城市地质调查三维地质信息系统建设

中国地质大学(武汉)国土资源信息系统所2010.11.02城市三维地质信息系统建设吴冲龙在市政府机构中的矿管局、规划局、建设局、地震局、农业局和水利局等，都全部或部分地与城市地质信息的采集、管理、处理和应用有关。在当前的数字城市工程中，一个重要的方面是城市地质信息系统的建设；而建设城市地质信息系统正是数字国土工程的重要任务之一。因此，将数字国土工程与数字城市建设结合起来，进行统一的规划、统一的系统分析、系统设计和系统建设，是十分必要而又是十分有利的。1.系统建设现状、对策和目标1.1建设现状为了有效地管理、处理和利用地下地质结构信息、地下空间信息、水资源信息和矿产资源信息，需要在利用现代化信息技术建造地上数字城市的同时，建造一个地下数字城市。解放以来，我国各城市都开展过大量的城建工程、地下工程、地下水资源和矿产资源勘查，积累了海量的地下地质结构与资源数据。近十几年来，一些城市的政府部门也分别根据各自的工作需要建立了数据库，但未做统一的系统分析，也缺乏整体规划和标准化，所建立的数据库只适应于某一特定服务项目。发展下去，这些数据库系统将会成为一系列“信息孤岛”，信息既不完整又有冗余，许多数据资料被重复存贮、重复加工，无法实现交叉访问，也不能支持未来的再开发、再提高，难以满足迅速增长的信息处理要求，更难以被纳入到城域网络中去。可能的出路是将实现城市地质数字化、信息化纳入“数字城市”工程的统一规划中去，研发并建造主题式的“城市地质资源基础数据平台”，并且实现从野外数据采集到室内数据管理，再到数据综合整理、图件编绘、资源评价和预测、决策的全程计算机辅助化。1.2建设对策在此平台上，可以进一步建立“城市地矿资源综合管理”、“城市工程地质管理”、“城市地基管理”、“城市水资源管理”、“城市地下空间利用管理”、“地矿资源开发利用管理”、“地震灾害精细区划管理”等决策支持系统和服务应用系统。另一方面，可以运用“多S”集成技术、联邦数据库技术、数据仓库技术、三维可视化技术和计算机网络技术，将已有的和新建的多源异构数据库、图形库、知识库、方法库、模型库与管理系统、决策系统及用户接口等集成在一起。6从2003年开始，中国基础性、公益性的区域地质调查工作转入以城市为主体的发展阶段。城市地质调查内容，除了以往常有的普通地质和矿产地质之外，还增加了工程地质、水文地质、农业地质、环境地质、地震地质、旅游地质，等等。为此，中国地质调查局设立城市地质调查试点项目，以北京、天津、南京、上海、杭州和广州等城市为试点城市，明确要求建立三维地质信息系统。由于城市地下空间利用也已经提到了我国政府的议事日程上，国土资源部又设立了兼顾城市地下空间利用的城市地质调查试点项目，同样要求建立三维地质信息系统。下一步将在全国各大中城市进行三维地质信息系统建设。1.3建设措施7从实际需求出发，开发出三维可视化的城市地质调查信息系统；实现城市地质数据的整合、建库与三维数字化管理、表达及应用；实现城市地质信息资源的共享，为城市规划、建设及管理服务。1.4建设目标从某种意义上说，一个完善的城市地质信息系统，就是一个“地下数字城市”。8完善城市地质调查数据标准及建库规范；建立城市地质调查主题式数据库系统；建立城市地质图件的计算机辅助编绘系统；建立城市三维数字地质体和地下空间；建立城市地质的三维可视化空间分析系统；建立地质三维可视化空间决策支持系统；建立城市的三维可视化矿产资源管理系统；建立城市的三维可视化水资源管理系统；建立基于地质信息的城市规划用地评定系统；建立城市地质信息发布与公众服务系统。1.5建设内容对象关系数据库管理系统基础地质调查图文数字资料矿产地质勘探图文数字资料工程地质勘探图文数字资料水文地质勘探图文数字资料地下工程矿山图文数字资料物探、化探图文数字资料(多媒体技术、矢量化技术、键盘、数字化仪、扫描仪)多方式输入矿产地质勘探对象关系数据库工程地质勘察对象关系数据库遥感地质解释对象关系数据库基础地质调查对象关系数据库水文地质勘探对象关系数据库地震地质勘察对象关系数据库联机分析处理技术(OLAP)数据库管理技术(DBMS)数据库管理维护、随机查询检索、空间查询检索、专题数据组织宽带网络数据仓库、数据挖掘、数据集市、空间分析、三维可视化分析城市地质信息查询检索矿产资源开发利用与管理水资源利用动态管理地基稳定性评价与管理地震灾害区划与管理地下工程设计与管理城市规划、国土资源规划、国土资源综合管理、市政建设地下工程建设、矿山建设、防震救灾及其决策支持RS数据及解释图文资料2.城市三维地质信息系统功能结构××××××××××城市××系统总体框架三层架构应用层业务逻辑层数据访问层面向城市地质及数据的实际情况面向城市规划、建设与管理应用面向地质行业应用系统组成数字城市××QuantyView3DQuantyView2D12城市地质数据涉及到基础地理、基岩地质、地球物理、地球化学、工程地质、水文地质、地震地质、地质灾害、地质资源、环境地质等，具有显著的多源、多类、多维、多尺度、多时态、多主题特征。这些数据存储介质各不相同，具有显著的异构特征，而且获取的时间跨度大，出自不同行业部门，存在着数据采集手段、采集水平、数据质量上的差异。因此，城市地质调查信息系统建设的首要任务，就是要制定并且采用城市地质数据标准和规范，进行多源异构数据的整合与集成。3.数据整合与建库3.水文地质图件3.11:20万综合水文地质图3.21:5万都市发展区综合水文地质图4.地震地质图件4.11:10万地震设防烈度分区图4.21:10万地质构造与历史地震分布图5.地质资源分布图5.11:5万地质资源分布图系6.地质灾害分布图6.11:5万地质灾害分布图系6.21:5万地质灾害危险性分区图7.环境地质图系7.11:5万露采矿山分布图7.21:5万垃圾处置场地分布图7.31:25万土壤重金属污染程度分级图系7.41:25万地球化学污染分区图7.51:10万天然放射性分布分级图7.61:1万主要垃圾填埋场水土污染现状图7.7特殊废弃物处理场分布图8.地貌图8.11:5万地貌图(满足用地评定)9.用地现状数据9.11:5万用地现状图围绕城市规划用地评定工作开展的地质编图1.基础地质图件1.11:5万区域地质图1.21:5万基岩地质图(基岩地质、构造、基岩面埋深等值线或松散层厚度等值线)1.31:10万构造纲要图1.41:5万航磁等值线图1.51:5万重力等值线图1.61:5万第四纪地质图1.71:1万秦淮河古河道分布图2.工程地质图件2.11:5工程地质图2.21:5填土分布图(厚度等值线)2.31:5不同深度软土分布图(厚度等值线)2.41:5不同深度砂土分布图(厚度等值线)2.51:5下蜀黄土分布图(厚度等值线)2.61:2.5万工程地质图2.71:2.5填土分布图(厚度等值线)2.81:2.5不同深度软土分布图(厚度等值线)2.91:2.5不同深度砂土分布图(厚度等值线)2.101:2.5下蜀黄土分布图(厚度等值线)9类33种城乡用地评价涉及的地质数据内容1．区域地质数据包括区域地质图、构造纲要图、基岩地质图、基岩面埋深等值线图、松散层厚度等值线图等数据。(比例尺1：5万，描述规划区及邻近地段的主要构造形态，新构造运动的行迹和特点(断裂活动性)，软弱结构面的性质与特点，岩土接触面及软弱夹层的特性等)2．地震地质数据包括地震设防烈度分区图、地质构造与活动断裂分布图等数据(比例尺1：5万，描述区域地震烈度、地震活动、地震活动与地质构造之间的关系)3．工程地质数据包括工程地质图、软土分布图、砂土分布图、人工填土分布图、下蜀土分布图等数据(比例尺1：2.5万，描述工程地质地层结构、成因、埋藏条件、空间分布、岩性和岩土的力学性质，特殊岩土的类型、分布、工程地质特性)4．第四纪地质数据包括第四纪地质图、古河道分布图等数据(比例尺1：5万和1：2.5万，描述第四系或松散层的地层结构、成因、年代、埋藏条件、空间分布，特殊岩土的类型、分布、工程地质特性，古闽江的分布范围、河床沉积物特征与空间展布以及地下水运动特征)5．水文地质数据包括综合水文地质图、浅层地下水水文地质图(比例尺1：5万，描述水文地质(含水层与隔水层)地层结构、埋藏条件、空间分布、力学性质，地下水的类型、埋藏、补给，地下水的动态变化、地下水的化学特性，水环境对建筑物的作用)6．地质资源数据包括地下水资源、地热资源、旅游地质资源、矿产资源分布等地质资源分布图数据(比例尺1：5万。描述地下水资源、地热资源、旅游地质资源、矿产资源等的类型、分布、规模，以及利用现状)7．地质灾害数据包括滑坡、崩塌、采空塌陷、岩溶塌陷、地裂缝、地面沉降、江岸侵蚀淤积等分布图等地质资源分布图数据(比例尺1：5万、1：2.5万和1：1万。描述地质灾害类型、分布范围、影响程度、发灾机理)8．环境地质数据包括露采矿山分布图、垃圾填理场分布图、主要垃圾填埋场水土污染现状图、土壤地球化学图、天然放射性分布分级图等环境地质图数据(比例尺1：5万。描述露采矿山类型、分布、利用现状，垃圾填埋场的空间分布、垃圾填埋场对水土污染状况，土壤地球化学特征、空间分布，天然放射性等级和分布)9．地形地貌数据包括DLG、DOM、DEM等基础地理数据(比例尺1：500、1：1000、1：1万、1：5万，表达流域水系、行洪区、蓄洪区、圩垸区等水文与防洪工程，利用多比例尺地形数据(等高线、高程点、河湖堤防、道路等，以及已有的DEM)产生剧由特征线参与构建的DEM，利用DEM产生地面坡度坡向、地形破碎度，进行地貌区划(冲沟的发育)、洪水为害等级划分、江河湖岸线的稳定性评价。15文档数据数据库原始数据库基础数据库成果数据库数据库标准化、规范化处理系统运算与应用元数据库原始库\基础库\成果库的关系存储城市地质调查中通过仪器、实验室分析或野外观察直接获取或收集的原始记录数据，以及相关的勘查(察)报告、图件，电子数据等。存储对原始数据库中的数据经过标准规范整理后的各类数据，以及由成果数据经过专家评审或管理部门认定后转化而来的数据。存储由原始数据库或基础数据库中经过转换、分析、处理形成的各类数据，主要是空间属性一体化的成果图件。成果数据经过专家评审或管理部门认定后可以转化为基础数据。16原始数据库基础数据库成果数据库三维模型数据库基础地质数据库工程地质数据库水文地质数据库地震地质数据库环境地质数据库地质资源数据库DLGDEMDOM水文地质勘察地下水监测地震历史记录固体矿床地热地下水资源旅游地质煤田环境地质检测环境地球化学地质灾害地下空间资源土地资源矿产资源水资源生态地球化学基础地理数据库元数据库地球物理数据库地球化学数据库基岩地质第四纪地质城市工程地质放射性勘探各类数据库的逻辑结构及相互关系基础数据库城市地质业务应用子系统三维可视化子系统成果数据库查询服务系统模型库元数据库数据转换工具数据入库工具原始数据库全数字资料数据标准化数字化地质资料（纸质、数字）数据整理、入库及管理数据表达、应用与服务数据管理子系统城市地质调查数据整合过程数据整理与入库流程历史资料纸质资料数字资料原始数据库空间数据属性数据FME转换中间件ETL转换中间件基础数据库投影变换中间件标准化规范化数据人工判读（识别）数据录入程序(数据校验)Excel等软件电子报建导入\导出中间件（数据校验）模型库元数据库扫描标准化标准化模板204.系统主要功能数据管理数据查询图件制作钻孔柱状图地质剖面图三维建模与空间分析成果发布数据入库属性数据入库空间数据入库数据维护元数据维护数据管理权限设置与访问控制4.1数据管理数据入库数据资源的动态组织与管理数据资源的权限管理查询统计通用属性查询空间查询专题查询钻孔关联查询定制查询缓冲区查询4.2数据查询查询统计关联查询294.3图件制作钻孔柱状图地质剖面图4.4三维建模与空间分析地质体、地质现象和地质过程都不同程度地存在着结构信息不完全、关系信息不完全、参数信息不完全和演化信息不完全的情况，需采用三维可视化技术有效地提高对这种不良结构化或非结