基于天地圖的移動城市工程地質地理信息系統★

李敏捷,袁東進

(1.南通市建筑設計研究院有限公司，江蘇 南通 226007; 2.江蘇工程職業技術學院，江蘇 南通 226007)

1 天地圖的發展概況

對于國家而言，地理信息是一項關鍵性資源，可為政府決策、改善人們生活、共享信息資源等方面提供可靠依據。網絡時代下，社會大眾對測繪結果、地理信息公開使用的需求較為迫切，構建自主性地理信息服務網站尤為必要。“天地圖”是國家測繪地理信息局牽頭研發的地理信息綜合服務網站。其屬于“數字中國”的主要構成部門，是一種公眾平臺。“天地圖”研發建設的根本出發點在于高效率利用與共享地理信息資源，強化測繪地理信息公共服務質量，優化服務理念與方式，積極迎合國家信息化建設進程，為社會大眾的日常生活與工作提供了更多的便捷。

“天地圖”中擁有大規模地理信息資源，含量高達30 TB，通過處理后的電子地圖高達30億。主要包含了：全世界范圍中的1∶100萬矢量地形數據和250 m分辨率衛星遙感影像，全國范圍的1∶25萬公眾版地圖數據、導航電子地圖數據、15 m分辨率衛星遙感影像、2.5 m分辨率衛星遙感影像，全國319個地級以上城市和10個縣級市建成區的0.6 m分辨率遙感影像，部分城市三維街景數據。

用戶可在“天地圖”門戶網站中，瀏覽地理位置、查詢與規劃路線等；也可借助服務接口對“天地圖”地理信息服務進行調用，并使用變成接口把“天地圖”的服務資源嵌入到各種應用網站中，以此為基礎開展各種增值應用與服務，突破地理信息資源開發利用難度大、投入成本高等問題。

現階段，“互聯網+”戰略廣泛開展，各企業基于自身實際情況積極開發互聯網運用，積極開發“天地圖”，可有效地減少開發與維護資金花費，而“天地圖”具有在線提供地理信息服務的特性，為獲取移動地理位置信息服務創造了條件。

2 城市工程地質信息系統的發展概況

隨著互聯網、虛擬現實等技術的發展，以及國家信息技術基礎設施的建設，以“3S”(GIS(地理信息系統)、GNSS(全球衛星定位系統)、RS(遙感))為技術基礎的“數字城市”被提出并逐漸付諸實施。“數字城市”可以表述為數字化、信息化、可視化的城市，囊括從數字化數據建模、系統仿真、決策支持以及虛擬現實等方面，是一個復雜的云系統[1]。“數字城市”同時也是一個通過建設城市空間數據基礎設施，解決重大資源環境問題，營造一個政府和產業部門通過高科技共建共享涉及區域的信息數字工程。“數字地質”是“數字城市”的重要組成部分，由它提供數字化的城市工程地質數據，搭建重要的城市空間信息數據庫。因此，作為組成“數字地質”的最基本要素——工程地質數據，如何運用它來建立一個完善的城市工程地質信息系統，使得城市巖土工程數據信息的數字化并加以廣泛地應用，一直是“數字地質”領域的研究熱點。

地理信息系統是在20世紀60年代發展起來的一門新型的科學技術，是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的計算機信息系統。利用GIS強大的空間數據管理和分析功能，并遵循地質工程標準、規范，結合城市工程地質數據數字化，對城市基礎地質資料、工程項目信息、鉆孔詳細信息以及地質工程勘察專題(如土工試驗)等數據進行高效的管理與維護,以此建立基于GIS的城市工程地質信息系統，從而實現數據從2D到3D,3D到5D，甚至BIM模型的應用。該系統不僅可以實現數據的有效管理和維護，更能實現地質信息基于地理空間位置的查詢與分析，為規劃、設計、城建提供決策依據。通過搭建城市統一標準的地質數據庫，建立起“數字地質”，結合不斷創新和發展的GIS技術，為“數字城市”提供基礎數據和應用服務。通過建立城市統一標準的地質數據庫，進行工程地質信息管理、地質環境和地質災害總體評價等方面[2]。長期為國內外的專家學者和從業人員所關注和研究。

近年來，隨著計算機技術，特別是網絡技術的迅速發展，GIS技術隨之取得了一次次重大的進步，如空間數據的管理運用、WebGIS、三維GIS、移動GIS等技術[3]。密切結合最新科技，特別是移動GIS技術，建立多平臺、多用途的城市工程地質信息系統正是當前的最新研究與應用課題。

移動GIS是建立在移動計算環境、有限處理能力的移動終端條件下，提供移動中的、分布式的、隨遇性的移動地理信息服務(如圖1所示)。移動GIS利用今天計算機工業領域最強大的發展趨勢——移動計算和無線通信技術，改變地理信息的處理方式，使我們可以隨時實時獲得所需信息。廣義的說，移動GIS是一種集成系統，是GIS，GPS，移動通信，互聯網服務，多媒體技術等的集成。因此，它可以在野外空間地理位置狀態下獲得所需相關關聯信息，在終端進行綜合處理、分析和應用，為實時分析提供強有力的技術手段，大大提高野外工作的效率。

3 系統的研究與開發思路

目前的城市工程地質信息系統一般分為數據輸入、數據存儲與檢索、數據分析與輸出等三個子系統。縱觀現有的城市工程地質信息系統，依據GIS的技術特點，均可分解為該三大功能模塊。

目前城市工程地質信息系統在基本地質數據庫平臺搭建上存在較大缺陷，其原因是多方面的，綜上所述分別有以下幾點：

1)知識產權的緣故導致各個單位的地質數據單位間不流通，無法收集更多源數據。

2)不同采集方式，不同途徑、不同廠家的數據來源多樣性導致無法建立統一的輸入通道。

3)只為本單位考慮適用的數據輸入格式編碼使得平臺搭建缺乏最根本的基礎。

這些因素從根本上制約了目前城市工程地質信息系統的橫向發展，一個地理信息系統只能局限在本單位平臺內使用，其狹隘的數據生態系統制約了它作為“數字城市”平臺中最基本要素的廣泛性，從而無法建立起一個真正廣泛意義上的城市“數字地質”模型系統，為“數字城市”提供基礎平臺。

基于位置信息服務(Location-Based Service，簡稱LBS)技術是整合無線通信移動定位技術、計算機技術、互聯網技術與GIS(地理信息系統)的綜合性服務技術。地理信息系統簡單來講就是使用戶獲得類似于坐標參數等地理信息或者實現用戶與服務商之間信息互動。南通市移動城市工程地質地理信息系統內容主要體現在通過終端獲取地理位置坐標來完成所需服務，是一種通過拉(Pull)行為被動獲取信息的過程；LBS和移動GIS是思維方式的根本改變，它的內容不僅涵蓋移動GIS，更傾向于向可知位置用戶發送服務信息，這是一種通過推(Push)行為主動推送信息的過程。目前的城市工程地質信息系統受限于野外定位的精度而停滯不前，因此，一旦精度能夠滿足要求，那么移動終端就具有了實時實地推送的強大功能。據此，可以真正實現野外與室內數據的相互推送，野外位置的實時預警，工程數據的信息等運用。通過這種基于定位技術的主動服務功能的延伸，強化了在“數字地質”基礎層面上的運用功能，使得“數字地質”的應用更加豐富，從而向更高層面的運用——“智慧地質”發展。

4 系統主要創新之處

以移動GIS平臺為基礎，根據我國城市工程地質管理信息系統建設的實際情況和存在的問題，提出當前技術條件下的城市工程地質信息系統建設方案，以實現對城市勘察數據的科學管理，為城市規劃、工程建設等提供決策支持。主要完成以下幾個方面的工作：

1)城市工程地質信息模型的研究。對工程地質勘察領域的自然對象進行系統分析，建立其抽象對象模型，分析對象與對象之間的交互關系，建立適合地理空間信息系統使用的信息模型。

2)城市工程地質勘察數據庫的設計與實現。對工程地質勘察所涉及到的數據進行分類組織，采用成熟的關系數據庫統一存放到地理管理空間數據庫和屬性數據庫。利用SQL Server數據庫和ArcGIS空間數據引擎建立了城市工程地質勘察數據庫，選用ArcPad，ArcGIS Mobile，ArcGIS for iOS/Windows Phone/Android/實現移動GIS客戶端應用軟件，實現城市工程勘察數據的圖數文一體化存儲和管理。

3)基于移動GIS平臺的城市工程地質勘察管理信息系統的設計與實現。以建立的信息模型為參照，采用ArcGIS提供的移動GIS平臺開發包、SQL Server數據庫等技術集成下進行二次開發，按照C/S和B/S模式分別開發城市工程地質地理信息系統。

4)研究智能移動終端(手機)現場定位技術，提高定位精度，滿足工程地質勘察精度要求。

5 結論

1)著眼于整個城市平臺的數據庫的建立，構建不同格式數據的統一通道，建立一套標準的數據編碼體系，通過讀取、轉換不同格式的基本數據，以此形成統一的城市工程地質基本數據輸入格式，真正實現城市意義上的工程地質數據庫，搭建完整的“數字地質”平臺。

2)實現圖形數據存儲到GIS空間數據庫中，屬性數據存儲到SQL Server數據庫中，并實現圖形數據和屬性數據的關聯。

3)對南通市天地圖提供的共享地理空間信息與本系統的疊加進行設計與實現、工程地質勘測數據庫設計、移動GIS平臺的平面空間定位和工地地質數據實時采集設計與實現、基于桌上型和移動GIS平臺的城市工程地質管理信息系統的設計與應用。