基于GIS的地質勘探施工管理系統設計方法

文章編號：2095-6835（2016）13-0089-02

摘 要：闡述了地質勘探施工管理三維地理信息系統的設計方法。該系統基于ArcGIS二次開發，將實現地質勘探目標區域選址的自動化，并能對地質勘探施工進行信息化管理和三維演示，提高地質勘探工作效率，使地質工作在GIS平臺上管理和實施，為決策分析提供可視化的工具。

關鍵詞：地質勘探；GIS；三維可視化；ArcGIS Engine

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.089

1 地質勘探施工管理系統的意義

長久以來，野外地質勘探工作條件艱苦，施工環境復雜，危險指數高，存在以下問題：①我省山區分布廣泛，特殊的地貌條件使得野外勘探路線的選取較為困難，尤其在一些地質人員不熟悉的地方，依靠傳統的地圖往往不能準確做出野外施工規劃及管理。因此，需要一個基于GIS的可視化系統來引導工作人員對野外地質地貌現狀做出判斷，以幫助工作人員進行勘探路線的規劃選取以及大型機械的運輸和安置等工作。②野外地質勘探選址是一個較為復雜的問題，目前的方法主要依靠專家對于地層信息的判斷。這種方法對地質人員的經驗要求較高，判斷的準確度和精度有時與實際情況差別較大。因此，自動化判斷、系統化運行的選址解決方案越來越成為地質勘查行業的主流。③勘探進度管理也需要實現信息化?？碧焦ぷ髦芷陂L，施工條件復雜，管理人員如果沒有一個系統的、數據庫式的參考模式，往往會造成管理力度不到位。因此，需要對勘探周期、完成程度、下一步計劃等內容進行數據庫式的管理，對所有的勘查項目進行信息化梳理，實現工程查詢、規劃、設備安排等一系列工作的有序進行。

2 三維地質勘探系統研究現狀

陳穎彪等人基于組件GIS 技術，通過將二維和三維空間信息統一在一個平臺和數據模型下，建立了礦山三維地質勘查可視化管理系統。該系統可實現對數據的可視化管理與實時更新，可打印輸出和三維顯示地質圖，并具有多種查詢功能。羅智勇等人以地質勘查中地表地形信息和地質體信息的三維可視化與分析作為技術突破口，綜合應用3S技術、軟件開發技術、三維可視化與信息分析技術，研制開發出了服務于地質勘查的三維可視化與分析系統。北京龍軟科技公司開發了面向煤礦的虛擬現實可視化應用系統——煤礦三維可視化綜合管理系統。該系統實現了基礎地測數據的動態更新及安全監測、人員定位、綜合自動化等實時數據于一體，實現了三維虛擬礦井平臺的分布式綜合管理。

現有的研究成果尚處在探索階段，應用程度有待提高，服務面較窄，缺少野外地質勘探施工信息化管理模塊?；贕IS的地質勘探施工管理系統針對實際工作內容展開研發，能夠對勘探施工進度進行信息化管理，其中的選址模塊可以實現勘探靶區智能選取，具有一定的實用性和新穎性。

3 系統總體架構

基于GIS的地質勘探施工管理系統用來輔助地質人員進行野外路線的規劃、勘探進程的管理以及勘探點的優化選取等工作。本系統應用ArcGIS Engine進行二次開發，特點是三維可視化、管理信息化、決策自動化。ArcGIS Engine是美國ESRI公司推出的用于C/S架構地理信息系統（GIS）應用軟件工具包，它是將用于構建ArcGIS一整套產品的組件庫——ArcObjects的部分功能進行封裝而成的一個獨立的軟件產品，ArcGIS Engine提供完善的地圖制圖、數據處理與空間分析等功能，能夠靈活地實現從簡單到復雜的不同規模的GIS應用軟件的開發。

系統實現方式為：①對區域的地質構造和地貌條件進行三維建模，構建野外地質施工三維環境，對路線、山體、河流、植被進行三維建模，實現通視分析、填挖方分析、等值線分析、坡度坡向分析等功能。②開發地質勘探選址子系統，該系統運用專家知識分析庫，采取相關算法，自動計算勘探最優靶點，同時可以進行全景瀏覽。③開發地質勘探進度管理子系統。該系統運用OA（Office Automation）的開發方式，實現地質勘探工作遠程管理、進程控制以及規劃決策。系統總體架構圖如圖1所示。

4 系統設計

4.1 需要的資料

需要的資料包括：①研究區地質資料，用于地層建模、提供探勘選址因子；②研究區交通資料，用于最優路徑的選擇；③研究區最新遙感影像，用于獲取研究區土地利用信息，作為三維模型的貼圖，同時，在沒有道路時，根據最新的高分辨率遙感影像可以初步規劃上山路線；④研究區的地層信息和矢量化地圖。

4.2 技術路線

系統基于ArcGIS二次開發，開發平臺為ArcGIS Engine 10.1，開發環境為Visual Studio 2010，使用C#編程語言，應用ArcGIS二次開發實現地質勘探GIS管理應用軟件；設計勘探選址整合方案，開發面向應用的管理數據庫訪問接口，實現三維模型的建立；解決地圖無刷新實時動態顯示的關鍵技術問題。野外施工工況以無線網絡通信方式與管理中心計算機相連接，以遠程無線加有線模式進行遠程信息傳輸和服務。

4.3 功能介紹

系統包含數據庫模塊、功能模塊、子系統模塊和系統管理模塊四大部分。實現的主要功能包括：①常規GIS工具——地圖放大、縮小、漫游、查詢。②通視分析——以任意一點為觀察點，研究地質勘探區域的通視地形分析，為勘探路線的選取提供服務。③距離和面積測量——測量任意兩點的距離以及封閉區域的面積。④填挖方分析——計算填挖方量，對區域的填挖方進行分析，生成填挖方圖。⑤等值線分析、坡度分析、坡向分析、山體陰影分析。⑥獲得高程值——獲得任意一點的高程值。⑦地質勘探選址分析——結合專家知識分析庫進行勘探點的輔助選取。⑧地質勘探進度管理，包括勘探施工日期、負責人、進度動態顯示以及報告存檔等功能。⑨用戶管理。

4.4 關鍵技術

關鍵技術包括以下3方面的內容：①三維GIS可視化的實現，包括三維地圖瀏覽、圖層控制與鷹眼、興趣點屬性信息查詢、交互式查詢等；②地質勘探靶區選擇模型的構建方法，專家庫系統的建立；③地質勘探選址工程進度智能推進機制的研究與實現，包括施工現場地圖實時動態查看、實時工況消息反饋等。

4.5 地理空間幾何數據組織

地理空間幾何數據采用拓撲數據模型或空間實體模型進行組織?？臻g幾何數據一般按空間實體模型來組織，即采用分層組織方法對地理空間數據進行描述。將現實世界中的地物要素分為簡單地物和復雜地物兩大類。簡單地物可以根據其幾何特征進一步分為點狀地物、線狀地物、面狀地物等三種類型；復雜地物可由簡單地物組合而成，各個空間要素由要素編碼、描述要素的幾何數據和屬性數據所組成。如果將地理空間數據按不同的類型分成若干圖層，比如道路層、植被層、河流層、DEM數據層等，層與層之間相互獨立，需要時，也可將幾個圖層疊加起來進行操作分析。

5 總結

對于該系統，總結如下：①能夠實現地質勘探目標選址的自動化。通過研究地質勘探選址模型，提供勘探靶區信息，改變目前運用紙質地形圖人工選址的現狀，使選址變得更加容易，并大大減少野外踏勘的工作量。②能夠幫助地質人員對野外環境做出直觀判斷，為地質人員和車輛順利到達勘探現場提供幫助。③能夠對施工進度進行管理，整合多個項目進行統一規劃，為領導決策提供幫助，改變目前工程進度管理不夠信息化的現狀，通過建立地質勘探工作的智能統計、分析與推進模塊，能夠科學化管理和推進當前的地質勘探工作。④將3S技術與常規地質勘探選址方法相結合，增加地質勘探選址的科學技術含量，提高選址精度。同時，基于三維GIS技術，以三維的形式進行展示，可以對地質勘探靶區進行各種三維分析，有助于地質勘探工作更加直觀。

參考文獻

[1]陳穎彪，鐘耳順.礦山地質勘察三維可視化管理系統與建模技術研究[J].礦業研究與開發，2004（01）.

[2]羅智勇，楊武年.基于鉆孔數據的三維地質建模與可視化研究[J]. 測繪科學，2008（02）.

[3]牟乃夏. ArcGIS Engine 地理信息系統開發教程[M].北京：測繪出版社，2015.

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作者簡介：賈超（1986—） 男，工程師，主要從事測繪工程、地理信息系統開發方面的工作。

〔編輯：胡雪飛〕