雄安新區巖土地質時空信息服務平臺建設與應用

摘 要：巖土地質信息是城市規劃設計和工程建設的重要基礎資源，精準的地質數據對雄安規劃建設、城市運行管理和安全保障具有重要支撐。但雄安巖土地質信息面臨數據源質量難以保證、數據匯交不暢、共享應用困難、實時性程度低、標準體系不完善等問題，嚴重制約著數字孿生城市的同步建設，也無法為城市規劃建設和運維提供精準的地質數據支撐。針對上述問題，開展了雄安新區巖土地質時空信息服務平臺建設，構建了涵蓋巖土地質數據源頭監管、建庫匯交、實時監測、共享應用全鏈條的智慧服務管理平臺體系、標準體系和管理制度，系統性解決了巖土地質信息外業質量監管難、數據入庫難和共享應用難等難題，建立了巖土地質信息服務城市規劃、設計、建設、運營和管理的新模式。

關鍵詞：巖土地質；雄安新區；數據入庫；共享應用

中圖分類號：P642 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1329（2024）02-0064-05

巖土地質信息是城市規劃設計和工程建設的重要基礎資源，對城市規劃、設計、建設、運營和管理具有重要意義。巖土地質信息在保障城市地下空間開發、城市重大工程規劃建設、自然資源管理和地質安全風險防控等方面都發揮著重要支撐作用[1-4]。目前，隨著雄安新區全域地質調查和城市大規模開發建設的不斷推進，積累了“多來源、多類別、多維數和多格式”的海量巖土地質數據[5-6]，這些數據孤立分散、互不兼容，難以實現統一管理和共享應用，亟需依托信息化手段，實現巖土地質信息質量管控、匯交入庫和開放共享的一體化管理。

國內外都高度重視巖土地質信息的信息共享與服務[7-9]，并將物聯網、人工智能、區塊鏈等技術運用到信息資源建設和共享服務平臺搭建中，例如：廈門地質大數據服務平臺在廈門城市地質調查數據庫的基礎上[10]，建立了廈門地質大數據規范體系，研發了快速實時更新的三維地質建模子系統、二三維一體化地下空間開發利用評價子系統，集成了工程地質和水文地質專業分析評價功能等。這些平臺的建設能有效地為政府、專業人員及社會公眾提供巖土地質共享服務，但在如何生產質量可靠、標準統一的巖土地質成果，構建多尺度、多精度三維地質模型及大數據成果共享等方面，仍需進一步探索。

針對上述問題，筆者基于GIS 及巖土地質時空信息集成、建模、可視化和共享等關鍵技術，開展了“信息化、制度化、標準化”三位一體建設工作，建成了工程勘察外業質量監管、數據入庫管理、二三維地質數據服務、自然資源實時監測等子系統，建立了巖土地質信息全流程技術標準體系，構建了全域多尺度、多精度的二三維地質模型，實現了“外業質量實時監管、業務事項統一管理、勘察成果統一標準、自然資源統一監測、成果共享統一平臺”的管理服務模式，為新區城市規劃設計和工程建設項目提供了全方面的地質數據成果與服務。

1 總體設計

平臺建設過程中將信息化作為巖土地質業務管理和應用服務落地實施的重要抓手，同步開展“制度化、標準化、信息化”三位一體建設（如圖1 所示），制定了雄安新區巖土工程勘察管理工作辦法、實施細則和巖土工程勘察數據建庫相關地方標準，研發了雄安新區巖土地質信息業務應用系統，保證地質數據從采集、匯交、管理、更新、共享到應用全過程的標準化、規范化。

1.1 制度建設

為充分發揮巖土地質數據在雄安新區規劃建設中的基礎支撐作用，將工程勘察資料匯交管理和共享應用流程固化為制度規定，制定了《雄安新區巖土工程勘察資料管理辦法》《雄安新區巖土工程勘察資料管理實施細則》。遵循“無條件匯交”原則，確定了雄安新區巖土工程勘察成果的匯交范圍、匯交主體、匯交內容、匯交方式、成果審查、成果管理和共享應用等相關要求，特別明確了成果共享工作的具體技術要求。創新性地將針對合格匯交資料出具的匯交憑證作為建設項目檔案驗收的要件之一，促進了巖土地質數據資源的共建共享。管理辦法和實施細則于2022 年7 月14 日發布實施。

1.2 標準建設

技術標準的統一規范是雄安新區巖土工程勘察成果匯交和共享的重要基礎。為實現工程勘察數據入庫、綜合分析和共享應用，編制了《雄安新區巖土基準層劃分導則》[11]。創新性的采用“主層編碼+ 巖性亞層編碼+特殊成分編碼+ 工程性質次亞層編碼”的形式，將100 m深度范圍內的地層劃分為18 個主層和72 個亞層，同步編制了《雄安新區巖土工程勘察數據分類與編碼規則》。充分考慮地質調查和工程勘察類數據的特點，在借鑒地質調查類數據編碼、數據關聯關系和數據組織等標準化經驗的基礎上，結合巖土工程勘察中工程鉆探、室內試驗、原位試驗和水文地質試驗等數據特點及工程勘察軟件應用狀況，創新性構建了地質調查與工程勘察一體化的數據建庫基準，解決了工程勘察項目在數據采集、數據整理、數據共享中的數據規范性問題，保障了與地質調查數據的兼容性，有效支撐了雄安新區數字底板的構建。兩項地方標準于2022 年4 月1 日印發實施。

1.3 系統建設

以制度標準為重要支撐保障，通過對雄安城市地質調查成果、工程勘察成果和自然資源實時監測等多專題、多源、異構、海量數據的動態快速入庫更新，匯集成二維空間數據庫和三維地質模型庫，形成集“數據監管- 數據分析- 決策生成- 共享應用”為一體的巖土地質信息業務應用系統，主要功能包括外業采集監管、數據建庫與管理、三維地質建模分析展示、專業分析評價與輔助決策、地質資料共享與服務，實現了雄安新區巖土地質數據從生產、匯交、整合、管理、更新、共享到應用全過程信息服務，率先形成了城市巖土地質信息服務的樣板。系統總體架構如圖2 所示。

2 關鍵技術

針對巖土地質信息服務實踐中面臨的數據質量監管難、匯交困難、信息共享與成果應用不暢等難題，圍繞打通共享機制、提供信息化支撐以及建設智慧城市的迫切需求，開展了城市級巖土地質信息服務平臺關鍵技術研發。

2.1 研發可計算分析的多尺度、多精度三維巖土地質模型網格化構建和可視化技術

研發了數據驅動的多尺度網格化三維地質建模技術[12-14]，以全域所有鉆孔數據為基本數據源，融合第四紀地層沉積規律和沉積微相、物探成果和物理力學數據等多源多類地質數據，在垂直方向和水平方向按不同網格精度，建立了覆蓋雄安全域1770 km2 及規劃片區、管控單元和工程場地的0～10 km 深度多尺度三維地質模型，采用插值算法以地層巖性、物理力學參數等屬性值，構建了多尺度、多精度巖性—屬性一體化三維地質模型（如圖3 所示）。

同步研發了全網絡環境下地質模型的三維可視化技術，依托多尺度高精度網格，進行網格模型的分布式存儲方式，采用構建細節層次模型、多線程調用等多種技術方法，進行網格模型可視化技術改進，在顯著減少格網數的前提下，數據幾何形態和紋理精度較好滿足視覺效果，并能保障不同層級場景中數據的加載效率，大大提高了三維地質模型展示性能和響應速度。

2.2 研發巖土地質成果與城市級BIM 模型的集成融合技術

研發了巖土地質數據與雄安新區城市級BIM 模型的融合工具，創建了巖土地質模型數據交換格式，質檢審核通過的巖土地質成果可自動從多源異構時空數據庫中共享至現狀BIM0 底圖，同時通過模型幾何表達、屬性表達對比分析，可在線提供建（構）筑物地下地層的三維模型信息，實現地上建筑、地下設施和三維地質模型的集成可視化。

2.3 研發在線虛擬勘察咨詢服務應用技術

針對任意建設場地和線狀項目，自動進行場地范圍及周邊區域地質狀況、地下水位、不良地質作用、地基土層分布特征、場地穩定性計算分析，在線生成場地地質狀況報告，系統反映場地當前的地質狀況，通過在線下載方式主動提供地質信息咨詢服務，面向規劃建設管理部門、工程建設單位和勘察設計單位提供了自助式、自動化的場地地質狀況分析服務。

2.4 研發了外業鉆探過程異常判定技術

移動終端設備進行外業鉆探數據采集時，綜合利用GPS 定位、GPRS 定位技術實時獲取位置和時間信息，自動進行位置時間異常判定，避免產生虛假鉆孔。綜合運用人臉識別技術，通過FaceNet 深度卷積神經網絡算法，識別人臉照片上的68 個特征點并形成128 個特征參數，計算現場采集照片與基準正臉照片的128 個特征參數所對應的歐氏距離，比較歐氏距離與匹配閾值的大小來確定是否為同一人員，從而判定是否存在“人證不一”的人員異常，有效規范操作人員持證上崗。

3 應用與服務

雄安新區巖土地質時空信息服務平臺運行一年半左右，累計為疏解北京非首都功能高校、企事業單位，新區生態環境局、應急管理局等各部門，雄安集團、勘察設計單位等提供場地周圍地質資料、場地穩定性和地下水水位等12 類矢量圖件等多種地質成果300 余次，累計審批工程勘察匯交成果300 余次，平臺高效支撐了城市規劃建設和運行管理，充分保障了雄安新區高標準高質量建設，有力支撐了國家戰略實施。

3.1 支撐城市規劃建設

在規劃選址階段，平臺可基于高精度矢柵一體化三維地質結構模型，按照任意區塊范圍自動進行場地穩定性評價、不良地質作用分析等，并生成區域地質條件報告，基本省去可研階段的資料搜集及現場勘察工作，降低了建設成本，縮短了建設周期。

在勘察設計階段，平臺數據庫整合雄安所有地質鉆孔，勘察設計單位可線上申請相鄰地塊間，道路、生態、房建和水利等項目間的鉆孔資料和土工試驗成果，避免了重復勘察。同時平臺配套研發了工程勘察外業信息化APP，實時采集外業數據，極大降低了數據造假的可能性，為工程勘察外業質量監管提供了有力的工具，解決了以往監管難、手段單一、不及時等痛點問題。

在竣工驗收階段，勘察單位可在平臺上線上匯交電子成果，平臺在自動數檢和人工二次核驗后發放匯交憑證，該匯交憑證是工程建設竣工檔案驗收的要件之一，實現了勘察數據的集中統一管理。平臺業務管理信息流架構如圖4 所示。

3.2 支撐城市運行管理

結合覆蓋雄安全域1 770 km2 的地下水自動監測網和淺層地熱自動監測網，平臺可對地下水位和地溫等自然資源要素的動態變化實時監測預警，為新區各部門和社會公眾提供地下水位和淺層地熱能資源稟賦查詢等服務。2023 年8 月京津冀集中降雨造成雄安地下水抬升，通過地下水監測體系第一時間將水位抬升情況及時報送至地下空間運維單位及開挖基坑項目，有效的規避了城市運行安全隱患。

4 結論和建議

通過雄安新區巖土地質時空信息服務平臺的構建，建成了巖土地質二三維一體化時空數據庫，建立了巖土地質共享服務落地模式，實現了巖土地質數據從生產、匯交、整合、管理、更新、共享到應用全過程的標準化、規范化和信息化，為雄安各部門、建設單位和勘察設計單位提供了安全可靠的地下空間數據底板，高效支撐了雄安新區高標準高質量建設。下一步，將以巖土地質時空信息為基底，融合集成城市大數據，建成統一時空基準、相互關聯的三維數字底座，形成集時空大數據匯聚融合、共享交換、應用挖掘和安全監管等能力于一體的綜合性解決方案。

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