三維城市地質管理系統的研究與實現

盛有錫　李建東

摘 要 通過城市立體區域地質、水文地質、礦產資源勘察、工程地質與環境地質勘查成果，整合多源海量地質數據，建立城市地質信息綜合數據庫和信息管理系統，為三維城市地質信息的科學化、網絡化管理與服務提供技術支撐。

【關鍵詞】3D建模 城市地質 GIS

地下空間信息是城市規劃建設的基礎，發展地下空間信息化并施行信息化管理是城市建設的迫切需要。三維城市地質管理系統具有直觀、高效、便利等特點，在城市地下空間開發利用領域有著廣闊的應用前景。

1 研究思路及系統目標

系統的總體目標是利用三維建模引擎將地質數據（地表以及地表以下數據）通過三維建模的方式展現，形象表達區域地質構造單元的空間分布特征以及相關的地質屬性；通過建設地質數據服務平臺，將城市地質數據進行科學性、合理性和規范性的整理保存。在保證地質數據安全的情況下，面向公眾、政府以及專業人員提供形式友好，形式多樣的城市地質數據。系統主要有以下三個方面的建設目標：

1.1 基礎地質數據管理

對類型眾多的城市地質數據錄入、存儲、管理與提取，系統能將文字報告和圖件為基礎的城市地質調查成果信息和基本地理信息，轉換到數據庫，為GIS數據展示和3D建模進行數據支撐。城市地質數據庫采用統一的數據模型、數據標準、數據代碼和數據接口，能實現基礎地質數據庫與其他分布式數據庫之間的信息傳輸與交叉訪問。

1.2 地質數據分析以及3D建模引擎

系統能以點、線類型的零散的、局部的地質勘查資料在三維空間中綜合起來，重現地下地質界面和地質體的空間形態和組合關系，并將三維地質模型用三維圖形圖像生動地表現出來，從而實現地下復雜空間結構與關系的三維可視化展示和分析。系統提供基于地質體3D實體模型繪制各種等值線、等值面的功能，對三維地質實體模型進行任意剖面切割、透視分析等可視化模擬功能，能對包括體積、面積、距離在內的三維數據進行計算的功能。

1.3 Web發布與服務子系統

用戶只需使用標準的瀏覽器就可以訪問和瀏覽系統提供的公共服務信息，進行3D圖形和GIS專業地質圖瀏覽、圖形檢索、屬性查詢、資料查詢等操作，使城市三維地質信息系統向社會公眾提供增值信息服務。

2 系統總體架構

2.1 總體架構

系統采用三層架構模式，C/S與B/S相結合的體系結構，總體架構如圖1所示。

從系統架構上可以分為地質數據庫層、數據邏輯訪問層、地質數據應用層。在地質數據應用層中，B/S結構的Web應用服務模塊和C/S結構的基礎數據分析模塊以及空間數據可視化引擎等相關專業應用通過數據訪問層的數據庫訪問引擎、文件系統訪問引擎以及數據格式轉換訪問引擎提供的數據接口，訪問地質數據層的相關數據庫。地質數據層庫中的數據庫服務器根據不同業務分別存儲專業數據。數據邏輯訪問層提供的不同類型的數據訪問接口，理論上可以提供充分的橫向和縱向的擴展空間，應對未來新的服務數據類型的讀取。該層接口的設計利于數據的安全性和數據讀取規范性，可以根據不同的安全策略和應用規范進行工作，提供標準化的數據服務。地質數據應用層主要根據業務的需要進行系統開發，當前主要體現在空間數據可視化引擎、web應用模塊、專業數據分析模塊、基礎數據分析模塊、二次開發工具開發等功能表現方面。

2.2 系統組成

平臺分為三個主要系統：

（1）數據管理子系統：綜合現有的城市地質資料，利用網絡技術、數據庫技術、GIS技術構建城市基礎地理數據庫、基礎地質數據庫，并實現數據的轉換、管理、維護和查詢統計。

（2）三維建模引擎子系統：采用國內先進的三維建模引擎-3Dmine。通過平臺基礎信息構建需要的三維模型。

（3）Web公共信息子系統：對相關的元數據、各類地質圖表、地質文獻資料進行權限劃分，對不同權限的用戶從瀏覽內容、下載信息等方面進行限制，提供不同的公共服務。

3 關鍵技術

3.1 3D建模引擎

利用鉆孔數據，采用三角網建模技術，運用控制線和分區線聯合的方法，對任意形態的物體都可以通過一系列的散點或剖面創建地質模型。

3.2 成果輸出

多方位縱、橫斷面三維分析圖：包括任意曲線折線、不規則區域等三維分析圖，為解決道路地下空間，地塊使用時使用。

綜合類報表：包括礦權資源圖，規劃圖，土地利用等綜合性專業報表。

圖件類：地質平面圖、地形圖、水文地質分區圖、工程地質分區圖等等。

4 技術難點

4.1 數據轉換

大多數現存的地質資料普遍存在格式不統一的現象，將各種數據轉換成平臺標準應用格式，從數據轉換層面和平臺兼容層面都是技術難點。

4.2 3D建模web呈現

3D數據信息量比普通的圖片信息大，通過3D建模引擎輸出3D圖像在web中體現，減少瀏覽器緩存壓力，根據業務需求進行二次開發，是web數據應用的核心內容。

5 結論

利用原始地勘資料生成的城市三維地質模型，可以使專業人員非常直觀地了解城市每個位置的地質情況。利用三維地質建模系統提供的“切剖面”功能，就可以掌握相應位置的地下空間地質信息，為城市地下空間的地質資源的管理和利用提供支撐。

參考文獻

[1]程光華.中國城市地質調查工作指南[M].北京：科學出版社，2013.

作者簡介

盛有錫（1964-），男，浙江省金華市人。現為山東正元冶達科技發展有限公司高級工程師。主要研究方向為地質環境在線監測、礦山安全在線監測。

作者單位

山東正元冶達科技發展有限公司 山東省濟南市 250101