基于钻孔的佛山市城市地质三维建模系统研究

2010-09-07广东省佛山地质局任荣吴小辉

河南科技 2010年12期

广东省佛山地质局任荣吴小辉

广东省佛山地质局任荣吴小辉

佛山市城市地质调查开展的目的是为了解决城市经济快速发展过程中产生的城市地质环境、地质灾害问题,通过建立基础地质、工程地质及水文地质数据模型,将现有的工程、地质、水文等资料通过数据库有机的组合起来,利用计算机可视化图形技术,在空间的角度直接模拟地下地质结构,形成了佛山市城市地质三维模型。

佛山市三维建模数据库

佛山市城市地质三维信息系统通过对城市基础地质、水文地质、工程地质、环境地质、地球物理、遥感、灾害地质等多专业的地质信息和成果进行集成和综合,综合利用GIS、数字地质、现代数据库、虚拟现实、计算机网络等技术,实现对城市地质信息管理、更新维护、检索查询、分析评价、三维地质模拟和成果显示,在此基础上进行城市地表与地下空间结构组织与空间资源、地面沉降、地下水资源与质量和生态环境进行分析评价和预测模拟。

一、系统架构

佛山市城市地质三维信息系统总体设计管理的数据主要分为原始资料数据层、基础数据层、模型数据层、成果资料数据层等几类,除原始资料数据层外,其他数据层都要用系统的数据库统一管理:

(1)原始数据层:各类钻孔(井)卡片中的野外现场描述、各种测试数据、动态监测数据以及地球物理的原始资料。(2)基础数据层:系统进行常规分析评价、三维建模所使用的基础数据的集合,包括地理空间数据、遥感影像数据、钻孔数据、基础地质数据、水文地质数据、工程地质数据、地球物理数据、标准规范数据等。(3)模型数据层:城市地质环境质量评价模型、三维地质结构模型、三维地质属性模型的数据集合。(4)成果数据层:系统生成的各类成果资料的数据集合,包括有关专业的成果图件、城市地质环境质量评价结果、三维模型分析结果。

图1 各类数据关系图

目前,佛山市城市地质三维信息系统的数据库主要包括了基础地质、工程地质、水文地质三大类钻孔资料、遥感数据和各类相关成果图件。对于文本及数字格式的数据,系统采用Oracle、Access数据库表格的方式存储和管理;对于图件及图像的数据,系统是结合Mapgis的属性管理外挂所有入库的资料。

二、系统功能

(1)查询分析及应用。佛山市城市地质三维信息系统主要包括资料查询、动态修改生成模型区域范围内地下剖面情况,任意位置及深度地下地质体结构切割,为城市建设规划、工程勘察、地下开挖等提供可视化服务。基础钻孔数据库收集了近十几年来佛山市各类工程项目的钻孔资料,通过不同专业划分标准统一录入数据库中,三维系统提供多种检索查询分析方法提取各类基础地质数据(多边形查询、钻孔号查询、通用查询)。系统利用现在数据库中的资料还可以动态的生成各专业钻孔柱状图(工程、水文、第四纪等)、钻孔剖面图及工程实验数据分析应用。

(2)三维可视化。佛山城市地质三维建模的基本思路是在野外资料调查基础上,用计算机将人为选取的网格状的钻孔剖面图立体化,交叉形成的区块建立模型,最后组合形成整个工作区内的城市三维地质结构模型。三维系统的主要功能是三维建模、分析应用和漫游显示等,目前佛山市城市地质调查项目初步做了中心城区示范区的三维地质结构模型(图2)。

模型较好的体现了示范区内的地质结构,并且针对所作的模型进行了系统主要功能的演示,如通过立体化的地质剖面可以直观的看到地形的起伏,断裂的走向,各地层地质结构及深度的情况。

图2 示范区三维地质结构模型

模型的分析应用功能主要是对建好的模型按照需要进行各种不同形态的切割,如工程中基坑开挖、管道铺设或是地铁修建时候隧道开挖(图3)等,可以让专业人员直观的了解地下地层结构,准备把握工程所在地地质条件,为下一步工作提供科学依据和判断。

三、系统存在的问题

佛山城市地质三维信息系统是在MAPGIS基础地理信息平台基础上,针对佛山市城市地质工作实际需要开发的一套大型网络化城市数字地质集成信息系统,它将适用于城市地质查询分析评价的数据库建设、三维地质模型的建立显示和城市地质调查数据资源的共享服务平台,而目前还没有做网络服务方面的工作,针对数据的安全性问题、不同用户的权限问题等都有待解决,还有就是三维建模主要依据已有钻孔资料,对地区要求性很高,需要小区域里面有大量平均分布的钻孔才能建立相应的模型,同时不能很好的解决地层倒序的建模问题,系统对于断裂的模拟真实程度不够也将是下一步工作的重点所在。

[1]杨东来,张永波,王新春等.地质体三维建模方法与技术指南,地质出版社,2007,9

[2]李清泉,李德仁.三维空间数据模型集成的概念框架研究.测绘学报,1998,27(4):325～330

[3]李青元,林宗坚等.真三维GIS技术研究的现状与发展.测绘科学,2000,25(2):47～51

[4]郑贵洲,申永利.地质特征三维分析及三维地质模拟现状研究.地球科学进展,2004,19(2):218～223