三維城市地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)—以阜陽(yáng)市城市地質(zhì)調(diào)查為例

■王守沛

（合肥工業(yè)大學(xué)/安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站安徽合肥233000）

三維城市地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)—以阜陽(yáng)市城市地質(zhì)調(diào)查為例

■王守沛

（合肥工業(yè)大學(xué)/安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站安徽合肥233000）

三維城市地質(zhì)信息系統(tǒng)融合海量數(shù)據(jù)管理、分析評(píng)價(jià)和信息發(fā)布功能為一體，來(lái)有效管理、處理和利用地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息、地下空間信息、水資源信息、礦產(chǎn)資源信息等。本文以阜陽(yáng)市城市地質(zhì)為例，解析三維城市地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)背景及總體設(shè)計(jì)方案。運(yùn)用三維城市地質(zhì)信息建設(shè)服務(wù)地方城市發(fā)展。

三維城市分析評(píng)價(jià)城市地質(zhì)城市發(fā)展

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加速和城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，一方面，城市建設(shè)的加速導(dǎo)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(zhì)問(wèn)題，成為制約和影響城市可持續(xù)發(fā)展的主要因素；另一方面當(dāng)城市建筑越來(lái)越多，位置要求越來(lái)越精準(zhǔn)，地下地質(zhì)信息的皖北完備對(duì)于城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及地下空間開(kāi)發(fā)利用等至關(guān)重要。阜陽(yáng)市地質(zhì)工作開(kāi)展程度較高，但資料的系統(tǒng)性、現(xiàn)時(shí)性和表現(xiàn)性較差。傳統(tǒng)的二維GIS在城市規(guī)劃、地下空間開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域缺陷日顯突出。三維建模與可視化技術(shù)在三維數(shù)據(jù)管理，可視化分析、工程建設(shè)直觀三維視覺(jué)等方面等極具優(yōu)勢(shì)。為了合理規(guī)劃城市建設(shè)、充分利用地下空間，并且搞好城市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防，迫切需要借助地質(zhì)信息系統(tǒng)技術(shù)和三維可視化建模技術(shù)，建立去一個(gè)地下數(shù)字城市。

1 城市地質(zhì)信息化工作模式

為使城市地質(zhì)信息化工作適應(yīng)新形勢(shì)下城市發(fā)展對(duì)地質(zhì)信息的需要，實(shí)施城市地質(zhì)工作全過(guò)程的數(shù)字化和信息化，是實(shí)現(xiàn)城市地質(zhì)從傳統(tǒng)工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代工作方式，提升城市地質(zhì)工作的技術(shù)層次，提高城市地質(zhì)調(diào)查成果質(zhì)量、服務(wù)水平和效率的最佳途徑，也是地質(zhì)調(diào)查工作發(fā)展的大趨勢(shì)和必然結(jié)果。

2 前期數(shù)據(jù)的調(diào)研及需求分析

對(duì)工作區(qū)及周邊先行開(kāi)展基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專業(yè)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)、成果圖件及實(shí)驗(yàn)成果等各類資料的收集工作，收集的和施工可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分類并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，將各類數(shù)據(jù)大體劃分為工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和地球化學(xué)等數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行城市三維地質(zhì)信息系統(tǒng)建模前，對(duì)采集、整理的各類數(shù)據(jù)按照三維建模系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)格式、要求，對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、入庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)建立三維地質(zhì)模型的目標(biāo)，針對(duì)收集到基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專業(yè)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)、成果圖件及實(shí)驗(yàn)成果，劃分為工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和地球化學(xué)等數(shù)據(jù)，整理相關(guān)的數(shù)據(jù)格式要求及數(shù)據(jù)入庫(kù)方式。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工作是通過(guò)使用Access數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)工具、系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)入庫(kù)工具以及GIS工具軟件所提供的建庫(kù)功能進(jìn)行阜陽(yáng)市屬性數(shù)據(jù)、文檔資料及空間數(shù)據(jù)等各類資料的入庫(kù)工作。其中，使用系統(tǒng)導(dǎo)入工具對(duì)經(jīng)過(guò)規(guī)范化處理的屬性數(shù)據(jù)建庫(kù)；使用MapGIS空間數(shù)據(jù)引擎對(duì)經(jīng)過(guò)規(guī)范化處理后的地理底圖、地質(zhì)圖、遙感影像、評(píng)價(jià)成果圖件等矢量或柵格類空間數(shù)據(jù)建庫(kù)。

4 系統(tǒng)總體框架

城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)的總體框架大致分為四個(gè)層次，即：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層→數(shù)據(jù)中心服務(wù)層→業(yè)務(wù)分析層→政府部門應(yīng)用層。

4.1 數(shù)據(jù)管理與維護(hù)子系統(tǒng)建設(shè)

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，集成已有的設(shè)計(jì)思想和功能模塊，已經(jīng)完成數(shù)據(jù)管理與維護(hù)子系統(tǒng)框架搭建，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)地理、專業(yè)圖件數(shù)據(jù)管理，原始數(shù)據(jù)的上傳、下載、查詢和管理，多專業(yè)屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入、文檔資料導(dǎo)入與管理、權(quán)限管理等功能。系統(tǒng)框架界面如圖所示：

4.2 分析評(píng)價(jià)與三維可視化子系統(tǒng)建設(shè)

開(kāi)發(fā)分析評(píng)價(jià)與三維可視化子系統(tǒng)包含了對(duì)遙感影像、鉆孔業(yè)務(wù)、地質(zhì)調(diào)查專題數(shù)據(jù)等的疊加顯示，查詢統(tǒng)計(jì)、地質(zhì)專業(yè)圖表的生成與編輯、三維地質(zhì)模型構(gòu)建及分析等多個(gè)功能模塊。

分析評(píng)價(jià)與三維可視化子系統(tǒng)將地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)中的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行了管理，實(shí)現(xiàn)了鉆孔點(diǎn)位動(dòng)態(tài)顯示、調(diào)查點(diǎn)位動(dòng)態(tài)顯示、基本通用查詢。將工程地質(zhì)專業(yè)鉆孔、水文地質(zhì)專業(yè)鉆孔疊加到遙感影像和成果上進(jìn)行顯示，并且可以根據(jù)屬性進(jìn)行分段子圖設(shè)置，依據(jù)不同深度、不同類型采用不同子圖顯示鉆孔，不同專業(yè)點(diǎn)位可以采用不同顯示方式。還可進(jìn)行鉆孔詳細(xì)信息的查詢，查詢結(jié)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(duì)地質(zhì)體邊界、內(nèi)部屬性、工程實(shí)體進(jìn)行探察，可對(duì)模型進(jìn)行平移、縮放、任意方向拉伸、旋轉(zhuǎn)等交互操作。系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)模型數(shù)據(jù)沿任意方向剖切的功能，并支持實(shí)體內(nèi)部三維動(dòng)態(tài)推進(jìn)顯示等。針對(duì)目前工程開(kāi)挖的特點(diǎn)，系統(tǒng)還提供了基于三維模型的隧道開(kāi)挖、漫游功能以及爆炸顯示功能。

4.3.1 三維可視化

可設(shè)置地質(zhì)面、地質(zhì)實(shí)體等地質(zhì)單元的透明度，實(shí)現(xiàn)模型的半透明顯示，設(shè)置燈光、材質(zhì)等一系列場(chǎng)景顯示參數(shù)，以增強(qiáng)場(chǎng)景的真實(shí)感，設(shè)置坐標(biāo)軸、包圍盒、圖例、方向標(biāo)等場(chǎng)景輔助對(duì)象的顯示。

4.3.2 三維模型切割

支持對(duì)各類地質(zhì)體進(jìn)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(guò)鼠標(biāo)輸入線、對(duì)話框輸入坐標(biāo)、讀取線文件等方式生成剖切路徑，可以同時(shí)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(shí)現(xiàn)將整個(gè)模型進(jìn)行一次爆炸顯示的過(guò)程，使得模型能夠被充分的打散開(kāi)來(lái)，便于用戶了解地層里面的細(xì)節(jié)問(wèn)題。

4.3.4 三維模型編輯

提供給用戶可以對(duì)模型進(jìn)行自由的拖拽以及旋轉(zhuǎn)等操作，可指定拖動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)的方向，解決了對(duì)某個(gè)創(chuàng)建在了模型里面的對(duì)象不容易直觀分析的缺點(diǎn)。

5 結(jié)論

阜陽(yáng)市城市地質(zhì)信息系統(tǒng)與三維模型的建立，集眾多地質(zhì)數(shù)據(jù)于一體，建立了地質(zhì)數(shù)據(jù)與空間之間的關(guān)聯(lián)，使地質(zhì)成果直觀、快速地服務(wù)于城市建設(shè)成為可能。但因本次工作時(shí)間緊，工作量大，而且以往有多個(gè)部門在阜陽(yáng)市開(kāi)展了大量與地質(zhì)相關(guān)的工作，取得了大量的工作成果，各類地質(zhì)數(shù)據(jù)眾多，本次工作未將阜陽(yáng)市眾多的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息全部納入到系統(tǒng)中，有待今后進(jìn)一步開(kāi)展工作，進(jìn)一步充實(shí)、完善阜陽(yáng)市城市地質(zhì)信息系統(tǒng)，更好地服務(wù)于阜陽(yáng)的城市發(fā)展。

[1]沈艷杰.阜陽(yáng)市城市地質(zhì)調(diào)查,[R].安徽.安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,2015.12:1-110. [2]陳桂忠.三維城市地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)-以廈門為例,[J].環(huán)境科學(xué)前沿,2014,3(2): 52-59.

[3]朱良峰,吳信才,劉修國(guó),城市三維地質(zhì)信息系統(tǒng)初探,[J].地理與地理信息科學(xué), 2004,20(5):36-40.

[4]陳勇,劉映,楊麗君,等.上海三維城市地質(zhì)信息系統(tǒng)優(yōu)化,[J].上海地質(zhì),2010,31(3): 23-26.

P208[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-321-1