廣東省佛山地質(zhì)局 任榮 吳小輝

基于鉆孔的佛山市城市地質(zhì)三維建模系統(tǒng)研究

廣東省佛山地質(zhì)局 任榮 吳小輝

佛山市城市地質(zhì)調(diào)查開展的目的是為了解決城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中產(chǎn)生的城市地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害問題,通過建立基礎(chǔ)地質(zhì)、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)數(shù)據(jù)模型,將現(xiàn)有的工程、地質(zhì)、水文等資料通過數(shù)據(jù)庫有機(jī)的組合起來,利用計算機(jī)可視化圖形技術(shù),在空間的角度直接模擬地下地質(zhì)結(jié)構(gòu),形成了佛山市城市地質(zhì)三維模型。

佛山市三維建模數(shù)據(jù)庫

佛山市城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)通過對城市基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、地球物理、遙感、災(zāi)害地質(zhì)等多專業(yè)的地質(zhì)信息和成果進(jìn)行集成和綜合,綜合利用GIS、數(shù)字地質(zhì)、現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),實現(xiàn)對城市地質(zhì)信息管理、更新維護(hù)、檢索查詢、分析評價、三維地質(zhì)模擬和成果顯示,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行城市地表與地下空間結(jié)構(gòu)組織與空間資源、地面沉降、地下水資源與質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行分析評價和預(yù)測模擬。

一、系統(tǒng)架構(gòu)

佛山市城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)總體設(shè)計管理的數(shù)據(jù)主要分為原始資料數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、模型數(shù)據(jù)層、成果資料數(shù)據(jù)層等幾類,除原始資料數(shù)據(jù)層外,其他數(shù)據(jù)層都要用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理:

(1)原始數(shù)據(jù)層:各類鉆孔(井)卡片中的野外現(xiàn)場描述、各種測試數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及地球物理的原始資料。(2)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層:系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)分析評價、三維建模所使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的集合,包括地理空間數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)、水文地質(zhì)數(shù)據(jù)、工程地質(zhì)數(shù)據(jù)、地球物理數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)據(jù)等。(3)模型數(shù)據(jù)層:城市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價模型、三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、三維地質(zhì)屬性模型的數(shù)據(jù)集合。(4)成果數(shù)據(jù)層:系統(tǒng)生成的各類成果資料的數(shù)據(jù)集合,包括有關(guān)專業(yè)的成果圖件、城市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果、三維模型分析結(jié)果。

圖1 各類數(shù)據(jù)關(guān)系圖

目前,佛山市城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括了基礎(chǔ)地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)三大類鉆孔資料、遙感數(shù)據(jù)和各類相關(guān)成果圖件。對于文本及數(shù)字格式的數(shù)據(jù),系統(tǒng)采用Oracle、Access數(shù)據(jù)庫表格的方式存儲和管理;對于圖件及圖像的數(shù)據(jù),系統(tǒng)是結(jié)合Mapgis的屬性管理外掛所有入庫的資料。

二、系統(tǒng)功能

(1)查詢分析及應(yīng)用。佛山市城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)主要包括資料查詢、動態(tài)修改生成模型區(qū)域范圍內(nèi)地下剖面情況,任意位置及深度地下地質(zhì)體結(jié)構(gòu)切割,為城市建設(shè)規(guī)劃、工程勘察、地下開挖等提供可視化服務(wù)?；A(chǔ)鉆孔數(shù)據(jù)庫收集了近十幾年來佛山市各類工程項目的鉆孔資料,通過不同專業(yè)劃分標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一錄入數(shù)據(jù)庫中,三維系統(tǒng)提供多種檢索查詢分析方法提取各類基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)(多邊形查詢、鉆孔號查詢、通用查詢)。系統(tǒng)利用現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫中的資料還可以動態(tài)的生成各專業(yè)鉆孔柱狀圖(工程、水文、第四紀(jì)等)、鉆孔剖面圖及工程實驗數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。

(2)三維可視化。佛山城市地質(zhì)三維建模的基本思路是在野外資料調(diào)查基礎(chǔ)上,用計算機(jī)將人為選取的網(wǎng)格狀的鉆孔剖面圖立體化,交叉形成的區(qū)塊建立模型,最后組合形成整個工作區(qū)內(nèi)的城市三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。三維系統(tǒng)的主要功能是三維建模、分析應(yīng)用和漫游顯示等,目前佛山市城市地質(zhì)調(diào)查項目初步做了中心城區(qū)示范區(qū)的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型(圖2)。

模型較好的體現(xiàn)了示范區(qū)內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu),并且針對所作的模型進(jìn)行了系統(tǒng)主要功能的演示,如通過立體化的地質(zhì)剖面可以直觀的看到地形的起伏,斷裂的走向,各地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)及深度的情況。

圖2 示范區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型

模型的分析應(yīng)用功能主要是對建好的模型按照需要進(jìn)行各種不同形態(tài)的切割,如工程中基坑開挖、管道鋪設(shè)或是地鐵修建時候隧道開挖(圖3)等,可以讓專業(yè)人員直觀的了解地下地層結(jié)構(gòu),準(zhǔn)備把握工程所在地地質(zhì)條件,為下一步工作提供科學(xué)依據(jù)和判斷。

三、系統(tǒng)存在的問題

佛山城市地質(zhì)三維信息系統(tǒng)是在MAPGIS基礎(chǔ)地理信息平臺基礎(chǔ)上,針對佛山市城市地質(zhì)工作實際需要開發(fā)的一套大型網(wǎng)絡(luò)化城市數(shù)字地質(zhì)集成信息系統(tǒng),它將適用于城市地質(zhì)查詢分析評價的數(shù)據(jù)庫建設(shè)、三維地質(zhì)模型的建立顯示和城市地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)資源的共享服務(wù)平臺,而目前還沒有做網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方面的工作,針對數(shù)據(jù)的安全性問題、不同用戶的權(quán)限問題等都有待解決,還有就是三維建模主要依據(jù)已有鉆孔資料,對地區(qū)要求性很高,需要小區(qū)域里面有大量平均分布的鉆孔才能建立相應(yīng)的模型,同時不能很好的解決地層倒序的建模問題,系統(tǒng)對于斷裂的模擬真實程度不夠也將是下一步工作的重點所在。

[1]楊東來,張永波,王新春等.地質(zhì)體三維建模方法與技術(shù)指南,地質(zhì)出版社,2007,9

[2]李清泉,李德仁.三維空間數(shù)據(jù)模型集成的概念框架研究.測繪學(xué)報,1998,27(4):325～330

[3]李青元,林宗堅等.真三維GIS技術(shù)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展.測繪科學(xué),2000,25(2):47～51

[4]鄭貴洲,申永利.地質(zhì)特征三維分析及三維地質(zhì)模擬現(xiàn)狀研究.地球科學(xué)進(jìn)展,2004,19(2):218～223

圖3 三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型模擬隧道開挖外觀

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