城市三维地质建模与信息综合管理平台设计开发

闫亭廷

（宁夏回族自治区遥感测绘勘查院（宁夏回族自治区遥感中心） 宁夏银川市 750021）

城市三维地质建模与信息综合管理平台设计开发

闫亭廷

（宁夏回族自治区遥感测绘勘查院（宁夏回族自治区遥感中心） 宁夏银川市 750021）

开展城市三维地质建模与信息综合管理平台设计开发是我国经济发展的重要保障，有助于提高灾害监测预防能力、为城乡及工程建设提供保障以及改善人们的居住环境。我国对三维地质建模与信息综合管理平台设计开发以取得重大进展，也存在一些问题。对系统设计原则、系统结构设计进行简要介绍，并结合具体事例，对城市三维地质建模与信息综合管理平台在城市房屋工程建设中的具体应用进行分析。

三维地质建模；可视化；信息综合管理平台

1 绪论

1.1 研究背景

党中央、国务院十分关注我国城市化进程中的地质工作，2006年温家宝总理在加强地质工作会议中明确提出地质工作需要与国家经济社会发展结合，为经济和社会发展提供服务。该会议将地质工作作为经济建设的基础，并贯穿于经济建设的全过程[1]。地方各级政府十分重视地质工作，尤其在新的城市建设中，迫切要求地质工作为城镇布局、城镇规划和城市安保提供支持，强调城市建设需要立足于城市地质调查研究，了解城市地质环境容量，分析地质环境变化，根据地质结构特点进行城市规划建设工作，建立经济社会发展保障机制，为经济社会可持续发展提供安全保障[2]。

1.2 研究意义

1.2.1 提升城市地质灾害监测预防能力

道路桥梁、房屋建设以及底线管路铺设受地质条件的影响，如沉降、裂缝等问题对桥梁及房屋设施造成巨大破坏。而多数地区地质勘察精度低，地质监测工作落后，地质监测工作无法为灾害预防工作提供支持，迫切需要利用现代技术开展地质监测，提高地质灾害调查的精度，提高灾害预防能力[3]。

1.2.2 为城乡及工程建设提供保障

我国经济处于快速发展阶段，城乡建设规模持续扩大，工业化建设速度加快，工程项目规模更大，工程项目管理任务更加复杂，重大工程与城乡建设任务更重。城乡建设和工业化建设稳步推进都依赖于地质工作成为，借助地质灾害探测结果制定决策，减少决策失误，提高工程建设项目决定的科学性，少走弯路。

1.2.3 改善生存环境

生态地质环境保护与人民群众生活息息相关。随着人们生活水平的提高，燃煤燃气等消费需求日益增长，需要做好地质调查工作，解决居民饮水安全问题、防治有害元素超标引发的地方病，亟待加强水文地质勘查，加快找水改水步伐。同时，开展国土整治，防治废弃物占地等环境问题，也要求做好环境地质工作[4]。

2 系统研究开发现状

2.1 国内外开发现状

发达国家自20世纪70年代着手三维地质建模软件开发，并且大量产品问世，软件系统的稳定性较高。例如玫瑰PST油藏技术公司研制的GoCAD、美国斯伦贝谢公司的Petrel、加拿大阿波罗科技集团公司的LYNX Micro Lynx、澳大利亚Maptek公司的Vulcan。经过数十年不断发展及完善，国外的三维地质建模软件的功能较为成熟和完善。目前已有部分国外软件商进入中国，但是国外软件属于全英文操作界面，操作难度高。而且外国软件的费用高，大范围推广使用难度大。因而部分国外软件商推出汉化版软件，并提供售后技术服务，国外三维地质建模软件在国内的市场范围也在逐渐扩大。

国内对三维地质建模软件的研究始于20世纪90年代，但是未出现性能可靠的三维地质建模软件产品。近年来该局面有所好转，例如武汉中地数码集团和中国地质大学信息工程学院联合开发的MapGIS K9、山东蓝光软件公司和山东科技大学联合开发的蓝光软件、中国地质大学武汉坤地科技有限公司研发的GeoView。虽然国内产品和国外产品存在较大差距，但是国内产品已经具备的地下三维地质建模功能，能够满足多数三维地质建模要求[5]。

2.2 系统开发中的问题

（1）开源三维基础库选择问题。开源三维基础软件库选择关系到软件开发难度，合理使用可以降低卡法难度，减少三角剖分和三维切割等基础算法的投入。当前三维GIS开发中常用开源资料选择较多，且均可提供源代码，但是同一项目使用应避免使用多个开源资料，减少开源代码对模块的依赖。因此，选择开源资料是研究就人员必须解决的难题[6]。

（2）三维数据模型标准问题。由于技术原因，建模数据标准不成熟，当前三维建模数据的标准主要来源于计算机三维几何造型领域，如美国3D Syestems公司STL标准，但是这些标准主要面向规整的三维模型，而地质体具有不规则性特点，因而三维地质建模仍缺少权威的数据标准[7]。另外，由于数据标准缺乏，国内外三维地质建模产品的数据兼容性差。

3 三维地质模型建立

本次研究采用MPGIS K9为主要三维地质建模软件。MapGIS K9可以采用三种方法建立三维地质结构模型，基于钻孔以及地形等值线等自动建模：基于交叉剖面方法的交互式建模；基于地质图以及多源数据的建模。

本次研究以钻孔地形等值线和多源地学数据相结合的方法进行城市三维地质体建模。①根据工程需要，地质调查内容重点为地下30m范围内的底层结构、浅层地下水位情况以及水质腐蚀性，不良地质现象，并对岩层特性进行分析。②根据钻孔及剖面，建立三维工程地质信息模型，清晰显示岩土类型的分布情况，了解不同的地基应用，并指导城市规划。详见图1，A、B、C、D、E、F分别为基岩模型、基岩面模型、新生界建模区域及剖面分布、新生界模型、平原区工程层模型、在工程层模型上切割生成的栅栏图。

图1 三维地质模型

4 系统开发设计

4.1 系统设计原则

本研究采用基于MAPGIS-TDE的三维地质建模及可视化系统，系统开发的主要目标为结合GIS、MIS、OA技术特点，开发集三维地质信息输入、数据管理、数据建模、可视化分析等功能的三维地质信息综合管理系统，为工作人员提供综合、智能、规范的管理平台，满足工作人员对地质数据管理和分析要求。系统开发与设计需要遵循一致性、实用性、可靠性、经济性、交互性、可扩充性、健壮性、安全性、应用模块与的数据分析等基本原则。由于三维地址数据具有多源、复杂和不确定的特点，因而三维地质建模的最终目标不是反应地质情况，而应利用三维地质建模为实际工程应用问题提供新的环境和科学手段[7]。

4.2 系统结构设计

结合系统的功能、用户特征及建设目标，基于MAPGIS-TDE三维地质建模及可视化系统采用G/S结构集中式数据管理模式，结构框架详见图2。地学资料管理系统C/S版面可提供基础地理空间数据、专题性数据、成果图件、文档资料等，为工作人员进行数据扩展、录入、到处、检查、浏览等功能。未来还可以考虑将C/S结构与B/S结构相结合，构成多层体系结构，使系统能够使用局域网和广域网两种网络环境。

5 结论

城市三维地质信息及可视化信息管理平台已经广泛用于诸多领域，其可视化特点不仅提高了工作效率，数据二次开发还能为社会提供服务，为经济发展和城市建设提供帮助。三维地质建模与信息综合管理平台也是地质调查工作模式的创新，也是扩大地理信息资源应用领域的重要尝试。

[1]张芳，张鹏，陈雷，等.三维岩土工程勘察信息系统的工程应用[J].地下空间与工程学报，2010（5）：995～1000.

图2 地学资料管理系统功能结构框架

[2]陈 勇，刘映，杨丽君，等.上海三维城市地质信息系统优化[J].上海地质，2010（3）：23～28.

[3]武强，徐华.数字矿山中三维地质建模方法与应用[J].中国科学：地球科学，2013（12）：1996～2006.

[4]张洋洋，周万蓬，吴志春，等.三维地质建模技术发展现状及建模实例[J].东华理工大学学报（社会科学版），2013（3）：403～409.

[5]屈红刚，潘懋，刘学清，等.城市三维地质建模及其在城镇化建设中的应用[J].地质通报，2015（7）：1350～1358.

[6]屈红刚，潘懋，吕晓俭，等.城市三维地质信息管理与服务系统设计与开发[J].北京大学学报（自然科学版），2008（5）：781～786.

[7]容东林，尚建嘎，甘地.城市三维地质信息系统建设统一过程方法与实践[J].地质科技情报，2016（1）：212～217.

P208

A

1004-7344（2016）24-0273-02

2016-8-6

闫亭廷（1981-），硕士研究生，遥感地质专业。