基于天地图的移动城市工程地质地理信息系统★

李敏捷,袁东进

(1.南通市建筑设计研究院有限公司，江苏 南通 226007; 2.江苏工程职业技术学院，江苏 南通 226007)

1 天地图的发展概况

对于国家而言，地理信息是一项关键性资源，可为政府决策、改善人们生活、共享信息资源等方面提供可靠依据。网络时代下，社会大众对测绘结果、地理信息公开使用的需求较为迫切，构建自主性地理信息服务网站尤为必要。“天地图”是国家测绘地理信息局牵头研发的地理信息综合服务网站。其属于“数字中国”的主要构成部门，是一种公众平台。“天地图”研发建设的根本出发点在于高效率利用与共享地理信息资源，强化测绘地理信息公共服务质量，优化服务理念与方式，积极迎合国家信息化建设进程，为社会大众的日常生活与工作提供了更多的便捷。

“天地图”中拥有大规模地理信息资源，含量高达30 TB，通过处理后的电子地图高达30亿。主要包含了：全世界范围中的1∶100万矢量地形数据和250 m分辨率卫星遥感影像，全国范围的1∶25万公众版地图数据、导航电子地图数据、15 m分辨率卫星遥感影像、2.5 m分辨率卫星遥感影像，全国319个地级以上城市和10个县级市建成区的0.6 m分辨率遥感影像，部分城市三维街景数据。

用户可在“天地图”门户网站中，浏览地理位置、查询与规划路线等；也可借助服务接口对“天地图”地理信息服务进行调用，并使用变成接口把“天地图”的服务资源嵌入到各种应用网站中，以此为基础开展各种增值应用与服务，突破地理信息资源开发利用难度大、投入成本高等问题。

现阶段，“互联网+”战略广泛开展，各企业基于自身实际情况积极开发互联网运用，积极开发“天地图”，可有效地减少开发与维护资金花费，而“天地图”具有在线提供地理信息服务的特性，为获取移动地理位置信息服务创造了条件。

2 城市工程地质信息系统的发展概况

随着互联网、虚拟现实等技术的发展，以及国家信息技术基础设施的建设，以“3S”(GIS(地理信息系统)、GNSS(全球卫星定位系统)、RS(遥感))为技术基础的“数字城市”被提出并逐渐付诸实施。“数字城市”可以表述为数字化、信息化、可视化的城市，囊括从数字化数据建模、系统仿真、决策支持以及虚拟现实等方面，是一个复杂的云系统[1]。“数字城市”同时也是一个通过建设城市空间数据基础设施，解决重大资源环境问题，营造一个政府和产业部门通过高科技共建共享涉及区域的信息数字工程。“数字地质”是“数字城市”的重要组成部分，由它提供数字化的城市工程地质数据，搭建重要的城市空间信息数据库。因此，作为组成“数字地质”的最基本要素——工程地质数据，如何运用它来建立一个完善的城市工程地质信息系统，使得城市岩土工程数据信息的数字化并加以广泛地应用，一直是“数字地质”领域的研究热点。

地理信息系统是在20世纪60年代发展起来的一门新型的科学技术，是用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。利用GIS强大的空间数据管理和分析功能，并遵循地质工程标准、规范，结合城市工程地质数据数字化，对城市基础地质资料、工程项目信息、钻孔详细信息以及地质工程勘察专题(如土工试验)等数据进行高效的管理与维护,以此建立基于GIS的城市工程地质信息系统，从而实现数据从2D到3D,3D到5D，甚至BIM模型的应用。该系统不仅可以实现数据的有效管理和维护，更能实现地质信息基于地理空间位置的查询与分析，为规划、设计、城建提供决策依据。通过搭建城市统一标准的地质数据库，建立起“数字地质”，结合不断创新和发展的GIS技术，为“数字城市”提供基础数据和应用服务。通过建立城市统一标准的地质数据库，进行工程地质信息管理、地质环境和地质灾害总体评价等方面[2]。长期为国内外的专家学者和从业人员所关注和研究。

近年来，随着计算机技术，特别是网络技术的迅速发展，GIS技术随之取得了一次次重大的进步，如空间数据的管理运用、WebGIS、三维GIS、移动GIS等技术[3]。密切结合最新科技，特别是移动GIS技术，建立多平台、多用途的城市工程地质信息系统正是当前的最新研究与应用课题。

移动GIS是建立在移动计算环境、有限处理能力的移动终端条件下，提供移动中的、分布式的、随遇性的移动地理信息服务(如图1所示)。移动GIS利用今天计算机工业领域最强大的发展趋势——移动计算和无线通信技术，改变地理信息的处理方式，使我们可以随时实时获得所需信息。广义的说，移动GIS是一种集成系统，是GIS，GPS，移动通信，互联网服务，多媒体技术等的集成。因此，它可以在野外空间地理位置状态下获得所需相关关联信息，在终端进行综合处理、分析和应用，为实时分析提供强有力的技术手段，大大提高野外工作的效率。

3 系统的研究与开发思路

目前的城市工程地质信息系统一般分为数据输入、数据存储与检索、数据分析与输出等三个子系统。纵观现有的城市工程地质信息系统，依据GIS的技术特点，均可分解为该三大功能模块。

目前城市工程地质信息系统在基本地质数据库平台搭建上存在较大缺陷，其原因是多方面的，综上所述分别有以下几点：

1)知识产权的缘故导致各个单位的地质数据单位间不流通，无法收集更多源数据。

2)不同采集方式，不同途径、不同厂家的数据来源多样性导致无法建立统一的输入通道。

3)只为本单位考虑适用的数据输入格式编码使得平台搭建缺乏最根本的基础。

这些因素从根本上制约了目前城市工程地质信息系统的横向发展，一个地理信息系统只能局限在本单位平台内使用，其狭隘的数据生态系统制约了它作为“数字城市”平台中最基本要素的广泛性，从而无法建立起一个真正广泛意义上的城市“数字地质”模型系统，为“数字城市”提供基础平台。

基于位置信息服务(Location-Based Service，简称LBS)技术是整合无线通信移动定位技术、计算机技术、互联网技术与GIS(地理信息系统)的综合性服务技术。地理信息系统简单来讲就是使用户获得类似于坐标参数等地理信息或者实现用户与服务商之间信息互动。南通市移动城市工程地质地理信息系统内容主要体现在通过终端获取地理位置坐标来完成所需服务，是一种通过拉(Pull)行为被动获取信息的过程；LBS和移动GIS是思维方式的根本改变，它的内容不仅涵盖移动GIS，更倾向于向可知位置用户发送服务信息，这是一种通过推(Push)行为主动推送信息的过程。目前的城市工程地质信息系统受限于野外定位的精度而停滞不前，因此，一旦精度能够满足要求，那么移动终端就具有了实时实地推送的强大功能。据此，可以真正实现野外与室内数据的相互推送，野外位置的实时预警，工程数据的信息等运用。通过这种基于定位技术的主动服务功能的延伸，强化了在“数字地质”基础层面上的运用功能，使得“数字地质”的应用更加丰富，从而向更高层面的运用——“智慧地质”发展。

4 系统主要创新之处

以移动GIS平台为基础，根据我国城市工程地质管理信息系统建设的实际情况和存在的问题，提出当前技术条件下的城市工程地质信息系统建设方案，以实现对城市勘察数据的科学管理，为城市规划、工程建设等提供决策支持。主要完成以下几个方面的工作：

1)城市工程地质信息模型的研究。对工程地质勘察领域的自然对象进行系统分析，建立其抽象对象模型，分析对象与对象之间的交互关系，建立适合地理空间信息系统使用的信息模型。

2)城市工程地质勘察数据库的设计与实现。对工程地质勘察所涉及到的数据进行分类组织，采用成熟的关系数据库统一存放到地理管理空间数据库和属性数据库。利用SQL Server数据库和ArcGIS空间数据引擎建立了城市工程地质勘察数据库，选用ArcPad，ArcGIS Mobile，ArcGIS for iOS/Windows Phone/Android/实现移动GIS客户端应用软件，实现城市工程勘察数据的图数文一体化存储和管理。

3)基于移动GIS平台的城市工程地质勘察管理信息系统的设计与实现。以建立的信息模型为参照，采用ArcGIS提供的移动GIS平台开发包、SQL Server数据库等技术集成下进行二次开发，按照C/S和B/S模式分别开发城市工程地质地理信息系统。

4)研究智能移动终端(手机)现场定位技术，提高定位精度，满足工程地质勘察精度要求。

5 结论

1)着眼于整个城市平台的数据库的建立，构建不同格式数据的统一通道，建立一套标准的数据编码体系，通过读取、转换不同格式的基本数据，以此形成统一的城市工程地质基本数据输入格式，真正实现城市意义上的工程地质数据库，搭建完整的“数字地质”平台。

2)实现图形数据存储到GIS空间数据库中，属性数据存储到SQL Server数据库中，并实现图形数据和属性数据的关联。

3)对南通市天地图提供的共享地理空间信息与本系统的叠加进行设计与实现、工程地质勘测数据库设计、移动GIS平台的平面空间定位和工地地质数据实时采集设计与实现、基于桌上型和移动GIS平台的城市工程地质管理信息系统的设计与应用。