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                  • 功能特性
                  • 資源
                  • 培訓

                  MapGIS城市地質地上地下一體化解決方案


                  地質工作對城市的起源、發展和建設起著重要的作用,城市地質研究的目的是保障城市的環境安全和可持續發展,而信息化對于開展城市地質研究非常重要。和發達國家相比,我國城市地質信息化工作啟動較晚,建立城市地質空間數據庫和信息系統的工作剛剛起步,地質資料標準化程度亟待提高。因此,迫切需要利用現代信息技術與手段,建設城市空間數據庫和地理信息系統,實現城市地質數字化,信息三維可視化和服務網絡化,及時滿足城市建設和發展對地學信息的需求。


                  【1. 建設背景】 

                  近年來,我國先后開展了上海、北京、天津、杭州、南京和廣州6 個城市的城市地質調查試點工作,數字城市地質雛形初現,在城市規劃、建設、管理等方面做出了重要的探索和實踐。其中,上海市城市地質調查成果尤為突出,是目前我國乃至國際上城市地質工作的典范。根據試點項目取得的經驗,一些省會城市、直轄市或二線城市已開始獨立開展三維城市地質調查與信息化建設,有效解決了城市的快速發展帶來的地質環境問題,將地質資料開發利用的成果在城市規劃、建設及水務、市政、土地管理、環保、農業等相關政府部門或重大工程建設指揮部門進行推廣應用,實現資源環境并重,以地質環境評價為核心,保障城市地質生態安全,促進城市經濟快速安全發展。

                   

                   

                  【2. 建設目標】

                  以服務于城市社會與經濟可持續發展為宗旨,緊密圍繞城市面臨和亟待解決的地質問題,根據城市總體規劃的需要,緊跟城鎮化進程的脈搏,充分發揮地質工作的學科優勢,開展城市三維地質結構、地質資源、地質環境等綜合地質調查,建立三維可視化城市地質信息管理與咨詢服務系統,綜合評價城市發展的資源保障、環境承載能力和城市安全性,為城市總體規劃、城市建設和管理提供地質信息,為產業布局和重大工程選址提供決策依據,為城市可持續發展提供基礎保障。 


                  MapGIS 城市地質二三維一體化解決方案可以輔助地勘單位建立城市地質數據中心,通過信息管理與咨詢服務系統為科研人員、政府管理人員、社會公眾等不同層次的用戶提供地質數據查詢、分析、決策、科普等方面的服務,大幅提升地質資源環境信息支撐國民經濟建設的快速反應能力,使地質信息化咨詢服務邁上新臺階。


                  【3. 建設內容】

                  建設城市地質綜合數據庫,有效管理地質數據

                  城市地質二三維一體化平臺以城市地質調查為依托,整合該地區地質工作成果,通過收集整理已有地質資料和成果,基于大型的網絡數據庫、GIS 平臺,集成基礎地理、基礎地質、工程地質、水文地質、環境地質、地球物理、地球化學、地質災害、地質遺跡等多專業的綜合地質勘查數據,建立城市地質大型綜合數據庫,包括屬性數據庫、空間數據庫和集信息化和可視化為一體的三維地質模型庫。
                       通過快速建立城市地質綜合數據庫,可以解決地質數據管理雜亂的現狀,實現地質數據隨時查閱,有序管理,提高地質數據利用率,并有效實現地質數據的實時維護更新。


                   


                  形成地質專業工作平臺,提高工作效率

                  城市地質二三維一體化平臺提供的分析評價系統可以很大程度地滿足地質工作人員的專業需求,進行數據處理以及成果分析,給實際的地質工作帶來很多便利。地質專業人員可利用系統提供的多種二三維表達模式對地質基礎數據進行分析提取、成果轉化,完成日常地質成圖分析等工作,還可以通過系統建立不同專業的三維地質結構模型,全面掌握地下空間巖土分布和理化特性、開發難易程度及綜合質量,地下水等資源賦存狀況,為城市地鐵等重大工程選址的安全提供保障,為中心城區地下空間開發利用提供決策依據,為新城規劃提供地質依據。摸清城市水土環境家底,為水土環境保護、土地復墾、萬頃良田建設等工作的順利推進提供基礎數據;為地質災害防治與地質災害評估提供基礎依據;為尋找應急水源地提供扎實服務等。


                  提供政府輔助決策服務窗口,提升地質信息服務水平

                  平臺通過B/S 模式利用政府專網提供政府輔助決策服務窗口,輔助政府部門解決城市發展中所面臨的主要的地質環境問題,分析包括城市地下空間、水、土、地質遺跡等地質資源的合理利用情況,為城市規劃、建設、環境保護和國土資源管理提供地質數據支撐和決策咨詢。

                  建立地質信息服務網站,提高地質數據價值

                  服務是地質工作價值的體現,平臺通過B/S 模式對社會公眾等提供地質成果信息服務,通過建立地質信息服務網站為各類城市地質信息、資料、成果的發布提供了一個統一的門戶,一定程度上做到了城市地質信息的公開、共享和社會服務。通過用戶授權方式實現不同用戶共享數據和服務的差異性:普通用戶可瀏覽系統提供的公開性地質資料;經注冊授權的用戶可根據權限不同檢索、查看甚至下載不同地質數據和資料,使用不同的地質專業服務功能,包括三維地質成果服務。


                  【4. 城市地質二三維一體化平臺】

                  MapGIS 城市地質二三維一體化信息平臺是基于MapGIS 平臺,提供一套實現城市地質調查數據管理、展示、分析與共享服務的二三維一體化解決方案。滿足地質調查成果數字化、成果立體模型化、成果表達多樣化、成果服務廣泛化要求,將信息系統建設成為城市多源異構地下空間數據的管理平臺、面向專業人員研究的工作平臺、面向政府的三維可視化決策輔助支持平臺、面向社會公眾的信息服務平臺。

                  4.1 數據庫建設

                  地質數據庫的建設需要針對不同類型的數據按照數據處理入庫流程嚴格執行。地質數據庫建設流程一般包括地質資料收集整理、制定建庫標準、數據庫結構設計、地質數據入庫前處理、數據檢查、地質資料入庫等。如下圖所示:

                  圖14 地質數據庫建庫流程

                  4.2 地質數據專業分析

                  ● 地質數據查詢檢索

                  提供多種方便的查詢方式和工具,支持多專業地質數據(鉆孔數據、地面沉降、地下水監測、地球化學、地球物理等)的快速多樣化查詢。

                  地質圖表制作輸出

                  支持生成多專業鉆孔柱狀圖、剖面圖生成與編輯、平面圖、統計圖、等值線圖生成與編輯,綜合圖排版與編輯,專業報表輸出。
                       對于地質剖面圖的制作與輸出,通過將國家標準、行業規范、知識經驗等通過理論概化,并盡可能無損的將其轉換為計算機可識別的數據模型,量化所有連接過程中所需要用到的參數,結合數據庫中的鉆孔分層信息,實現剖面圖自動繪制,形成一套實用化的剖面圖自動繪制方案。 制作輸出柱狀圖時,采用模板定制技術允許用戶編輯制作不同專業的柱狀圖樣式并保存下來,選擇所需樣式模板自動生成柱狀圖,并提供多種靈活編輯方式,解決了以往計算機自動繪制柱狀圖樣式固定、修改繁瑣等問題。

                  專業分析評價

                  平臺按照相應的規范,通過對參數指標數據的讀取和分析計算,得到計算結果,包括天然地基承載力、樁基承載力、天然地基沉降量的計算、砂土液化判別、水儲量計算、地熱資源的計算等。采用分析評價工具構建可定義、可擴展的評價模型,結合GIS 空間分析功能,進行網格剖分和疊加分析,自動生成評價等值線圖、評價分區圖等評價結果。這些評價模型是根據評價因子,使用建模工具建立的。它具有開放性、可自定義、可擴展的特點??蓱迷诘刭|災害危險性評價、地面沉降危害性評價、地下空間開發利用適應性評價等方面。

                  4.3 地質成果三維可視化

                  為了形象地表達地質構造的真實形態、特征以及三維空間物化屬性參數的分布規律,平臺將傳統的以二維為主的信息表達方式,轉換為二維與三維表達共存、相互補充的信息表達方式,根據不同專業數據建立相應的三維空間模型,提供對模型的三維顯示、查詢和三維分析,對了解城市三維地質結構,地質構造與活動等提供信息支撐,為城市地下安全提供輔助決策。

                  二維數據三維可視化

                  系統將二維屬性數據以球狀模型、柱狀模型和組合模型等方式在三維場景中顯示,直觀展現鉆孔、監測點、地災點、水位等屬性數據的空間分布形態。

                  三維地質結構建模

                  對于業界公認復雜的三維地質建模,平臺針對不同的地質復雜程度,大膽創新建模算法,優化建模流程,提供了多種不同方法的地質建模工具:對于簡單層狀地質體,提供了全自動建模工具,對于復雜地質體(包含斷層、溶洞、相變等地質現象),提供半自動交互式建模工具,并且還提供了大規模復雜精細曲面的自動模擬,三維地質屬性體數據建模等一系列工具。

                  以鉆孔為主的自動建模

                  針對鉆孔數據較豐富的地區,采用一種“鉆孔+ 剖面+ 等值線”的整體建模思路,根據鉆孔、剖面、地層平面分布圖(包含等高線)半自動建立研究區域內的三維地層模型,提高建模速度,降低建模的繁瑣程度、節省建模時間。



                  ◎ 地質分區圖約束下的多源數據自動建模

                  基于地層分區圖的地質圖快速建模方法采用“自頂向下”的思想,逐層建立每一個地層的頂面。最頂層面看作是一個完整的地質面,用這個完整的地質面為基礎,根據每一個層面的地質分區圖,向下逐層建立地質面。按由粗到精的建模思想進行建模,分別按系、統、組、段和巖性等進行劃分,依次建立多級等地質模型。建模時通過利用鉆孔、剖面、等高線、平面地質圖、地層分區圖等多源數據作為三維建模的數據源,在保證建模數據的一致性基礎上,充分利用不同類型、不同來源的地質數據,提高了模型精度。

                  ◎ 基于實際材料圖與剖面的地質體建模

                  基于實際材料圖、地形圖、剖面圖等數據,可快速構建區域三維初始結構模型。首先進行平面地質圖的讀圖分析,確定主要地質構造,如褶皺、斷層等,然后推斷各地層的新老關系,結合地形數據,并使用V 字形法則,初步推斷各地層的大致走向及形態。最后通過測點的產狀信息,并結合地質讀圖得到的構造信息,向下推斷,建立三維地層模型。此方法充分利用數字填圖成果,隨著工作程度的加深,建模數據源的增加,地質模型的精確度不斷提高。

                  ◎ 復雜地質體交互建模
                         針對含斷層、褶皺等復雜地質構造,可以利用建模區域內多條交叉剖面將空間分割成多個單元格,用戶建模的最小單元就是一個單元格,通過單個單元格內一系列閉合輪廓線建立起曲面片,進而確定該單元格內所有地質體的空間幾何形態,形成一個單于格地質塊,最后將每個單元格的地質塊進行合并形成完整的地質體模型。除剖面數據外,在單元格內的空白區域,如果有鉆孔、等值線數據能夠揭示地質體或地質構造信息,也可將這些信息在構面過程中加以利用,以提高模型精度。

                  ●三維地質屬性模型

                  地質體屬性空間分布建模用于地質體內物理、化學屬性值(如孔隙度、貯水率、滲透系數、化學元素含量等)的三維空間分布規則化建模。

                  地上地下一體化展示

                  平臺可將地表DEM 模型、遙感影像、地理底圖、地質圖及地下三維地質結構模型、地下空間模型、管線模型進行集成顯示,構建整個區域的多層次立體三維模型,并通過動態剖切、雙視圖等方式進行地上下一體化漫游、展示,表達城市規劃地上空間和地下空間關系,為城市規劃、建設和管理提供真正的三維可視化平臺。

                  三維動態演變模型

                  根據地下水、地面沉降等歷年監測數據或計算數據,可自動生成三維曲面模型,并進行動態反演模擬,再現地下水水位或地面沉降變化過程。

                  三維模型可視化分析

                  平臺提供一整套三維實體剖切分析功能,如平面切割、折線切割、組合切割、基坑開挖、樁基分析、隧道模擬及漫游、虛擬鉆孔創建和輸出等,可以更真實的了解地質模型內部的組織情況,并為地質人員提供基于三維模型的專業計算和分析,如滲透系數計算、地下水水量計算、流砂問題評價、基坑突涌評價、軟土地基變形評價等。


                  ■ 4.4 地質數據輔助決策

                  為緊密結合城市總體規劃、地下空間開發利用、地質災害防治、土壤質量環境評價等對城市地質信息需求,實現城市地質信息的經濟效益和社會效益,平臺面向政府機構用戶,提供地質輔助決策咨詢窗口,將地質成果有序管理,與政府業務工作流程進行對接,實現基礎地質資料方便、快捷獲取,為土地利用規劃、城市規劃建設、政府管理決策等提供強有力的地質支撐。


                  ■ 4.5 地質數據共享與發布

                  平臺可以B/S 方式提供成果社會化服務,面向政府有關部門(規劃、交通、建設、水務、市政、土地管理、環保、農業等)、企事業單位、地質領域科研院所、社會公眾,提供基于城市三維地質及相關數據的基礎和增值信息服務,實現城市地質信息共享和交換。


                  【5. 行業優勢】

                  ■ 5.1 自主開發平臺

                  中地數碼集團集數年三維GIS 技術研究成果之大成,推出MapGIS IGSS 3D 共享服務平臺,為行業和用戶提供全空間真三維一體化的地理信息服務,基于MapGIS IGSS 的共享服務框架,以 MapGIS-TDE 為內核,提供涵蓋空中、地上、地表、地下的全空間真三維可視化、建模、分析應用服務,以快速搭建、按需服務的模式構建了面向城市地質領域的三維GIS 智慧解決方案。


                  ■ 5.2 國際領先的技術

                  基于MapGIS IGSS 3D 平臺,我們在諸多技術難點方面投入了大量的研究工作,特別是在城市地質數據的管理技術,專業評價分析構建與管理、三維地質建模等方面進行了深入研究,形成了一系列核心的關鍵技術。

                  ●提供地質數據庫標準,指導快速建立地質數據庫

                  在城市地質數據的管理技術方面,為實現城市地質空間數據、屬性數據一體化的組織管理,采用先進的控制表映射技術、界面自動生成等技術,便于隨著地質調查工作的深入,擴展地質專業數據內容以及功能。借助關系型數據庫,系統需提供完整的文件數據(文檔、表格、圖片、視頻等)的管理方案,從而實現對空間數據和非空間數據的一體化組織。尤其對于整理、分類、建庫工作比較繁重的屬性數據,提供標準規范參考,提供建庫指南和建庫工具,實現城市地質數據管理和維護更新。

                  二三維一體化管理技術,豐富地質信息展示手段

                  平臺從最基礎的數據模型、數據管理、數據可視化以及開發集成四個方面,實現了基于數據中心的二、三維一體化管理策略。改變了以往二維和三維數據分別處理的局面,使得二、三維在數據模型、數據管理、數據可視化和數據集成等層面上無區別的對待,真正實現了二、三維空間數據在深層次上的應用。

                  全空間一體化表達,可視化展示地上地下模型

                  平臺提供地上地下一體化管理和分析。對不同空間的信息進行統一存儲,分析,在統一的三維場景中一體化顯示。在高空,模擬表達地球表面大氣圈中發生的多種時空對象,與地上景觀模型、地下地質體模型、管線模型等形成了完整的空間模型,更加真實的模擬出現實的世界。

                  豐富的三維地質建模及分析方法,可快速建立研究區三維模型

                  平臺提供了地上、地下一體化的三維場景建模方法,以及體數據三維建模技術,涵蓋了地上的景觀建筑建模,地表的地形建模,地下的地質體建模,三維管線建模,河口海岸三維建模,屬性體三維建模,導入第三方模型等多種建模方法。在三維分析方面,平臺特別研究了多模型動態分析技術:基于模板的多視點剖切技術通過模板技術及實體模型裁剪面控制達到切和填的目的,在交互的過程中實時剖切對象模型;基于時間序列的三維動態分析技術利用豐富的時序信息,在多模型融合顯示分析的基礎上,加入場景動態演變分析,通過時態演變動態的對模型進行可視化分析表達。

                  提供快速的三維Web 發布,便捷搭建地質信息服務窗口

                  平臺利用Web 服務架構,提供三維GIS 網絡發布服務,在網絡上實現多源、多尺度、多模式、異構的地理空間信息共享,并實現了海量空間數據的分布式分析。在三維網絡模型基礎上,服務器端根據客戶端的請求,將三維空間數據實時動態的傳輸到客戶端,通過人機交互的方式控制三維場景的繪制,使得用戶能在三維場景中實現漫游。


                  【6. 典型案例】

                  經過集團多年開發與拓展,我們承擔了城市地質調查中信息系統建設項目十多個,國家試點地區有上海、天津、廣州,其中上海市三維城市地質調查項目獲得2011 年度國土資源科學技術獎一等獎,上海、廣州、蘇州三個城市地質項目分別獲得2009 年、2012 年、2013 年中國GIS 優秀工程金獎;中地數碼三維城市地質信息管理與咨詢服務系統V1.0獲得2012年度第十六屆中國國際軟件博覽會創新獎;城市地質資料集群化管理與輔助決策解決方案獲得2012-2013年度“湖北省優秀信息化解決方案”獎。中地數碼城市地質二三維一體化解決方案應用推廣案例包括:

                  上海市三維可視化城市地質基礎信息與咨詢服務系統

                  廣州城市地質數據庫與成果三維可視化信息系統

                  天津城市地質信息管理與服務系統

                  蘇州市城市地質信息管理與服務系統

                  廈門城市地質信息管理系統

                  地質資料收集和補充采集項目——上海三維地質模型與地質環境耦合關鍵技術研究

                  地質資料信息服務集群化產業化試點研究(上海)——上海市地質信息系統完善建設

                  哈爾濱城市地質調查信息系統

                  濟南城市地質信息管理與服務系統

                  濰坊市三維城市地質信息管理系統

                  寧波市地面沉降數據庫開發應用及可視化動態管理系統

                  重慶都市經濟區地質信息系統(一期、二期)

                  湖南省三維可視化城市地質資料信息服務與管理系統

                  肥市濱湖新區地質資料集群化和產業化服務平臺

                  武漢城市地質調查地質信息集成管理與分析評價系統

                  石家莊市城市地質信息管理與服務系統

                  鎮江市城市地質信息管理與服務系統

                  環渤海經濟區地質環境調查評價系統

                  唐山- 秦皇島城市地質調查信息管理與服務系統

                  關中盆地城市地質調查信息錄入與規范化系統

                  鄭州城市三維地質信息系統

                  嘉興城市地質信息管理與服務系統

                  福建省城市地質信息平臺通用版及定制開發(平潭、寧德、漳州)

                  大西安城市地質信息管理與服務系統

                  桂林/柳州市城市地質信息管理與服務系統

                  南寧市城市地質信息管理與服務系統 


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