基于Mapgis的工程地质资料集成与服务研究

摘要：为了充分利用已有的工程地质资料，开展工程地质资料二次开发，提出了基于Mapgis平台管理的工程地质资料集成与服务架构，并就数据库的建设以及平台功能进行了分析，从而为今后工程地质资料的开发利用提供参考。

关键词：工程地质，地质资料，数据集成，地理信息系统

中图分类号：P623 文献标识码：A

文章编号：1001-9138-（2015）12-0050-54 收稿日期：2015-11-16

地质资料是地质工作形成的重要基础信息资源，具有可被重复开发利用、能够长期提供服务的重要功能。为了切实做好推进地质资料信息服务集群化产业化工作，2010年，国土资源部印发《推进地质资料信息服务集群化产业化工作方案》（国土资发〔2010〕113号），天津市国土房管局印发《天津市推进地质资料信息服务集群化产业化工作实施方案》（津国土房勘〔2010〕407号），提出“实现地质资料收集全面化、整理标准化、录入格式化、管理常态化”的目标。多年来，伴随着天津城市建设，工程勘察单位产生和积累了大量的工程地质、岩土工程、环境地质等方面的专业资料。经初步统计，目前天津各主要勘察单位通过不同介质存有35万以上工程地质钻孔资料。开展工程地质资料的地质信息集群化工作，为城市规划、城市建设、科研以及工程咨询服务，发挥地质工作的基础性、保障性作用，提高地质资料社会化服务水平。随着计算机技术、地理信息系统的不断发展，为海量数据的集成与服务提供了技术支撑。

1 资料集成与服务平台架构

通过对地质资料、计算机技术、地理信息系统、数据库管理软件等信息的收集与分析，提出了工程地质资料集成与服务平台架构，该架构从下至上分为数据源层、支撑平台层、功能层、服务层（见图1）。

1.1 数据源层

数据源层是整个系统的核心，所有的平台、功能以及提供服务都是针对这些数据信息进行整理、组合、分析。按数据开源分为地理信息系统需要的地理底图数据和工程地质资料数据；按存储结构分为结构化数据、半结构化数据和非机构化数据。数据源层有一个动态更新的过程，包括地理底图的更新和新形成的工程地质数据的不断增加。

1.2 支撑平台层

作为数据资源发现和利用的动力支撑，通过大量的基础数据与平台提供的支撑处理技术，提供功能强大的处理环境，通过硬件、软件、网络的资源整合，开展复杂数据源的处理分析。

1.3 功能层

依据用户的需求，按照标准的或者主流的计算方法，开展数据信息的智能分析和挖掘，为用户提供快捷的数据分析通道。

1.4 服务层

通过对功能层结果的可视化展示和用户自动的开展互动，以用户熟悉、容易认知的形式开展服务。

2 工程地质资料数据源

工程地质资料来源于开展的工程地质调查、工程地质勘察、地质灾害危险性评估等地质工作项目。在初始来源上为项目的成果报告、原始地质资料和实物地质资料。成果报告、原始地质资料以纸介质或电子数据存储，实物地质资料包括岩心以及照片等。

2.1 资料整理

对收集的工程地质资料，纸介质的进行扫描，非纸介质的原格式保存，作为数据库建设的原始资料和今后数据校核、复查的基础。

2.2 数据库建设

通过对数据的整理，形成以工程地质钻孔编号为主键的结构化数据库，主要包括钻孔的基本信息、野外勘探信息以及试验数据信息。在这些数据库表中，钻孔基本信息表为主表，钻孔土层描述表及各类试验数据表为子表，通过钻孔编号建立关系（见图2）。

资料整理中，文档、图件、一些钻孔中开展的其他非常规试验数据信息、项目中基坑支护等其他工程地质资料信息建立非结构化数据库。

3 工程地质数据管理平台

工程地质资料数据库内各类数据从特性上分为空间数据和属性数据。空间数据包括基础地理数据、钻孔空间位置数据为空间矢量数据结构。属性数据主要为整理的工程地质项目资料。综合考虑多年来地质资料成果数据格式及平台开发技术路径要求，采用MapGIS K9管理空间数据，Oracle 10g管理结构化属性数据，非结构化数据通过文件唯一编号结合存储路径的方式，亦通过Oracle 10g进行管理。

3.1 空间数据管理

空间数据采用MapGIS K9空间数据模型进行空间数据要素的组织。此模型的数据组织方式是将地理几何图形和拓扑关系统一进行存储与管理。数据组织上，采用分层的方法进行组织管理，遵循空间数据分层原则：同一图层的图元空间几何特征一致，它们组成共同空间拓扑结构，同一图层的空间实体反映的是同一专题属性信息；图层中图元实体之间没有交叉重叠部分。

3.2 属性数据管理

结构化属性数据使用Oracle 10g数据库软件中的关系表模型管理属性数据。关系表拥有唯一的表名加以区分，表中每一行对应数据库中一条数据记录，每一条记录拥有唯一字段值（主键）与其他数据记录加以区分。数据库中所有表格形成一个统一文件存储在服务器中，在属性数据库结构方面，本系统属性数据采用二维关系表进行管理，表与表之间通过外键相互关联。

4 工程地质资料信息分析工具

工程地质数据分析工具是平台的核心，功能上涵盖工程地质数据查询、检索、检查和统计，钻孔标准地层辅助化分层及编辑，地质专业图件生成，地下结构三维模型构建，地质综合评价分析等方面。

4.1 钻孔原始地层辅助标准化

天津市于2009年7月发布实施了《天津市地基土层序划分技术规程》，2012年开展的天津市工程地质数据库建设项目中完善了天津市南部平原区地基土层序划分，这些都为今后的相关工作提供了基础。通过研究区域内的标准型地层，根据用户的设定，辅助专业人员标准化每个钻孔的原始分层，从而建立区域内标准的钻孔分层来开展后续的工作。

4.2 钻孔数据的检索

对钻孔、采样点及其相关数据的查询检索分为按照空间位置查询、按属性条件查询两类。按空间位置查询即把形成的数据库文件，按照钻孔位置进行钻孔快速定位以及查询，用户输入条件进行过滤，筛选出符合条件的钻孔并可进行保存；按属性条件查询，根据给定的条件查询满足条件属性，具有较强的灵活性。系统提供对数据库中任意字段进行属性条件查询，以及多表连接查询和模糊查询。查询结果导出为表格文件进行利用。

4.3 钻孔数据的统计

按照数据统计的要求，对统计单元内的数据进行统计，并形成规定的格式文件。例如土层物理力学参数表，根据用户选择的范围，自动统计指定范围内各地层的物理力学参数并按照预先设置的报表格式自动生成土层物理力学参数表。

4.4 钻孔二维图件的生成与编辑

按照一定的标准，通过自动或者半自动方式，生成工程地质勘察中形成的钻孔柱状图、剖面图以及平面分析图件。生成过程中，成图参数由用户进行灵活的设置，生成后的图件属性、绘图比例、图形样式、数据等皆可编辑，且操作简便（见图3）。

4.5 三维工程地质模型的生成

采用以控制性钻孔为主的多源数据地层建模方法，根据钻孔、剖面、地层平面分布图（包含等高线）自动建立研究区域内的三维地层模型。由于建模范围、研究目的的不同，用户根据需要自行选择地层精细程度，用于建立不同精细程度地层的三维模型（见图4）。

5 工程地质资料信息服务

工程地质资料集群平台建设后，可以对社会提供具有针对性、个性化的地质资料信息服务。由于集成的地质资料专业性强，同时部分资料非公开或者涉密，在地质资料利用上要依据《地质资料管理条例》《地质资料管理条例实施办法》《涉密地质资料管理细则》《天津市地质资料管理办法》等法规文件执行，同时还需按照社会需求不断完善服务机制，以促进地质资料的社会化服务。

6 结语

地质结构在相当长的时期内相对稳定，地质资料具有重复利用的价值；同时，工程地质条件成因的复杂性，导致地下空间条件复杂且难以直观显现。通过地质资料的不断累积，从而实现从量变到质变的过程，为更准确的展示地下空间条件以及充分利用地质条件开展工程建设提供基础资料。在工程地质数据集成中，由于不同用户有不同精度要求，在钻孔位置、地面高程、地质分层、数据分析等方面还需要认真、深入的研究，以满足用户对工程地质资料可靠、高质量的需求。

参考文献：

1.张像源等.天津三维可视化城市地质信息管理与服务系统专题.天津市地质调查研究院.2010

2.李秀玲等.天津市三维城市地质信息系统维护和更新项目工作报告.天津市地质资料馆.2012

3.李平虎等.天津市工程地质数据库建设工作报告.天津市地质资料馆.2012

4.邓仲华等.基于云计算的大数据挖掘内涵及解决方案研究.情报理论与实践.2015.7

5.缪谨励等.基于混合框架的地学大数据数据管理平台构建与实践.国土资源科技管理.2015.2

作者简介：

马锋，高级工程师，研究方向为水工环地质。