福州城市地质信息服务应用拓展研究

吴春霞

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

城市国土资源紧缺、地质环境问题频频爆发，城市的科学规划、合理建设及安全运营，首先要考虑的是国土资源与地质环境的问题。城市地质工作应为城市的规划、建设与管理提供地质科学依据，同时地质信息应用服务需充分应用于市政建设中。随着地质大数据时代的来临，利用云计算、大数据、虚拟技术等实现地球结构、地质过程和管理决策可视化的“玻璃地球”[1]计划，已被认为是一项基础性的地质信息系统工程。北京、天津、上海、南京、杭州、广州、厦门等城市已建成相应的城市地质信息管理与服务系统，基本实现“地质信息管理”[2]*胡庆玲，基于数据中心的三维城市地质信息系统及应用——天津城市地质信息管理与服务系统，第十届全国数学地质与地学信息学术研讨会论文集，2011。，可提供相应的“地质信息服务”[3,4]。该研究是在福州区域开展了大量水、工、环地质工作并积累了海量成果数据的基础上，为促使福州城市地质调查成果数据得到更为广泛的应用，应加强城市地质信息的成果转化和社会化应用，面对市政各职能部门对地质信息不同的服务需求，有针对性地进行地质信息应用拓展研究，开展相应的地质信息服务平台的研发，建立更加完善的福州城市地质信息系统，实现地质信息系统的动态管理，势在必行。

1 城市地质信息服务应用拓展实现内容

2011～2014年实施的部、市合作项目“闽江口地区地质环境调查(福州城市地质调查)”,取得了诸多成果，其中在“福州城市地质综合数据库和信息管理服务建设”子课题中研发完成的“福州城市地质信息系统”亦是其科技成果之一。该系统设计用户群主体是地质专业技术人员，其地质专业分析功能较强，该系统提供给政府决策部门和职能部门实际需求还存在一定的差距，因此，需对该系统进一步完善与拓展应用，主要从以下几个方面进行。

1.1 构建城市地质信息服务共享平台

构建城市地质信息服务共享平台(以下简称“服务共享平台”)，可为政府管理决策、专业应用研究和社会公众提供地质信息可视化工具及应用服务平台。该平台可根据地质数据的特点，针对不同用户需求提供差异化的地质信息服务；同时可提供地质数据的二次深加工、综合分析研究和咨询等定制服务。

“服务共享平台”可按照工程地质、水文地质、环境地质、农业地质、城市地下空间开发利用、地热资源和地质灾害等专业服务于经济社会建设的热点需求，进行城市地质信息挖掘、加工应用，构建动态、可更新的综合评价模型库，进而为市政府、社会各界以及专业人士，有针对性地提供具有综合性、差异化的地质信息服务。最终目标是建成城市地质资料数据处理中心，成为今后城市地质数据的采集、集成、管理、展示、服务与共享的综合信息平台。“服务共享平台”主要由城市地质信息服务发布系统和扩展城市地质信息应用系统两大部分组成。

1.1.1 建立城市地质信息服务发布子系统

福州城市地质信息服务应该立足于福州城市建设的实际需要，实现多源、海量、多专题的地质数据的查询、分析及专题应用和公众服务。建立城市地质信息服务发布子系统，以“国土一张图”系统工程平台及相关海量数据为支撑，衔接城建规划和国土资源管理统一平台，顺利融入“智慧福州”“数字福州”的框架体系内。

1.1.2 扩展城市地质信息系统应用

随着福州城市建设发展需求，及时扩展地质信息系统各模块的功能，是提升城市地质信息系统服务的重点。福州城市地质信息系统的专业性很强，需要及时追踪信息技术的发展和系统存在的问题，根据福州城市建设的发展和对地质信息服务的需求，进行相关的地质信息系统的升级。立足于政府决策部门和职能部门适应不同时期的地质服务需求，系统可便捷快速地做出反应，研发相应的地质服务功能模块，实现“一站式”、图文并茂、准确可靠的地质信息服务，为政府部门提供管理决策、供专业领域应用研究、为社会公众服务提供地质信息可视化工具及服务平台。

1.2 动态更新城市地质数据

福州城市地质调查项目在系统搜集、整合了福州地区历年积累的各类地质调查成果的基础上，按照相关标准，建立了多学科、多专业、多比例尺、海量的城市地质数据库，可为福州城市建设提供详实的地质信息服务。

规划中的福州新区陆域面积约2 000 km2，随着福州“东扩南进、沿江向海”城市化进程步伐的加快，每年将产生大量的地质数据，能否及时的将新产生的数据添加或更新到城市地质数据库中，是地质资料信息服务集群化后对政府各职能部门提供实际应用服务的关键，同时也是支撑“数字城市”“智慧城市”建设运行的关键。

2 城市地质信息服务拓展框架设计

2.1 福州城市地质信息服务共享平台

福州城市地质信息服务构建“服务共享平台”，是基于“智慧福州”的框架体系内，构建B/S架构的“福州城市地质信息服务发布子系统”，其次则需要扩展现有的C/S架构的福州城市地质信息系统。“服务共享平台”可实现福州城市地质资料信息的集群化服务模式，依共享、共建原则推进地质信息服务的动态更新。“服务共享平台”实现框架设计(图1)，其主要功能(表1)。

2.1.1 福州城市地质信息服务发布子系统

福州城市地质信息服务发布子系统(以下简称“发布子系统”)设计为B/S结构，对系统功能进行定位后，将“发布子系统”部署在现有政务网云平台上。其主要的功能是为用户提供地质空间数据和专题属性数据的查询浏览，以及相关地质数据的上传、下载及地质信息服务功能；同时，将根据实际需要进行模块服务功能的增减，以期达到与政务网上现有数字平台无缝连接融合，为现有平台上的政府各职能部门提供差异化的地质信息服务。可将“发布子系统”分为3大功能模块，即运维管理模块、应用服务及示范模块、地质数据服务模块(图2)。

(1)运维管理模块。实现对用户访问级别和权限的控制及对元数据信息、服务目录进行管理、维护的功能。①从地质数据的安全性方面考虑，权限管理方面需要有用户权限管理、地质数据权限管理和元数据权限管理。其中平台用户可初步分为游客、普通用户、实名用户、核心用户四个或更多级别，以实现平台针对不同级别的用户需求提供差异化的地质信息服务；②元数据管理方面，主要是对发布的地质元数据进行增删改、查询、浏览、发布等功能的实现；③服务管理方面，则主要是对发布的地质信息服务的增删改、查询、浏览、发布以及其它与地质服务相关的功能。

(2)应用服务及示范模块。为用户提供地质信息应用服务的访问。①目前可在平台上暂设两方面的应用示范：一是轨道交通建设方面的地质信息服务示范，二是地质减灾防灾方面的地质信息服务示范；②若有需求，则可动态增加相应的地质信息服务示范；③地质信息二维与三维可视化虚拟展示与应用，二维实现成果图件的查询、浏览及简单分析功能。三维实现虚拟三维地质模型的查询及浏览功能。

(3)地质数据服务模块。为地质信息发布子系统提供数据支撑服务。经过“城市地质信息系统”处理后的成果数据，可通过“城市地质数据管理子系统”存入成果数据库，在用户有需求时进行实时调用以满足各级别权限用户进行查询、浏览、下载等服务。必要时，可动态地对地质数据服务模块进行拓展，实现地质数据服务的动态管理。

2.1.2 城市地质信息系统应用扩展

福州城市地质信息系统采用层面建模、钻孔自动建模两种方法，建立了具有带属性的多个地学专业的三维地质结构模型。福州城市地质信息系统从整体结构上可以分为数据管理、地质信息处理与辅助决策两个子系统(图3)。

(1)数据管理子系统。基于城市地质信息服务系统的专题数据库建设功能。依据各职能部门对地质信息服务的需求，组织不同的地质数据服务模块，按照功能权限、数据权限以及用户权限，可选择有针对性地对各职能部门提供地质数据信息服务，包括提供成果图件、地质数据分析报告等。此外，当前福州市政务网云平台内的空间数据大部分是ArcGIS格式的，同时已经建立的数字福州地理空间框架也是基于ArcSDE平台的，而福州城市地质调查的成果数据则主要是由MapGIS格式和QuartyView格式组成，为了使地质数据能更好的服务于市政府各职能部门，“服务共享平台”需提供各类数据格式互转换接口，以适宜海量、异构地质数据预处理的需求，能够保障异构地质数据转换成更合适可直接使用的统一的地质数据格式。

(2)地质信息处理与辅助决策子系统。完成地质信息服务体系内的专业功能需求，如三维地质结构建模、三维属性建模、三维地质过程模拟、三维可视化设计以及专题地质分析等辅助功能模块，形成各类专题分析成果，提供辅助决策使用。同时依托各专题分析成果，进行设计方案选优、空间属性一体化的地质图件的多图件叠合、地上地下一体化模拟耦合分析结果，提供通用的分析工具，辅助进行管理决策。

扩展后的“福州城市地质信息系统”可实现面向城市规划、城市建设的三维可视化分析，对于城市规划建设的地质专题分析，具有良好的支持作用。其主要功能包括城市地质、地质资源和地质环境数据的存储、查询、建模、评价和决策分析；地质信息分析评价系统是针对水资源评价、工程地质条件评价，以及潜在的地质灾害监管和决策分析，提供数据处理分析工具和平台。建立纵穿福州城市地上地下一体可视化的三维立体结构模型，运用虚拟技术，视效逼真、直观，切换便捷、准确定位，便于各职能部门使用者进行可视高效的数据处理分析和评估决策。

2.2 城市地质数据动态更新

城市地质信息库属综合性的广义地质专题数据库，是地质工作信息化的保障基础，同时也是“数字城市”“智慧城市”建设的重要组成部分。为确保城市地质数据的现势性、服务的时效性，应及时将新产生的数据添加或更新到城市地质数据库中；为实现地质数据的常态化更新与提供定制的地质信息资源服务，应当需要成立专门的机构和设立专业技术人员对城市地质数据库进行管理维护与升级换版。在此基础上，应开展工程地质、水文地质、环境地质、岩土工程、地球物理、地球化学、地质资源、遥感地质等勘查资料的城市地质信息汇交收集全面化，资料整理标准化，录入格式化和入库更新常态化，建立动态更新机制，实现地质数据的长效动态管理。

2.2.1 地质数据流转分析

地质资料的收集准备到数据入库，地质数据的流转过程分为4个阶段(图4)。

(1)地质资料收集准备阶段。地质资料的载体形式多样，有电子资料及纸质资料。有表格、文档，有Access、SQLSERVER、Oracle等数据库数据，有ArcGIS、MapGIS、CAD等矢量及栅格数据，这些异质、异构的地质资料，在资料收集阶段，都应尽量的收集完全，为地质数据的整理做好准备。

(2)地质数据整理阶段。数据整理部门通过对所收集的地质资料进行分类整理，将其分为基础地理、地质、水工环、物探、化探、灾害地质、地质资源等多种类型资料后，制定相关的数据标准，进入数据标化阶段。

(3)地质数据标化阶段。将整理阶段分类过的地质资料通过制定好的数据标准进行数据转换及数据标化，建立相应的基础地理、基础地质、工程地质、水文地质、环境地质、地球物理、地球化学、灾害地质及地质资源等数据库。

(4)地质数据入库阶段。将未标化的数据存入原始数据库中，将标化后的地质数据存入基础数据库中，将标化后的地质数据进行综合、分析、处理等过程后，新产生成果数据存入成果数据库中，将在原始数据与基础数据基础上建立的三维数据模型存入三维地质模型数据库中，建立最终的地质数据库。

2.2.2 地质数据动态更新方法

(1)城市地质的数据标化。首先，需建立各类地质资料汇交标准要求,通过地方上规范性文件的出台，统一地质资料汇交标准要求，为城市地质数据的标化做好前期资料格式准备。其次，应确定城市地质调查数据的建库标准,对现有已建成的城市地质调查数据库建库标准进行补充完善，统一城市地质数据建库标准，减少因异质、异构数据的困扰所带来的信息孤岛问题及因此增加的大量数据转换的工作量问题。

(2)城市地质资料的补充收集及数据入库。前期在地质资料汇交标准要求尚未统一阶段，纸质资料采用数码拍照、扫描仪扫描等传统方式进行地质资料的获取与更新；后期若地质资料汇交机制建立完善，则可通过地质数据库导入工具直接进行新地质数据的导入；同时，按实际地质信息应用服务的需求选取适量钻孔数据进行标化入库。

(3)城市地质数据的更新修改。每年因城市建设等产生的大量的地质数据，其钻孔数据估计有5万～8万个，其它工程勘察资料经补充收集进行标化后，参照以往已建好的城市地质数据库，对有变化的地质数据进行修改更新，同时对那些无法继续使用的废弃地质数据进行删除。

(4)城市地质数据的常态化管理与维护。设立专业机构、专业技术人员进行地质数据的动态更新。城市地质数据的更新需要有三类数据库，即历史库、备份库及工作库。城市地质数据的更新主要在工作库中进行，工作库中完成了数据更新后，再转存为备份库，而更新前的数据库为历史库，使地质资料数据的回溯成为可能。同时，在进行数据的更新之前，需确定数据更新的周期、内容、数据源及数据更新操作工作人员，并且要对数据更新进行先期信息的记录。

3 应用拓展研究意义

应用拓展研究意义，建立开展城市地质信息服务管理与地方市政规划、建设相结合的拓展应用服务，构建城市地质信息服务共享平台，建立城市地质信息服务发布系统，扩展城市地质信息系统应用。

(1)可建立动态、开放、可视化城市地质信息管理与服务系统，为政府搭建城市地质信息服务的快速反应平台，建立专业的地质辅助决策支持体系，提供城市地质信息服务，使得管理决策者可快速的了解规划、建设方案的相关地质影响因素情况，从而增强和提高政府职能部门对城市的宏观管理决策能力与水平。

(2)面向市政建设专业人员，可建立专业的分析研究体系平台，服务于城市化进程中的地质信息咨询，提供科学的决策支持与技术方法，增强和提高城市规划、建设的科学性和合理性以及城市发展的可持续性水平，提供地质专业应用研究。

(3)动态更新城市地质数据意义，可以建立具有最新时效的城市地质信息数据库;可以建立更加精确有效的城市地下空间分析评价模型，支持城市地下空间资源的规划和开发利用；可以及时有效地辅助进行工程地质、环境地质分析评价，支撑城市重大工程及地下工程的科学选址工作；同时可以对城市地质环境进行动态监测，动态模拟地质过程，提供分析与预测技术支撑，科学配置地质资源开发利用，最大程度降低城市地质灾害发生几率，为城市防灾减灾提供科学的地质指导。

4 结论

福州城市地质信息服务应立足于福州城区、福州新区发展建设的实际需要，加强城市地质信息的成果转化与社会化应用服务，推进地质信息服务内容、范畴的应用拓展，推进城市地质资料信息集成化、产业化服务研究。

(1)构建城市地质信息服务共享平台。可搭建为市政府管理部门、社会公众及专业技术人员提供具有综合性、差异化的地质信息服务平台：①建立城市地质信息服务发布系统，可为“多规合一”“国土一张图”编制、空间信息的联合查询及综合分析、在线地质数据的协同服务等提供数据和技术层面的支撑；②扩展城市地质信息系统应用，可快速研发并提供便捷有效的差异化地质信息服务功能，为政府管理决策、专业应用研究提供地质信息可视化工具及应用服务平台。

(2)建立动态更新机制。城市地质数据动态更新的常态化，可确保城市地质数据的现势性，确保提供地质信息资源服务的时效性。实现地质数据的长效动态管理，在当前地质大数据环境下，推进城市地质信息集成化、产业化服务模式。

本文是在福建省地质调查研究院2011～2014年实施的部、市合作项目《闽江口地区地质环境调查(福州城市地质调查)》，成果推广与后续服务可研论证的基础上编写而成的，系广义地质拓展与应用的探索。需求调研及城市地质信息系统建设过程中得到了福州市国土资源局、“数字福州”建设领导小组办公室及武汉地大坤迪科技有限公司的大力支持，编写过程中承蒙郑志强高级工程师的悉心指导并提出宝贵的修改意见，承蒙张书煌教授级高级工程师及李荣安高级工程师审阅本文并提出宝贵修改意见，谨此致谢。

1 吴冲龙，刘刚，田宜平，等.地质信息科学与技术概论.北京：科学出版社，2014.

2 屈红刚,潘懋,吕晓俭.城市三维地质信息管理与服务系统设计与开发.北京大学学报：自然科学版，2008(5).

3 杨丽君.上海地质资料数据中心的构建与运行体系.上海国土资源，2012(3).

4 傅俊鹤，王世纪，廖福源.城市地质调查信息管理与服务系统的需求分析探讨. 地质学刊，2009 (3).

5 DD2006-05 地质信息元数据标准.

6 DD2015-04 城市地质调查数据库结构规范.