基于GIS的地下空间数据管理服务系统研究

左春雷 马亚敏 赵彪 吴迪 宋剑

摘要：地下空间数据的管理与服务在城市地下空间可持续发展建设中越来越受到重视。针对地下空间管理中存在的管理水平落后、数据量巨大、工作繁杂等问题，本文详细研究系统框架与体系结构，采用TEN+TIN 混合数据模型精细化三维地质体建模方法，开发了地下空间数据管理服务系统，包括基于C/S 结构的地下空间数据管理分析平台和基于B/S 结构的地下空间数据信息服务平台，该系统可以显著提高地下空间数据的管理水平与数据成果共享程度，为城市可持续发展添油助力。

关键词：地下空间;3DGIS;地质体;信息管理;C/S-B/S;

0引言

20世纪以来，随着工业化、城市化速度不断加快，我国城市地下空间开发利用快速增长，获取的地下空间数据资料信息量呈指数增加[1]。由于技术条件限制，我国城市地下空间工作的信息化程度普遍不高，获取的海量数据没有得到有效地管理、可视化、再利用与共享，形成了数据需求与实际应用的矛盾[2]。当今社会，迫切需要一种途径来解决这个矛盾，促进城市地下空间的可持续发展。

1 地下空间数据管理分析平台

1.1数据管理

（1）数据录入

1）工程数据的来源一般为理正Access数据库和岩土工程勘察技术报告，将每个导入的工程都赋予唯一编号，可防止工程重复录入，也方便了日后工程数据的查询与维护。

2）钻孔与土层数据，也来源于理正Access数据库，录入钻孔与图层数据时，每个钻孔、土层都要附加一个“工程编号”，以区分不同工程下的钻孔与土层，可在工程数据录入时，同步录入钻孔与图层数据，这样可保证工程与钻孔土层的一致性。

3）工程、钻孔、土层相关的图表、文档，在录入到数据库时，为了日后的更新维护，要配置该图表文档的工程编号或者钻孔、土层编号。

（2）数据查询

1）点击查询

从图形到属性信息的图文查询，在地图上选择某图元并点击查询，就会出现对话框显示该图元的详细信息和实体照片 ，包括属性信息和空间信息。

2）条件查询

从属性信息到图形的条件查询，根据要查询对象的属性信息，可进行多条件的复合查询，，并将查询到的对象其定位在屏幕中央。

1.2三维建模

1）三维地质体建模

根据钻孔、地层等数据，采用不规则四面体结构（TEN）和三角面（TIN）混合数据模型[15-16]，动态绘制三维地质体模型，其具体步骤为：根据建模区域中的钻孔数据，统计出该区域内所有的地层信息，按照地层沉积年代进行统一编号，得到该区域的“标准地层表”;以钻孔空口位置为空间基准，结合地层高度，采用三角剖分算法，生成不规则三角TIN 网，构建地层三维模型的上下表面;按自下而上的顺序，从各地层TIN开始，依次与上层层面进行求交运算，不断新增地层控制点，修正TIN面，修正后的TIN面又参与到后续的运算中;采用特定的算法将相临地层的TIN面“缝合”成多层三棱柱空间模型;根据钻孔上的地层节点，并进行三棱柱四面体化，得更加精细的TEN作为三维单元;最终得到该区域较高精度的三维地质体模型。

2）三维地质体分析

a.地质体剖切。在生成的三维地质体模型上根据绘制多段线，生成地层纵剖面图。

b.开挖土方量计算。在生成的三维地质体模型上根据绘制的多边形和设定的深度，模拟土方开挖。根据多边形面积和深度，可计算出开挖土方量。

1.3三维信息集成管理

（1）三维模型信息管理

将地形三维模型，地物三维模型，包括居民区、建筑物、道理桥梁、绿地流水、树木花草、人工构筑等三维模型，和地下的钻孔、地质构造、地下水等三维模型信息，这三类地上下三维模型信息进行统一管理，包括模型的导入、模型属性信息的维护和模型删除等操作。

（2）地图数据管理

地图数据是指带有空间位置的地理数据，包括实地测量的坐标数据，ArcGIS 生产的SHP 数据、Layer 圖层数据和MAD 地图文档等数据，AutoCAD 生产的DWG、DXF 等矢量数据，正射影像、DEM 图像等栅格数据，基于WMS 的在线地图等，将以上所有的地图数据进行网格化管理，方便日后数据的更新和维护。

（3）文档资料管理

将收集或者生产的工程报告、报表、剖面图、平面图、基岩地质图、地质构造分布图、岩土工程勘察技术报告、水文地质调查报告等文档资料，进行整合，按一定规则排序，将文档资料的生产日期、入库日期、文档数据量的大小、格式、保密等级、存放路径等统一的属性信息，保存至数据库，并可以对其进行新增、编辑、更新、删除等操作。

2 地下空间数据信息服务平台

2.1地质钻孔

（1）地质钻孔在天地图在线地图上的空间分布。根据地质钻孔的空间信息，将地质钻孔绘制到天地图在线地图上，使钻孔的空间分布一目了然。

（2）地质钻孔信息介绍。点击在地图上展示的钻孔，查看钻孔详细信息。

（3）工程地质钻孔检索与定位。可根据工程名称、工程编号检索相关钻孔，并将钻孔定位到地图上。

（4）动态生成兴趣区域的工程报告。在地图动态框选出感兴趣的区域，便可生成该区域的工程报告。

2.2三维地质

在线加载三维地质体BIM 模型、倾斜OSGB 模型，建筑物FBX、3DS常用类型模型等，三维实体模型的放大、缩小、漫游、刷新、量测、剖面等操作。

（1）工程地质结构模型介绍。详细介绍沈阳市工程地质的特征、钻孔数目、研究地层深度等详细信息。

（2）重点区域模型演示。可以观看高铁站、飞机场等重点区域三维地质模型的视频演示。

（3）地质结构模型及特殊建筑物模型信息预览及下载。选择模型后，可以查看该模型的详细信息，有一定权限的话可以对其进行下载。

2.3地质图库

将地下空间数据分析管理平台生成的基岩地质图、地质构造图、工程剖面图、钻孔柱状图等发布成服务，列表展示在网页上，用户可以查看其概略图、服务类型及更新日期，有权限的用户才能打开该地质图进行查看。

2.4资料库

将收集到的无序的地下空间数据档案资料，进行整合归类，整理成规则有序的档案，对于公益性的、不涉密的档案，免费提供给民众阅读下载，对于用户定制的或者机密性的档案材料，需要一定的权限或者费用才能下载使用。

3 结语

本系统综合运用数据库、3DGIS、互联网、可视化等技术，为地下空间数据相关行业开发形成了一套完整高效的可视化管理与服务的系统，改变了传统的工作模式，优化了工作流程，降低了劳动强度，提高了工作效率。基本完成了沈阳市地下空间数据库的建设，和地下空间数据的可视化管理及信息分发服务系统的建设，为政府城市规划、基础设施建设、环境治理等决策分析提供了基于网络化、可视化、智能化的地下空间信息管理与服务的平台，并已在沈阳城市建设中投入使用，并发挥着重要作用。

参考文献：

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[3]贾佳佳，贾超，韩建江，黄丙湖.菏泽市城市地质信息管理与服务系统分析[J].水科学与工程技术，2017（05）：57-60.

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[5]姜波，陈祥葱.基于GIS的城市地下空间管理系统建设探索[J].測绘与空间地理信息，2013，36（07）：67-69+74.

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