城市地质调查三维地质信息系统建设方案

1、中国地质大学(武汉)国土资源信息系统所.11.02城市三维地质信息系统建设吴冲龙 第1页在市政府机构中矿管局、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采集、管理、处理和应用相关。在当前数字城市工程中，一个主要方面是城市地质信息系统建设；而建设城市地质信息系统正是数字国土工程主要任务之一。所以，将数字国土工程与数字城市建设结合起来，进行统一规划、统一系统分析、系统设计和系统建设，是十分必要而又是十分有利。1.系统建设现实状况、对策和目标1.1 建设现实状况第2页为了有效地管理、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，需要在利用当代化信息技

2、术建造地上数字城市同时，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，积累了海量地下地质结构与资源数据。近十几年来，一些城市政府部门也分别依据各自工作需要建立了数据库，但未做统一系统分析，也缺乏整体规划和标准化，所建立数据库只适应于某一特定服务项目。第3页发展下去，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，也不能支持未来再开发、再提升，难以满足快速增加信息处理要求，更难以被纳入到城域网络中去。可能出路是将实现城市地质数字化、信息化纳入 “数字城市” 工程统一规划中去，

3、研发并建造主题式“城市地质资源基础数据平台”，而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、决议全程计算机辅助化。1.2 建设对策第4页在此平台上，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。 其次，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，将已有和新建多源异构数据库、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

4、。第5页6从开始，中国基础性、公益性区域地质调查工作转入以城市为主体发展阶段。城市地质调查内容，除了以往常有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，中国地质调查局设置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。因为城市地下空间利用也已经提到了我国政府议事日程上，国土资源部又设置了兼顾城市地下空间利用城市地质调查试点项目，一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 建设办法第6页7从实际需求出发，开发出三维可视化城市地质调查信息

5、系统；实现城市地质数据整合、建库与三维数字化管理、表示及应用；实现城市地质信息资源共享，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，一个完善城市地质信息系统，就是一个“地下数字城市”。第7页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；建立城市地质三维可视化空间分析系统；建立地质三维可视化空间决议支持系统；建立城市三维可视化矿产资源管理系统；建立城市三维可视化水资源管理系统；建立基于地质信息城市规划用地评定系统；建立城市地质信息公布与公众服务系统。1.5 建设内容第8页对象关系数据

6、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

7、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、防震救灾及其决议支持RS 数据及解释图文资料2.城市三维地质信息系统功效结构第9页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第10页系统组成数字城市QuantyView3DQuantyView 2D第11页12城市地质数据包括到基础地理、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，含有显著多源、多类、多维、多尺度、多时态、多主题特征。这

8、些数据存放介质各不相同，含有显著异构特征，而且获取时间跨度大，出自不一样行业部门，存在着数据采集伎俩、采集水平、数据质量上差异。所以，城市地质调查信息系统建设首要任务，就是要制订而且采取城市地质数据标准和规范，进行多源异构数据整合与集成。3. 数据整合与建库第12页3.水文地质图件 3.1 1:20万综合水文地质图 3.2 1:5万城市发展区综合水文地质图4.地震地质图件 4.1 1:10万地震设防烈度分区图 4.2 1:10万地质结构与历史地震分布图5.地质资源分布图 5.1 1:5万地质资源分布图系6.地质灾害分布图 6.1 1:5万地质灾害分布图系 6.2 1:5万地质灾害危险性分区图7

9、.环境地质图系 7.1 1:5万露采矿山分布图 7.2 1:5万垃圾处置场地分布图 7.3 1:25万土壤重金属污染程度分级图系 7.4 1:25万地球化学污染分区图 7.5 1:10万天然放射性分布分级图 7.6 1:1万主要垃圾填埋场水土污染现实状况图 7.7 特殊废弃物处理场分布图8.地貌图 8.1 1:5万地貌图(满足用地评定)9.用地现实状况数据 9.1 1:5万用地现实状况图围绕城市规划用地评定工作开展地质编图1.基础地质图件 1.1 1:5万区域地质图 1.2 1:5万基岩地质图(基岩地质、结构、基岩面埋深等值线或涣散层厚度等值线) 1.3 1:10万结构纲要图 1.4 1:5万

10、航磁等值线图 1.5 1:5万重力等值线图 1.6 1:5万第四纪地质图 1.7 1:1万秦淮河古河道分布图2.工程地质图件 2.1 1:5工程地质图 2.2 1:5填土分布图(厚度等值线) 2.3 1:5不一样深度软土分布图(厚度等值线) 2.4 1:5不一样深度砂土分布图(厚度等值线) 2.5 1:5下蜀黄土分布图(厚度等值线) 2.6 1:2.5万工程地质图 2.7 1:2.5填土分布图(厚度等值线) 2.8 1:2.5不一样深度软土分布图(厚度等值线) 2.9 1:2.5不一样深度砂土分布图(厚度等值线) 2.10 1:2.5下蜀黄土分布图(厚度等值线)9类33种第13页城镇用地评价包

11、括地质数据内容1区域地质数据 包含区域地质图、结构纲要图、基岩地质图、基岩面埋深等值线图、涣散层厚度等值线图等数据。(百分比尺1：5万，描述规划区及邻近地段主要结构形态，新结构运动行迹和特点(断裂活动性)，软弱结构面性质与特点，岩土接触面及软弱夹层特征等)2地震地质数据 包含地震设防烈度分区图、地质结构与活动断裂分布图等数据(百分比尺1：5万，描述区域地震烈度、地震活动、地震活动与地质结构之间关系)3工程地质数据 包含工程地质图、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(百分比尺1：2.5万，描述工程地质地层结构、成因、埋藏条件、空间分布、岩性和岩土力学性质，特殊岩土类型、分

12、布、工程地质特征)4第四纪地质数据 包含第四纪地质图、古河道分布图等数据(百分比尺1：5万和1：2.5万，描述第四系或涣散层地层结构、成因、年代、埋藏条件、空间分布，特殊岩土类型、分布、工程地质特征，古闽江分布范围、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 包含综合水文地质图、浅层地下水水文地质图(百分比尺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，地下水类型、埋藏、补给，地下水动态改变、地下水化学特征，水环境对建筑物作用)6地质资源数据 包含地下水资源、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(百分比尺1：5万。描述地下水

13、资源、地热资源、旅游地质资源、矿产资源等类型、分布、规模，以及利用现实状况)7地质灾害数据 包含滑坡、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(百分比尺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 包含露采矿山分布图、垃圾填理场分布图、主要垃圾填埋场水土污染现实状况图、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(百分比尺1：5万。描述露采矿山类型、分布、利用现实状况，垃圾填埋场空间分布、垃圾填埋场对水土污染情况，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 包含DLG、

14、DOM、DEM等基础地理数据(百分比尺1：500、1：1000、1：1万、1：5万，表示流域水系、行洪区、蓄洪区、圩垸区等水文与防洪工程，利用多百分比尺地形数据(等高线、高程点、河湖堤防、道路等，以及已经有DEM)产生剧由特征线参加构建DEM，利用DEM产生地面坡度坡向、地形破碎度，进行地貌区划(冲沟发育)、洪水为害等级划分、江河湖岸线稳定性评价。第14页15原始库基础库结果库关系存放城市地质调查中经过仪器、试验室分析或野外观察直接获取或搜集原始统计数据，以及相关勘查(察)汇报、图件，电子数据等。存放对原始数据库中数据经过标准规范整理后各类数据，以及由结果数据经过教授评审或管理部门认定后转化而

15、来数据。存放由原始数据库或基础数据库中经过转换、分析、处理形成各类数据，主要是空间属性一体化结果图件。结果数据经过教授评审或管理部门认定后能够转化为基础数据。第15页16各类数据库逻辑结构及相互关系第16页第17页城市地质调查数据整合过程 第18页数据整理与入库流程第19页204.系统主要功效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结果公布第20页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 数据管理第21页数据入库第22页数据资源动态组织与管理第23页数据资源权限管理第24页第25页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

16、制查询缓冲区查询4.2 数据查询第26页查询统计第27页关联查询第28页294.3 图件制作钻孔柱状图第29页地质剖面图第30页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一样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情况，需采取三维可视化技术有效地提升对这种不良结构化或非结构化问题感知力、洞察力和分析力。地质勘查工作基本任务是为资源开发、利用、管理和保护，以及地质灾害防治提供决议支持。对其空间决议支持认知过程可视化研究，主要集中于地下复杂地质结构、成份和过程体三维建模、表示、分析和动态模拟。这种可视化技术不但要求有信息和知识交流传递作用，还要求有很强动态、交互特征，用户可按需自行定制待浏览对象、可视方法、显示形式，并可对整个过程修改编辑，多角度地观察复杂空间对象及其空间关系。第31页为了实现面向城市地下工程规划、用地评价和相关地质分析三维交互式可视化分析目标，需实现分别基于钻孔、剖面、平面、平洞、槽探数据，或者上述各种数据混合进行三维数字地质体构建。合理建模方式是采取表面模型与体元模型混合建模方式，以表面不规则三角网格和四面体作为建模基本单元，经过对城市地下地质体进行空间离散以及空间拓扑关系构建，形成三维数字地质体。三维数字地质体构建第32页第33页34第34页35第35页截面分析第36页开挖分析