理咨詢與應用及面向政府的決策咨詢等功能，進行跨區域、跨專題數據調閱、分析、統計匯總。具有對2D/3D數據進行空間查詢、分析和數據處理能力，輔助專業人員進行專業分析，并可根據研究需要定制相應功能插件或評價模塊，用來支持綜合評價，最終作為專業研究、成果應用的平臺。同時具備地質圖、表制作與輸出功能，三維建模與分析功能。

根據系統總體設計，將菏澤市地下空間信息管理與咨詢服務系統系統劃分為6大功能模塊：數據二維圖形表達、數據綜合查詢與分析、地質專題圖件生成及編輯、三維地質建模及可視化、三維模型分析、專業管理咨詢模型。如圖5。

圖5 信息管理與咨詢服務系統系統結構

4 系統關鍵技術

4.1 數據中心的二、三維一體化管理技術

為完善基于數據中心的二、三維一體化管理，主要依靠以下4個方面：

（1）數據模型一體化。采用要素模型的概念，統一表達二維、三維的數據模型，并統一管理。

（2）數據管理一體化。采用分類的概念，將空間數據庫進行統一的數據分類，再統一管理分類好的要素數據集。

（3）數據可視化。為了凸顯二、三維綜合顯示的建模效果，將統一展現二維與三維可視圖。

（4）應用開發集成一體化。在不考慮數據本身存在差異的前提下，利用數據中心技術，采用中間件技術為基礎的插件管理方式，屏蔽二、三維應用差異，集成二維和三維應用功能。

圖6 基于數據中心的二、三維一體化管理技術

4.2 多源數據耦合的三維地層結構建模

在城市三維地質結構調查中，由鉆探獲取的鉆孔信息可提供直觀的地質信息，然而由于鉆孔的數量有限且空間分布是離散的，要想獲取鉆孔之間連續的三維地質結構信息，就必須在已知鉆孔處地層信息基礎上，依據區域地學規律建立地層結構模型。

（1）基于鉆孔的地層劃分。

（2）基于鉆孔的剖面（縱剖、平剖）地層連接。

（3）基于鉆孔和剖面（縱剖、平剖）信息的三維構模。

系統采用 “鉆孔—剖面—地層實體”的建模方法，可根據建模區域內鉆孔、剖面等數據建立三維地層結構模型。

圖7 建模流程

4.3 模板和規則定制的地質專題圖表生成

系統采用的圖表制作方法是基于模板定制的柱狀圖、剖面圖。該方法具有數據獲取獨立、成果呈現豐富多變等優點。在用戶實際使用中，有利于實現數據獲取方式和成果圖件表現形式的各自獨立，將用戶的數據與圖表內容的表現形式解耦，數據僅影響圖標的內容，不再限制圖表的表現形式。相對于其他系統，該系統具有的如下獨特優勢：實時由數據庫生成、允許用戶任意自定義出圖樣式、編輯快捷靈活、修改方便。

同時，本系統結合MapGIS底層二維、三維平臺的強大功能，系統自動生成的圖件具有通用的矢量數據格式，支持復雜的可編輯的顏色庫、圖案庫、符號庫和線型庫，并帶有GIS屬性信息，用戶可以進一步查詢更多有用的信息。如圖8。

圖8 基于規則庫的剖面圖自動生成框架結構

5 結語

（1）該系統綜合運用空間數據庫、二維GIS、三維GIS、網絡通訊等技術，很大程度上提高了資料的利用率。改變了傳統的工作模式，由單一的依靠手工繪圖和計算機輔助制圖轉換到以共享數據庫建設和計算機自動成圖上來；優化了工作流程，降低了勞動強度，提高了工作效率。為菏澤市城市建設的多個方面提供了基礎地質數據庫和高效的查詢平臺。

（2）基本實現了菏澤市任一工程場地工程地質信息的實時查詢，實現了工程地質數據信息化管理，系統同時為政府城市規劃、基礎設施建設、環境污染等決策提供了基于網絡化、虛擬現實、智能化的地質信息管理與服務平臺，并已在菏澤城市建設中投入使用，發揮著重要作用。

［1］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），2008，44（5）：781-786.

［2］張麗君.國際城市地質工作的主要態勢［J］.國土資源情報，2001（6）：1-3.

［3］高霄軍，崔年治，高曉軍，等.工程地質數據管理系統（GDM）及其應用［J］.工程勘察，2010，38（4）：75-79.

［4］高健，李平虎，高杰，等.利用ArcGISEngine開發城市工程地質GIS系統初探［A］.ArcGIS暨erdas中國用戶大會論文集［C］.2006.

［5］劉映，林北海，周俊峰.上海市工程地質信息系統［J］.上海地質，2002（4）：6-10.

［6］伊穎鋒，劉良貴，鄭利松，等.廣州城市地質信息系統（GGIS）開發中若干問題的探討［A］.中國地質學會工程地質專業委員會學術年會暨“城市地質環境與工程”學術研討會［C］.2006．

［7］李敏捷.基于GIS的城市工程地質信息系統發展現狀與展望［J］.城市勘測，2015（6）.

Research of urban geological information management and service system of Heze City

JIA Jia-jia，JIA Chao，HAN Jian-jiang，HUANG Bing-hu
（1.School of Civil and Hydraulic Engineering，Shandong University，Jinan 250061，China；2.Shandong Geological Engineering Investigation Institute，Jinan 250014，China；3.China University of Petroleum，Qingdao 266580，China）

The research carries out a probe into the theory and practice of urban geological information visualizati on management system.Urban geological information visualization management system covers the city's geological structure，geothermal information，hydrological information and other special.The application of modern information technology to deal with the special information.Construction of 3D visualization system of urban underground space with the whole emergence.The city geological information can be measured，visible and controllable.This research will be carried out in Heze city of China，and carries on the correction processing，provide basic geological information for the urban construction.

urban underground space；urban geological information；visual management system；urban planning basis

P642；TV222

B

1672-9900（2017）05-0057-04

2017-08-07

賈佳佳（1990-），男（漢族），江蘇徐州人，碩士研究生，主要從事水文地質及工程地質方面的研究，（Tel）17865132056。

（責任編輯：王艷肖）