文｜南寧地理信息勘察測(cè)繪地理信息院有限公司 王威 汪曉龍/通訊作者：南寧地理信息勘察測(cè)繪地理信息院有限公司 馮健

1 引言

地質(zhì)學(xué)是一門體量龐大、數(shù)據(jù)密集型的學(xué)科，其包含了巖石學(xué)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等眾多分支。在地質(zhì)工作中，通過鉆探、物探、化探、遙感、野外地質(zhì)調(diào)查等工作手段獲得的數(shù)據(jù)可稱之為地質(zhì)科學(xué)大數(shù)據(jù)。地質(zhì)數(shù)據(jù)已具備大數(shù)據(jù)典型的4V特征，可以說是“大數(shù)據(jù)”的重要組成部分，同時(shí)，與其他類數(shù)據(jù)相比，具有混合性、抽樣性、多源性、時(shí)空性等多種特點(diǎn)。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，如何將地質(zhì)學(xué)與大數(shù)據(jù)融合并促進(jìn)發(fā)展與應(yīng)用成為地質(zhì)行業(yè)研究的熱點(diǎn)方向。

大數(shù)據(jù)已滲透到社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的方方面面，包括醫(yī)療、交通、公共安全、城市建設(shè)等領(lǐng)域，促進(jìn)城市科學(xué)管理與發(fā)展。隨著城市向地下空間的開發(fā)擴(kuò)張，城市建設(shè)所產(chǎn)生的城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)也在海量增長，這些科學(xué)數(shù)據(jù)資料都是社會(huì)的財(cái)富。開展城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)利用研究工作，可為工程建設(shè)、災(zāi)害防治、城市規(guī)劃等提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，將數(shù)據(jù)財(cái)富轉(zhuǎn)化為社會(huì)財(cái)富，對(duì)城市發(fā)展產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益。

地質(zhì)空間大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的開發(fā)著眼于地質(zhì)學(xué)與大數(shù)據(jù)相結(jié)合，將地質(zhì)大數(shù)據(jù)利用最大化。通過將南寧市分散無序、長期閑置的地質(zhì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整合與標(biāo)準(zhǔn)化，建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)集中管理，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)、三維可視化技術(shù)等進(jìn)行三維地質(zhì)建模與專業(yè)評(píng)價(jià)分析等，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)資料發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng)，與地質(zhì)相關(guān)工作者共享數(shù)據(jù)成果，為城市管理部門提供科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)建議，服務(wù)于城市安全、重大工程建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害防治等。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀

在地球科學(xué)大數(shù)據(jù)研究方向上，以西方發(fā)達(dá)國家為首的歐美各國較早開始研究工作，并開發(fā)建設(shè)大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，積極推動(dòng)地質(zhì)大數(shù)據(jù)的發(fā)展。如美國的NOAA環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)庫、加拿大的GeoConnection、澳大利亞的GeoMiner等。在大數(shù)據(jù)熱潮的驅(qū)動(dòng)下，我國北京、上海、廣州等城市先后開展地質(zhì)數(shù)據(jù)收集及智慧化治理平臺(tái)的建設(shè)工作，并取得階段性成效。如上海地質(zhì)資料信息共享平臺(tái)、鄭州城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，中國地質(zhì)調(diào)查局主持研發(fā)的國家地質(zhì)大數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)——“地質(zhì)云”等，平臺(tái)對(duì)地質(zhì)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、采集、分析等，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)管理到數(shù)據(jù)共享的信息化、科學(xué)化管理。

隨著城市建設(shè)的不斷實(shí)施，長期的城市地質(zhì)勘察工作積累了大量的地質(zhì)數(shù)據(jù)，加之城市向地下空間開發(fā)，工程建設(shè)與日俱增，數(shù)據(jù)量急劇增長。由于不同單位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式不一，共享方式有限等因素的影響，南寧市的地質(zhì)資料無法進(jìn)行規(guī)范管理，不能被更好地利用研究。為了以后的南寧市城市建設(shè)管理、決策工作更加高效與科學(xué)，開展可實(shí)時(shí)共享的城市地下空間的大數(shù)據(jù)庫建設(shè)，建立一個(gè)可對(duì)南寧市地理、地質(zhì)分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析的地質(zhì)空間大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，提供一個(gè)統(tǒng)一管理平臺(tái)是具有現(xiàn)實(shí)意義的。

3 系統(tǒng)總體架構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)

圖1 系統(tǒng)總體框架

以南寧市相關(guān)工作開展為例，“城市級(jí)地質(zhì)空間大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”是基于城市地質(zhì)工作的實(shí)際需要而開發(fā)，以數(shù)據(jù)庫技術(shù)、編碼技術(shù)制定城市地質(zhì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建設(shè)城市地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以GIS技術(shù)、三維可視化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主要技術(shù)手段，以開發(fā)集合城市基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、遙感、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、地球物理、地球化學(xué)等多專業(yè)的數(shù)據(jù)為目標(biāo)，建設(shè)集地質(zhì)環(huán)境信息輸入、空間數(shù)據(jù)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可視化、專業(yè)分析評(píng)價(jià)、三維可視化、共享與服務(wù)等功能于一體的城市地下空間利用規(guī)劃信息系統(tǒng)，為城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、綜合化的智能服務(wù)平臺(tái)，為南寧城市建設(shè)、災(zāi)害預(yù)防等提供可靠的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

系統(tǒng)建設(shè)主要工作任務(wù)包括：南寧城市地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)庫建設(shè)、地質(zhì)數(shù)據(jù)錄入與管理子系統(tǒng)建設(shè)、地質(zhì)專業(yè)分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)建設(shè)、三維地質(zhì)建模與可視化子系統(tǒng)建設(shè)、地質(zhì)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)子系統(tǒng)建設(shè)。

3.1 城市地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)規(guī)范化處理

城市地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)庫建設(shè)的主要目的是將多源、異構(gòu)、海量的地質(zhì)專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理，建立有效的數(shù)據(jù)更新維護(hù)機(jī)制，為地質(zhì)專業(yè)制圖、專業(yè)分析評(píng)價(jià)和三維建模提供數(shù)據(jù)支撐。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建庫以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，包含了項(xiàng)目信息、地層信息、鉆孔數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等基本數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)中心，由這些基本數(shù)據(jù)可構(gòu)成剖面數(shù)據(jù)、等值線、三維可視化模型等多種地質(zhì)專業(yè)種類的功能應(yīng)用，有助于各界方便地了解和掌握已有地質(zhì)工作程度信息，為城市地上、地下空間規(guī)劃和部署提供參考。

圖2 數(shù)據(jù)建庫流程

圖3 地質(zhì)調(diào)查點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢

圖4 鉆孔剖面圖的生成

由于地質(zhì)數(shù)據(jù)具有多樣性，不符合數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的需求，以建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信息化、查詢方便化、獲取實(shí)時(shí)化及數(shù)據(jù)共享普遍化的數(shù)據(jù)庫為目的，入庫前應(yīng)先對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理。將原始勘察資料如鉆探、物探、現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)等，通過掃描、矢量化、編輯、錄入等方式進(jìn)行數(shù)字化，按照國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)或系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，借助如MapGIS、ArcGIS或其他工具軟件，對(duì)數(shù)字化后的地質(zhì)資料分類進(jìn)行數(shù)據(jù)的編輯整理、格式化、轉(zhuǎn)換、概括等處理，將地理坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一，信息分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化，建立數(shù)據(jù)全面、信息完整、符合專業(yè)要求的地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)庫，為城市地質(zhì)資料三維建模等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 地質(zhì)數(shù)據(jù)錄入與管理子系統(tǒng)

地質(zhì)數(shù)據(jù)錄入與管理子系統(tǒng)主要是對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫與管理，是其他功能模塊的中心環(huán)節(jié)，也是系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全和穩(wěn)定運(yùn)行的保障。系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制表映射技術(shù)和界面自動(dòng)生成等技術(shù)，利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，提供全面的圖文數(shù)據(jù)管理方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的一體化組織，從而對(duì)多源、海量、異構(gòu)的城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化的統(tǒng)一管理。子系統(tǒng)為技術(shù)人員提供對(duì)數(shù)據(jù)、圖件、文檔等各類地質(zhì)資料進(jìn)行管理維護(hù)等基本操作，以及數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)檢查、文檔資料管理、權(quán)限管理和日志管理等功能。

3.3 地質(zhì)專業(yè)分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)

地質(zhì)專業(yè)分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)基于MapGIS數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)多專題地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)一體化展示，提供多樣化數(shù)據(jù)查詢工具以及地質(zhì)專業(yè)分析評(píng)價(jià)工具，包括工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、區(qū)域地質(zhì)、地面沉降變形等專業(yè)分析應(yīng)用。系統(tǒng)根據(jù)不同的專業(yè)應(yīng)用分析目的，結(jié)合數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的專業(yè)分析模型，經(jīng)模型計(jì)算，生成統(tǒng)計(jì)圖表、成果圖等，為開展城市地質(zhì)相關(guān)分析評(píng)價(jià)提供信息技術(shù)支撐。該子系統(tǒng)主要功能包括地質(zhì)數(shù)據(jù)展示與查詢、鉆孔柱狀圖和剖面圖的生成與編輯、等值線圖和平面圖的生成與編輯、地質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)、地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)等。

圖5 三維地質(zhì)建模

圖6 共享平臺(tái)地質(zhì)數(shù)據(jù)查詢

3.4 三維地質(zhì)建模與可視化子系統(tǒng)

三維地質(zhì)建模與可視化子系統(tǒng)以空間數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源，與外部導(dǎo)入的obj、3ds等格式數(shù)據(jù)，利用GIS三維可視化技術(shù)，采用自動(dòng)、半自動(dòng)的方式建立各專業(yè)的三維地質(zhì)模型，可根據(jù)業(yè)務(wù)需要，對(duì)構(gòu)建的地質(zhì)體三維模型進(jìn)行任意切割、可視化模擬與數(shù)據(jù)分析，可進(jìn)行地形三維建模、地面景觀建模、地下復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)關(guān)系精細(xì)化展示等。系統(tǒng)提供豐富的三維模型制作工具、方便的信息查詢工具、專業(yè)的三維GIS分析工具、詳細(xì)的三維場(chǎng)景控制手段，及多種成果展示方式。該子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)地形三維建模、鉆孔全自動(dòng)建模、多方法的三維地質(zhì)建模功能、屬性建模、三維地質(zhì)模型分析等功能。

圖7 南寧城區(qū)某年雨季水位等值線圖

圖8 南寧市某區(qū)污水處理廠查詢滲、漏水點(diǎn)分布圖

3.5 地質(zhì)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)子系統(tǒng)

地質(zhì)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)子系統(tǒng)主要基于B/S模式為政府管理部門、企事業(yè)單位和社會(huì)公眾提供地質(zhì)調(diào)查成果數(shù)據(jù)瀏覽和查詢等服務(wù)。結(jié)合社會(huì)各方對(duì)城市地質(zhì)信息共享的業(yè)務(wù)需求，在面向Internet的多維動(dòng)態(tài)地質(zhì)環(huán)境信息展現(xiàn)與分析技術(shù)突破的基礎(chǔ)之上，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、WebGIS、WebService和GIS相關(guān)技術(shù)，建立城市地質(zhì)數(shù)據(jù)信息共享與發(fā)布子系統(tǒng)，將本地?cái)?shù)據(jù)和成果發(fā)布于網(wǎng)上，向接入廣域網(wǎng)的政府管理部門、企事業(yè)單位及社會(huì)公眾開放，提供城市三維地質(zhì)信息與相關(guān)數(shù)據(jù)的共享和增值信息服務(wù)，以及其他成果數(shù)據(jù)的瀏覽和查詢服務(wù)。該子系統(tǒng)主要功能包括地質(zhì)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)、三維模型展示與分析、元數(shù)據(jù)查詢、地質(zhì)專業(yè)資料檢索和后臺(tái)管理。

4 工程應(yīng)用

截止目前，系統(tǒng)已在多個(gè)項(xiàng)目中參與實(shí)際應(yīng)用，如：南寧某國際旅游項(xiàng)目利用地質(zhì)大數(shù)據(jù)庫查詢項(xiàng)目地塊內(nèi)數(shù)據(jù)資料，調(diào)查地質(zhì)數(shù)據(jù)情況；城區(qū)工勘孔地下水位查詢，運(yùn)用分析系統(tǒng)進(jìn)行等值線繪制；南寧市某污水處理廠運(yùn)用地質(zhì)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)查詢勘察報(bào)告，查詢分析工點(diǎn)管井滲、漏水原因，分析尋找滲漏點(diǎn)。分析系統(tǒng)為各項(xiàng)目提供地質(zhì)資料查詢支持，輔助工程建設(shè)，并取得良好成效。

5 結(jié)語

以南寧市為研究范例，針對(duì)城市地質(zhì)信息數(shù)據(jù)三維可視化的業(yè)務(wù)需求，利用GIS技術(shù)、三維可視化技術(shù)等，結(jié)合地質(zhì)綜合數(shù)據(jù)庫研發(fā)了地質(zhì)空間大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，包含了地質(zhì)信息管理、專業(yè)分析評(píng)價(jià)、三維地質(zhì)建模與可視化、地質(zhì)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)等功能，該系統(tǒng)的建成可為南寧市城市安全、建設(shè)布局和功能區(qū)劃、重大工程建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害防治、地下空間開發(fā)利用等提供數(shù)據(jù)參考，為決策工作提供科學(xué)依據(jù)，大大提高了工作效率。