城市地質(zhì)資料大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用初探

楊莉莉

摘要：當(dāng)代大數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢，是海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及越來越多事物數(shù)據(jù)存在形式的復(fù)合分析應(yīng)用。城市地質(zhì)資料大數(shù)據(jù)應(yīng)用及大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域廣泛，社會(huì)需求度、利用度高，可以為國土空間規(guī)劃編制和智慧城市建設(shè)提供有效支撐。城市地質(zhì)資料大數(shù)據(jù)庫建設(shè)將是未來城市地質(zhì)調(diào)查行業(yè)發(fā)展趨勢和重要工作。

關(guān)鍵詞：城市地質(zhì)資料；大數(shù)據(jù)；綜合應(yīng)用

1.引言

城市地質(zhì)調(diào)查是城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的重要基礎(chǔ)性先行工作，新中國成立以來，我國城市地質(zhì)工作緊密服務(wù)于城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，在城市地質(zhì)資源開發(fā)、地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和地質(zhì)災(zāi)害防治等方面取得顯著成效。實(shí)現(xiàn)了以水資源調(diào)查為主的專項(xiàng)調(diào)查，并在此基礎(chǔ)上向以全方位多要素調(diào)查的精細(xì)化實(shí)用化轉(zhuǎn)變。經(jīng)過充分整理挖掘的內(nèi)容豐富的城市地質(zhì)資料，已經(jīng)或正在為城市規(guī)劃格局、地上地下空間謀劃利用、城市地質(zhì)災(zāi)害、土地治理及地下水資源等方面研究提供重要支撐。

當(dāng)代“大數(shù)據(jù)”發(fā)展趨勢，是海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及越來越多事物數(shù)據(jù)存在形式的復(fù)合分析應(yīng)用。當(dāng)前城市地質(zhì)工作，同樣要面對各種復(fù)雜類型數(shù)據(jù)的采集、挖掘、處理、分析、應(yīng)用問題，這些均與“大數(shù)據(jù)”的鵠的不謀而合。城市地質(zhì)資料應(yīng)該是“大數(shù)據(jù)”的重要組成部分。對城市地質(zhì)資料進(jìn)行數(shù)字化，并通過大數(shù)據(jù)的疊加分析，規(guī)律判定、可視化操作等程序，可以更加有效支撐國土空間規(guī)劃、土地開發(fā)利用管理、地質(zhì)災(zāi)害防治救援、城鎮(zhèn)開發(fā)基礎(chǔ)地質(zhì)信息輔助、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等多目標(biāo)的應(yīng)用服務(wù)。

2.城市地質(zhì)調(diào)查工作內(nèi)容和城市地質(zhì)資料管理現(xiàn)狀

根據(jù)城市規(guī)劃、建設(shè)、管理等需要，習(xí)慣上將城市地質(zhì)調(diào)查工作劃分為一般調(diào)查區(qū)、重點(diǎn)調(diào)查區(qū)。主要分為六個(gè)調(diào)查部分：一是崩塌滑坡泥石流、巖溶塌陷、踩空塌陷、地面沉降、地裂縫、地下水污染、土壤污染、河湖塌岸、活動(dòng)斷層、城市垃圾污染等方面調(diào)查；二是城市地質(zhì)資源調(diào)查，根據(jù)城市資源條件和城市發(fā)展需要，確定城市地質(zhì)資源調(diào)查的內(nèi)容，可根據(jù)情況開展地下水、地?zé)帷⒌叵驴臻g、地質(zhì)遺跡、天然建筑材料等地質(zhì)資源調(diào)查；三是城市規(guī)劃地質(zhì)評價(jià)。在水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)或地質(zhì)問題調(diào)查評價(jià)、地質(zhì)資源評價(jià)的基礎(chǔ)上，開展城市規(guī)劃地質(zhì)評價(jià)；四是城市總體規(guī)劃地質(zhì)適宜性評價(jià)。結(jié)合用地規(guī)劃，分析和預(yù)測規(guī)劃實(shí)施過程及遠(yuǎn)景發(fā)展中引發(fā)地質(zhì)問題的可能性，對規(guī)劃區(qū)場地穩(wěn)定性和工程建設(shè)地質(zhì)環(huán)境適宜性做出評價(jià)；五是新城區(qū)詳細(xì)規(guī)劃的地質(zhì)適宜性評價(jià)。針對確定規(guī)劃區(qū)內(nèi)近期房屋建筑、市政工程、公用事業(yè)、園林綠化、環(huán)境衛(wèi)生及其他公共設(shè)施的總平面布局，采用定量評價(jià)方法，評價(jià)地質(zhì)適宜性，提出地學(xué)建議；六是專項(xiàng)規(guī)劃的地質(zhì)環(huán)境評價(jià)。應(yīng)分析和預(yù)測地鐵、軌道交通、城市高架、地下管線、垃圾處理、水資源地、淺層地?zé)崮堋C(jī)場等建設(shè)工程實(shí)施過程中引發(fā)的地址問題的可能性，評價(jià)規(guī)劃區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性和工程建設(shè)的地質(zhì)環(huán)境適宜性。

通過近70年的城市地質(zhì)調(diào)查工作，我區(qū)已經(jīng)形成包括文檔、圖件、數(shù)據(jù)庫（圖件、空間、屬性數(shù)據(jù)庫等）、圖片、表格、視頻、音頻等結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的大量城市地質(zhì)資料。這些資料分別保存在地質(zhì)資料館、實(shí)物地質(zhì)資料館、各承建施工企業(yè)、建筑行業(yè)主管部門、地質(zhì)調(diào)查院以及各地勘單位的地質(zhì)資料室。由于缺乏總體框架和通盤考慮，致使這些資料管理分散、條塊分割嚴(yán)重，形不成完整系統(tǒng)，出現(xiàn)了“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象。

3.城市地質(zhì)資料大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用

在“大數(shù)據(jù)”背景下，建設(shè)城市地質(zhì)信息大數(shù)據(jù)平臺(tái)是適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和城市發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。建設(shè)這個(gè)平臺(tái)，可以在充分調(diào)研政府部門、企業(yè)單位、科研院所、社會(huì)公眾等不同用戶對城市地質(zhì)信息的需要的基礎(chǔ)上，有針對性地為建設(shè)生態(tài)文明城市提供地學(xué)信息共享服務(wù)。可以將海量、多遠(yuǎn)、多尺度、多類別、多維度數(shù)據(jù)資料進(jìn)行一體化無縫組織，適應(yīng)信息化時(shí)代地學(xué)信息服務(wù)的要求。可以通過建立可靠的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，高質(zhì)量保證信息的安全。可以準(zhǔn)確地根據(jù)我國現(xiàn)行有關(guān)法律法規(guī)的要求，對數(shù)據(jù)進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求的分級分類，保障數(shù)據(jù)安全。可以充分利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等手段途徑，最大限度滿足各類用戶要求。

3.1梳理整合，解決城市地質(zhì)資料“數(shù)據(jù)孤島”

城市地質(zhì)資料大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)可以依托大數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)途徑，對所有城市地質(zhì)資料數(shù)據(jù)綜合考量，分類施策，對癥下藥，整合梳理，有效解決城市地質(zhì)資料“數(shù)據(jù)孤島”問題。對于原始城市地質(zhì)靜態(tài)數(shù)據(jù)，可以將數(shù)據(jù)帶進(jìn)程序，對于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，可以帶程序進(jìn)數(shù)據(jù)。對于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)來處理，對于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則要用NoSQL（非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫）來處理。針對目前我區(qū)已經(jīng)建立的三十幾個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)化礦證數(shù)據(jù)庫虛擬存儲(chǔ)平臺(tái)可采用動(dòng)態(tài)分層技術(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)被調(diào)用的頻率，自動(dòng)將常用的數(shù)據(jù)搬到最高層。針對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可使用內(nèi)容歸檔平臺(tái)，把結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集成到一個(gè)單一的動(dòng)態(tài)歸檔架構(gòu)中，設(shè)計(jì)一套軟件和元數(shù)據(jù)庫規(guī)則，通過給數(shù)據(jù)加標(biāo)簽的方式，建立不同維度，整合“數(shù)據(jù)孤島”，從而準(zhǔn)確高效的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索查詢轉(zhuǎn)化利用功能。

3.2攻堅(jiān)克難，建設(shè)城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)分析預(yù)測功能

建設(shè)城市地質(zhì)資料大數(shù)據(jù)平臺(tái)，面臨的著不同層面的設(shè)計(jì)技術(shù)挑戰(zhàn)。從地質(zhì)資料數(shù)量上來說，可能需要處理數(shù)量級達(dá)到TB級乃至PB級的數(shù)據(jù)，另外還有高維數(shù)據(jù)及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)的處理和積累是為了更好的服務(wù)地質(zhì)工作。為了達(dá)成此目的，需要認(rèn)真研究探討，選擇合適的算法及并行策略。

此外，對于現(xiàn)有城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)算法的設(shè)計(jì)、參數(shù)的調(diào)整都會(huì)影響到最終結(jié)果，數(shù)據(jù)挖掘過程中會(huì)存在許多不明確性，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的目的，要將這些不明確性帶來的影響降到最低。這些不明確性包括對數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)描述的不明確性、進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理時(shí)會(huì)出現(xiàn)的不明確性、數(shù)據(jù)挖掘方法選擇和最終結(jié)果的不明確以性及對如何評價(jià)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果的不明確性等。數(shù)據(jù)挖掘算法將直接影響到所發(fā)現(xiàn)規(guī)律的結(jié)果。這些也是需要在工作中認(rèn)真思考，攻關(guān)解決。

多個(gè)發(fā)達(dá)國家早已將SOA（基于面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)）、并行計(jì)算、虛擬化等技術(shù)融入地質(zhì)調(diào)查信息化建設(shè)中，建立了在線編圖等采用“一站式”工作模式服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)，如美國（Geospatial One-Stop）、加拿大（GeoGonnections）以及澳大利亞（GeoMiner）等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)系統(tǒng)。目前我國對于城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)的挖掘及分析能力相對還比較落后，但可以嘗試應(yīng)用數(shù)據(jù)庫KDD發(fā)現(xiàn)模式進(jìn)行探索應(yīng)用。通過對原始海量數(shù)據(jù)的檢索及篩選后，對各數(shù)據(jù)重合交叉點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理分析，將海量的城市地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可分析形勢轉(zhuǎn)換，進(jìn)行對比分析，形成初步數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果，通過專家的評估，最終形成判別模型。形成分析預(yù)測結(jié)果。

3.3挖掘潛能，推動(dòng)城市地質(zhì)數(shù)據(jù)三維可視化（智慧城市）建設(shè)

城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析的一個(gè)很重要的手段，可以應(yīng)用于空間規(guī)劃模擬、地質(zhì)災(zāi)害防治、城市地質(zhì)構(gòu)造判定等領(lǐng)域。城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)中，具有遙感影像數(shù)據(jù)、地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)（地上地下空間數(shù)據(jù)、各類管網(wǎng)數(shù)據(jù)、城市規(guī)劃及建設(shè)沿革數(shù)據(jù)）、DEM（等高線數(shù)據(jù)）及鉆孔屬性數(shù)據(jù)庫（地下高程）等數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)有的這些數(shù)據(jù)能夠完成城市地質(zhì)數(shù)據(jù)的三維模型庫的建設(shè)。目前，已有一些比較完善的三維地質(zhì)建模軟件能夠?qū)崿F(xiàn)多種數(shù)據(jù)三維綜合建模、顯示和分析等功能，如國外的GOCAD、MVS、MicroStation、Surpac等，國內(nèi)的如QuantyView（GeoView）、GeoMo3D、Titan3DM等。但這些建模方式仍然是靜態(tài)交互的，在大數(shù)據(jù)時(shí)代下的可視化技術(shù)將朝著自動(dòng)化、交互性、全息影像式方向邁進(jìn)，智慧城市建設(shè)更需要海量數(shù)據(jù)支撐，充分挖掘城市地質(zhì)資料數(shù)據(jù)信息，通過歷史數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)疊加可以建立三維空間動(dòng)態(tài)模型，可在未來城市規(guī)劃管理中起到重要的決策支撐作用。