城市地质信息平台建设探索与实践

杨坤朋 胡波

收稿日期：20231217；修订日期：20240113；编辑：曹丽丽

基金项目：济宁市城市地质调查项目（SZBM-2021-G0024）

作者简介：杨坤朋（1989—），男，山东费县人，工程师，主要从事地理信息测绘及地质大数据研发工作；Email：435926039@qq.com

摘要：城市地质信息平台建设是推动城市地质调查成果服务于城市规划、建设与发展的重要手段。我国众多城市已成功构建或正在积极推进城市地质信息平台建设，实现了城市地质调查与研究成果的统筹管理、应用及共享服务，为城市规划、建设和管理提供了有力支持。但也存在重展示轻应用、与其他平台缺乏集成、对新技术应用探索不足、管理机制不健全等共性问题。济宁城市地质信息管理与服务平台建设遵循“一库、一平台、三服务、N应用”的架构设计，推出了“资源利用一键分析、用地选址地质体检、灾害应急三维指挥”等特色应用，为政府部门、社会公众及专业技术人员提供了便捷的地质数据应用服务。

关键词：城市地质；信息平台；大数据；辅助决策；地质体检；山东济宁

中图分类号：P208    文献标识码：A    doi：10.12128/j.issn.16726979.2024.06.005

引文格式：杨坤朋，胡波.城市地质信息平台建设探索与实践——以山东省济宁市为例［J］.山东国土资源，2024，40（6）：3644.

YANG Kunpeng， HU Bo. Exploration and Practice of Urban Geological Information Platform Construction——Setting Ji'ning City as an Example［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（6）：3644.

0  引言

城市地质信息平台作为“数字政府”的组成部分之一，为城市规划、建设和管理提供了重要支撑［1］。自2000年以来，我国多个城市相继开展城市地质调查工作［2］，并运行数字化、信息化技术手段，实现了调查与研究成果的共享应用。

目前，全国已完成或正在建设的城市地质信息平台，主要功能集中于C/S架构模式的数据管理、三维评价、三维建模等方向，以及B/S架构模式的信息对外开放等，一般包含城市地质数据管理系统、分析评价系统、共享服务系统、运维管理系统等模块［3］，有效解决了城市地质调查与研究成果的管理、展示和共享应用的问题。但也存在重展示轻应用、与其他平台缺乏集成、对新技术应用探索不足、管理机制不健全等共性问题［4］。

在济宁市“数字政府”建设背景下，构建济宁城市地质信息管理与服务平台具有重要意义。一是为城市规划提供精确的地质数据和科学依据，确保城市建设的合理性和可持续性；二是为城市规划、建设、管理提供可靠的地质环境信息［5］，以预防和减少地质灾害的发生；三是为城市管理提供有效的地质资源开发和利用信息，实现城市资源的优化配置和高效利用。本研究以济宁为例，概括城市地质信息平台的一般架构，并以应用需求为导向，探讨在自然资源应用方面的具体实践。

1  城市地质信息平台架构设计

1.1  总体架构

围绕服务城市规划、建设和管理的核心任务，立足于城市发展的实际需求，本研究遵循“统一标准、统一底图、统一管理、统一服务”的基本原则［6］，以应用需求为引领，依托城市地质综合调查与研究成果，构建“一库、一平台、三服务、N应用”架构（图1）的城市地质信息平台。该平台旨在实现城市地质信息的有序管理、有权使用、有为应用和有效共享，为专业技术人员、政府部门以及社会公众提供差异化数据与应用服务。同时注重其科学性、实用性、先进性、可扩展性和安全性，确保既能满足当前需求，又能与智慧城市、数字政府的建设相结合。

一库：城市地质大数据资源库，作为城市地质信息平台的基础与核心，其构建主要包括3个方面：首先，根据城市特点制定数据采集、建库及共享的技术规范；其次，以城市地质调查与研究成果为基础，整合历史地质成果资料［7］，并接入地质资源环境监测数据，从而形成地质专题数据库；最后，结合实景三维、管线普查等成果，构建城市地上、地表、地下三维立体场景。

一平台：城市地质综合管理支撑平台，作为城市地质信息平台建设的核心管理与地质分析基础［8］，具备三项能力。一是具备城市地质数据处理、建库与管理的能力，实现城市地质图件制作、三维建模、分析评价、成果入库、大数据管理等功能。二是具备城市地质技术支撑能力，实现地图服务发布与管理、流程引擎、大数据分析建模、数据库与资料库中间件管理、物联网管理、接口与集成对接管理等功能。三是具备城市地质信息平台用户、权限、内容管理以及运行监控能力，实现组织机构、用户信息、角色权限管理，字典配置、模块设置、网站信息、地图图层等内容管理，服务器运行、系统运行、日志信息等运行监控。

三服务：面向平台用户，提供特色化应用服务。针对专业技术人员，提供城市地质数据管理及专业分析评价服务；针对政府部门，提供高效、直观的成果查询与应用服务；针对社会公众，提供城市地质成果目录检索与地质科普应用服务。

N应用：作为城市地质数据与应用的主要展示窗口，是城市地质信息平台的实际应用环节。基于一库一平台的既定成果，针对三类服务对象提供具有通用性和专题性的应用服务。具体涵盖了城市地质大数据分析、地图综合展示、地质档案的集中管理、地质环境实时监测、辅助决策的智慧支持、地质灾害应急响应、面向社会开放的应用平台，以及方便移动使用的App应用等多个方面。

1.2  技术架构

按照“五横两纵”架构设计（图2），分别是基础设施层、数据汇聚层、平台管理层、应用服务层和用户应用层，并按照统一的标准规范、工作机制、保障措施、安全防护、保密制度、运行维护开展建设。

（1）基础设施层：为城市地质信息平台提供计算、存储、运行所需资源，具备弹性扩展能力，以满足不断变化的实际运行需求和用户访问量。

（2）数据汇聚层：包括知识图谱库、原始地质资料库、地质专题库以及三维场景库。根据关系表格、空间矢量、切片缓存以及附件资料等数据格式的差异，分别部署在MySQL、PostgreSQL、MongoDB等数据库系统中。

（3）平台管理层：包括城市地质数据工具集和管理系统、数据与业务服务引擎、运行维护管理模块等组成部分，实现与国土空间基础信息平台、透明城市、智慧城市的集成对接。

（4）应用服务层：包括政务服务系统与社会服务系统两大模块。其中政务服务系统主要针对自然资源部门内部及通过安全网络访问的政府部门，提供全面的城市地质数据成果应用服务；社会服务系统则面向公众，发布城市地质数据成果目录、非涉密城市地质资料以及科普知识等应用服务［9］。

（5）用户应用层：包括文化旅游、自然资源、应急管理、交通运输、城市管理、生态环境、城乡建设等行业领域。依据应用需求，分别为各行业用户设定相应的访问权限。

1.3  数据库设计

城市地质大数据资源库为城市地质信息平台的构建和实施提供关键性基础保障。

1.3.1  数据来源

全面整合汇聚区域多来源、多要素、多尺度城市空间要素信息（表1）［10］。

1.3.2  数据建库流程

整体流程涵盖6个环节，分别为收集获取、整理分析、数据建目、加工处理、数据质检以及数据入库［11］。在上述环节中，加工处理环节被视为数据建库的关键与难题。其处理方式主要包括以下3个方面：首先，对纸质图件进行数字化处理，将其转化为系统可加载使用的格式文件；其次，针对Excel格式、MapGIS 6.7格式、CAD格式等文件，将其处理为MapGIS 10.5 HDF格式文件，并统一采用国家大地2000坐标系和配图样式；最后，根据数据库结构设计，为地图数据赋予属性字段值，从而形成统一标准的矢量图形、三维空间数据、数据表、图片数据、视频数据等数据成果［12］。

1.3.3  数据库内容

城市地质大数据资源库（图3）由4个子库构成，分别为知识图谱库、原始地质资料库、地质专题库和三维场景库。知识图谱库是基于相关法律法规、标准、政策等文件进行数字化和条目化处理后形成的知识信息数据库，其主要应用于城市地质决策分析。

1.4  平台功能设计

1.4.1  城市地质数据工具集和管理系统

城市地质数据工具集及数据管理系统（图4）为专业技术人员和运维人员设计，构建于C/S架构，旨在实现数据处理及管理任务。该工具集具备城市地质三维建模、数据建库、分析评价及共享发布等功能。城市地质数据管理系统则负责对城市地质数据及资料成果进行动态管理。

1.4.2  城市地质政务服务系统

城市地质政务服务系统（图5）旨在满足政府部门领导决策和业务管理的需求，具备城市地质数据成果的展示、查询、统计和分析功能。该系统基于B/S架构设计，与国土空间基础信息平台实现数据共享和应用互联，并拥有地质一张图、地质资料中心、地质大数据屏展、辅助决策分析、资源与环境专题等应用功能。

1.4.3  城市地质社会服务系统

城市地质社会服务系统（图6）为广大公众提供地质成果及科普知识的查询与了解途径，其基于B/S架构设计，并与智慧城市等城市综合服务平台实现集成应用。该系统具备以下应用功能：门户首页、电子地图、地质资料、服务中心、科普知识、新闻动态、个人中心、地质旅游、调查问卷以及移动端应用。

2  城市地质信息平台关键技术应用

2.1  物联网技术

依托移动互联网络，整合接入地下水、地质灾害、采煤沉陷、城市沉降、地热矿泉水资源等地质资源环境监测点位，结合自动化监测、长测、统测等监测手段，优化完善覆盖全市域的地质环境监测网络，实现对区域地质资源环境的动态感知［13］，为城市地质环境的动态预警和分析研判，以及地质灾害应急、资源开发利用监管、生态环境修复治理等提供数据支撑。

2.2  大数据技术

地质信息存在多样性、多尺度、多维性、异构性和海量性等特点［14］，基于大数据技术方法，围绕国土空间规划、矿产资源开发利用、城市用地要素保障、资源与环境监管等业务需要，建立面向业务应用的大数据分析模型，并将基础地理、规划分区、用地现状、矿产资源、地质条件、环境问题等多要素信息，与法律法规、标准规范等知识信息结合，为政府部门业务应用，提供一键式地质大数据分析服务，实现位置信息、要素信息、知识信息的深度挖掘与应用，助力政府部门业务管理提质增效。

2.3  三维仿真与数字孪生技术

利用三维仿真技术［15］，构建地质框架模型、矿山地质模型、地下空间三维模型、钻孔三维模型、水文地质模型、采空区模型等多类型地质分层仿真表达，直观展示地下地质分层构成［16］。结合地上和地表立体模型，融合构建形成城市数字孪生空间（表2），为城市规划、建设、管理与运行发展构筑起一张真实、立体、动态的数字空间底板。

3  城市地质信息平台应用实践

济宁城市地质信息管理与服务平台是城市地质信息平台架构设计的具体实践。该项目秉持“实用、管用、好用”的建设原则，充分利用物联网、大数据、数字孪生等先进信息技术。在MapGIS10.5基础平台提供的IGServer、GMServer支持下，以及城市地质数据建库、三维建模、二三维分析评价等产品应用下，整合地质资料构建起多源异构、标准统一、安全共享的城市地质大数据资源库（一库）。

在此基础上，搭建城市地质信息综合管理与服务平台系统（一平台），并建设包括资源开发一键分析、工程选址地质体检、地质环境监测预警、灾害应急三维指挥、地勘项目查询分析、矿产资源压覆分析、露天矿山修复监管等七项城市地质特色应用（N应用）。该平台面向地质专业人员、政府部门以及社会大众（三服务），提供城市地质调查成果数据与应用服务，为政府在城市发展规划、统筹规划、优化布局、打造现代化高品质都市等方面提供辅助决策支撑［17］。

同时，平台还设有科普宣传窗口，旨在让“地质资源保障与地质环境安全”的理念逐步深入人心，提高社会大众对地质知识的认识和理解。

3.1  资源开发一键分析

针对地下水、地热、矿泉水等地质资源的开发利用需求，通过空间位置叠加分析、知识图谱识别分析以及地质条件分类建议等方法，构建了地质资源开发利用分析模型。该模型能够一键式分析目标区域地质资源的赋存状况、开发利用现状与规划情况，同时提供开发利用实施建议，为提高资源开发效率和城市发展规划提供了地质勘查方向及技术支持。

3.2  工程选址地质体检

平台着重于满足城市规划、建设和运行管理的需求，提供地质健康状况评估服务（简称地质体检服务）（图7），给出较为详尽的地质风险评价分析。用户可导出地质分析简报，查看特定地块的地下三维模型，直观地展示地下地层结构和岩土体物理力学性质等信息。图7  地质体检服务模型图

3.3  地质环境监测预警

深入整合地下水、地质灾害、采煤塌陷、地质资源等监测点，系统分析监测数据变化，为灾害防治和国土空间生态修复提供数据和应用支持。通过地图，形象展示各类地质环境监测点分布、基本信息、监测数据变化曲线、等值线分区图等信息。

3.4  灾害应急三维指挥

通过集成地质灾害防治规划、隐患点、防灾明白卡、避险明白卡等相关信息，以及应急资源和预案，实现地质灾害防治的精准管理和应急响应。在日常管理中，利用这些信息进行带图管理，并开展应急演练，以提高应对能力。在应对突发地质灾害时，能够迅速启动三维指挥系统，确保高效、准确地应对灾害［18］。

3.5  地勘项目查询分析

通过对地质资料实施数字化录入、整理，设定统一标识，并进行集中分类，从而构建地质资料库［19］。在项目可行性研究阶段，通过导入或绘制特定区域，对地质档案资料进行大数据分析，直观展示该区域内已实施的地质勘查项目和钻孔资料的种类、分布以及研究程度等相关信息。

3.6  矿产资源压覆分析

基于四轮矿产规划、矿产资源储量报告、矿业权设置等成果资料，能够自动地分析目标区域及其周边的矿产压覆状况。并结合矿产资源三维地质模型，直观生动地展示资源禀赋分布，为城市建设和资源的合理开发利用、优化配置，构建了沟通的纽带。

3.7  露天矿山修复监管

针对露天矿山生态修复治理监管的需求［20］，将露天矿山在治理前、治理后以及维护期内的实景三维模型数据进行了整合。通过分屏浏览功能，实现多期实景三维的对比，直观地展示矿山开采与修复的变化情况。同时，计算了两期动土量信息，为自然资源主管部门进行矿山开采和生态修复监管提供数据与应用支持。

4  结语

城市地质信息平台是对以往地质成果的一次较为综合、全面的信息集成、深入研究与共享应用，通过构建“一库、一平台、三服务、N应用”总体架构和建设城市特色场景化应用，能够有力支撑城市资源、空间、环境、生态的可持续发展，对其他地市开展同类平台建设具有借鉴参考意义。

针对新发展阶段城市地质信息平台建设提出以下几点建议：

（1）标准先行，指导并规范实践。充分结合城市地质特点和发展需求，建立适合的城市地质调查、数据建库、共享服务标准。

（2）明确定位，深化共享与融合。应与实景三维、自然资源三维立体数据库、国土空间基础信息平台等建设成果做好衔接，加深共享与融合。

（3）需求导向，场景化应用服务。随着数字政府、智慧城市等城市提升工程的持续推进，面向业务化、场景化的应用，将是城市地质信息平台建设的重点和导向。

（4）创新引领，增强数据价值链。数据要素的价值一方面是数据本身特性和内容决定了其直接价值，另一方面需要运用新技术延伸和挖掘数据的深层次价值。

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Exploration and Practice of Urban Geological Information Platform Construction——Setting Ji'ning City as an Example

YANG Kunpeng1，2，3， HU Bo1

（1.Lunan Geo-engineering Exploration Institute （No.2 Geological Brigade of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources），  Shandong Yanzhou 272100， China; 2.Technical Innovation Center for Comprehensive Management of Coal Mining Subsidence Areas of the Ministry of Natural Resources，  Shandong Yanzhou 272100， China; 3.Shandong Provincial Big Data Industry Innovation Center， Shandong Yanzhou 272100， China）

Abstract： The construction of urban geological information platform is an important means to promote the service of urban geological survey results in urban planning， construction and development. Many cities in China have successfully constructed or are actively promoting the construction of urban geological information platforms， achieving the coordinated management， application， and sharing services of urban geological surveys and research results， providing strong support for urban planning， construction， and management. However， there are also common problems， such as emphasizing display over application， lacking integration with other platforms， insufficient exploration of new technology applications， and inadequate management mechanisms. The construction of Ji'ning Urban Geological Information Management and Service Platform follows the architecture design of "one database， one platform， three services， and N applications". It has launched characteristic applications， such as "one click analysis of resource utilization， geological examination of land use selection， and threedimensional command of disaster emergency"， providing convenient geological data application services for government departments， the public， and professional technical personnel.

Key words：Urban geology; information platform; big data; assistant decision; geological inspect;Shandong Ji'ning