城市地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)與解決方案_吳沖龍

1、城市地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)與解決方案吳沖龍1,牛瑞卿1,劉剛1,孔春芳1,雷世泰2,劉丕德2(1.中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北武漢430074;2.坤迪軟件技術(shù)開發(fā)公司,北京100037摘要:城市地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)的基本功能目標(biāo)是:支持多源異構(gòu)地質(zhì)空間數(shù)據(jù)的存儲、管理、提取、傳輸與交叉訪問,實(shí)現(xiàn)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)與關(guān)系的表達(dá)、分析和過程的三維可視化,支持政府決策并開展相關(guān)領(lǐng)域的信息社會化服務(wù)。為此,應(yīng)當(dāng)將其納入“數(shù)字國土”和“數(shù)字城市”工程的統(tǒng)一規(guī)劃中去,一方面借鑒地礦點(diǎn)源信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與方法,研發(fā)并建造主題式的“城市國土資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺”,以及相關(guān)的決策支持系統(tǒng)和服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng);另一方面運(yùn)用“多S”

2、集成技術(shù)、聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、三維可視化技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),整合各種已有的和新建的多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫、圖形庫、知識庫、方法庫、模型庫和管理系統(tǒng)、決策系統(tǒng)。在具體設(shè)計(jì)時,可以將客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S結(jié)構(gòu)與瀏覽器/服務(wù)器(B/S結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,并按市(局縣(區(qū)、分局兩級聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架進(jìn)行設(shè)置。關(guān)鍵詞:城市地質(zhì)信息系統(tǒng);“數(shù)字城市”;城市規(guī)劃;國土資源管理;資源開發(fā)利用中圖分類號:TP311.138文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1000-7849(200303-0067-06¹“數(shù)字城市”(digitel city或稱數(shù)碼城市(cyber city,是“數(shù)字地球”1,2的一個重要節(jié)點(diǎn),是城市

3、基礎(chǔ)地理信息和其它城市信息結(jié)合并存儲于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的、能供遠(yuǎn)程用戶訪問的一個新的虛擬城市空間3,4。通過“數(shù)字城市”能使城市地理、資源、環(huán)境、生態(tài)、人口、經(jīng)濟(jì)和社會等復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和可視化,從而使城市規(guī)劃的效率更高,表現(xiàn)手法更豐富,信息量更多,大大提高城市建設(shè)的時效性和管理的有效性,促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展5,6。我國從1999年開始進(jìn)行“數(shù)字城市”的研究試驗(yàn)工作。在當(dāng)前方興未艾的“數(shù)字城市”工程中,有一個容易被忽略的方面,就是對城市地質(zhì)信息的管理、處理和應(yīng)用。其中包含著整個城市的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水資源和礦產(chǎn)資源的規(guī)劃與管理信息,以及各種地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測、評價和防治的信息。從總體上看,

4、我國幾乎所有城市的地質(zhì)條件都十分復(fù)雜。有一些大城市坐落在厚層的軟弱沉積物、古流沙體之上,或者坐落在溶洞群、陰河網(wǎng)絡(luò)和礦山之上,由于抽取地下水或礦石采空而造成地面不均衡塌陷,嚴(yán)重破壞了建筑物、交通設(shè)施和防洪能力,阻礙了城市規(guī)劃與建設(shè);有一些大城市坐落于山區(qū)或者位于地震區(qū),建筑物和居民們時刻處于滑坡災(zāi)害或地震災(zāi)害的威脅之中。此外,為了擴(kuò)大城市空間的利用率,許多大城市都開始了大型地下工程建設(shè),諸如地下商場、地下鐵路、地下倉庫、地下旅館等工程,總面積往往超過幾千萬平方米。然而,由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一些地下工程的選址、施工與維護(hù)均存在著隱患。為了消除隱患,避免危險發(fā)生,在進(jìn)行城市規(guī)劃建設(shè)前,進(jìn)行城市工程地

5、質(zhì)調(diào)查和地基安全性咨詢是十分必要的711。同時,城市的地下水資源和礦產(chǎn)資源的儲藏量是有限的,要合理地開發(fā)利用它們,也應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)管理和動態(tài)監(jiān)控。市政府機(jī)構(gòu)中的許多部門,如城建局、地震局、地礦局、農(nóng)業(yè)局和水利局的日常工作,都全部或部分地與這些信息的采集、管理、處理和應(yīng)用有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)代城市管理經(jīng)驗(yàn),必須建造一個信息齊備、功能完善的城市地質(zhì)信息系統(tǒng),并提供一些得心應(yīng)手的三維可視化分析、設(shè)計(jì)工具,才能有效地支持政府部門的決策與管理,并開展社會化服務(wù)。1城市地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀和對策解放以來,我國各城市都開展過大量的城建工程、地下工程、地下水資源和礦產(chǎn)資源的勘查,積累了海量的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)與資源數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)

6、具有多來源、多類別、多數(shù)量、多維數(shù)和多主題的顯著特征。近年來,一些政府部門也分別根據(jù)各自的工作需要建立了點(diǎn)源數(shù)據(jù)庫。但由于未作統(tǒng)一的系統(tǒng)分析,第22卷第3期2003年9月地質(zhì)科技情報(bào)Geolo gical Science and T echnology Inform ationVol.22No.3Sep.2003¹收稿日期:2002-10-15編輯:曲梅蘭基金項(xiàng)目:建設(shè)部“數(shù)字城市”試點(diǎn)科研項(xiàng)目“數(shù)字邯鄲”作者簡介:吳沖龍(1945,男,教授,主要從事地學(xué)信息科技和礦產(chǎn)資源普查與勘探方面的教學(xué)和科研工作。也缺乏整體規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)化,所建立的點(diǎn)源數(shù)據(jù)庫通常只適應(yīng)于某一特定服務(wù)項(xiàng)目。按照國際

7、上的數(shù)據(jù)環(huán)境分類12,基本上屬于應(yīng)用型數(shù)據(jù)庫范疇。這類數(shù)據(jù)庫的建設(shè)方式是簡單地利用現(xiàn)成的商業(yè)化軟件(數(shù)據(jù)庫或GIS來裝載數(shù)據(jù),很少做高層次的再開發(fā),其顯著特點(diǎn)是:¹以功能處理為核心,以功能軟件為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)依據(jù)是某個勘查單位或研究、設(shè)計(jì)單位的當(dāng)前需求為了編制某些專用圖件、解決某些專門問題、實(shí)現(xiàn)某些功能處理或分析某些工程地質(zhì)條件;º缺乏統(tǒng)一的概念模型、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)代碼,缺乏統(tǒng)一的硬件和軟件平臺及接口,各單位分散開發(fā),各行其是;»其數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、整理、歸檔和建庫是按項(xiàng)目要求進(jìn)行的,運(yùn)行環(huán)境大多數(shù)為單機(jī),數(shù)據(jù)庫的整合性差、利用率低。照此發(fā)展下去,這些數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將

8、會成為一系列的“信息孤島”,信息既不完整又冗余,許多數(shù)據(jù)資料被重復(fù)存貯和加工,無法實(shí)現(xiàn)交叉訪問,也不能支持未來的再開發(fā)和再提高,難以滿足迅速增長的信息處理要求,更難以被納入到城域網(wǎng)絡(luò)中去?？赡艿某雎肥菍⒊鞘械刭|(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)納入“數(shù)字國土”工程13和“數(shù)字城市”工程的統(tǒng)一規(guī)劃中去,一方面借鑒地礦點(diǎn)源信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與方法14,15,研發(fā)并建造主題式的“城市國土資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺”,以及相關(guān)的“國土資源綜合管理”、“城市建設(shè)地基管理”、“水資源利用動態(tài)管理”、“地礦資源管理”、“地礦資源開發(fā)利用管理”、“地震災(zāi)害精細(xì)區(qū)劃管理”等決策支持系統(tǒng)和服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng);另一方面運(yùn)用“多S ”集成技術(shù)、聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫

9、技術(shù)16、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、三維可視化技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將已有的和新建的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫、圖形庫、知識庫、方法庫、模型庫與管理系統(tǒng)、決策系統(tǒng)及用戶接口等集成在一起。在具體設(shè)計(jì)時,可以將客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S結(jié)構(gòu)與瀏覽器/服務(wù)器(B/S結(jié)構(gòu)結(jié)合起來17,便于多源數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式、直接數(shù)據(jù)訪問模式和數(shù)據(jù)互操作模式的實(shí)現(xiàn)。2建造城市地質(zhì)信息系統(tǒng)的功能目標(biāo)根據(jù)政府決策與社會化服務(wù)的有關(guān)需求,該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備如下基本功能:¹具有統(tǒng)一的概念模型、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)代碼和數(shù)據(jù)接口;º能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地礦數(shù)據(jù)庫與轄區(qū)內(nèi)分布式數(shù)據(jù)庫之間的信息傳輸及交叉訪問;»可進(jìn)行城市地下多源空間數(shù)據(jù)

10、的存儲、管理與提取(圖1;¼提供空間分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),支持復(fù)雜空間問題的決策研究;½能實(shí)現(xiàn)地下復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)與關(guān)系的表達(dá)、分析和過程的三維可視化(圖2;¾具有多種形式和多種格式的表格與圖形輸出功能;¿能動態(tài)管理和監(jiān)測國土資源、環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害;À可用于資源、環(huán)境、災(zāi)害的分析模擬、預(yù)測預(yù)警和規(guī)劃決策;Á有嚴(yán)密的隔離措施和高度的信息安全保密性能。在這樣虛擬的地下“數(shù)字城市”中,人們可以自由地對地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)、空間信息進(jìn)行瀏覽、查詢、檢索、分析和綜合。人們利用系統(tǒng)所提供的一整套國土資源綜合管理、評價、決策模型和城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)劃決策模型,可以多層

11、次、高質(zhì)量、高效率地獲得相關(guān)的信息服務(wù)及決策支持,從而實(shí)現(xiàn)城市國土資源管理與開發(fā)利用決策的科學(xué)化、智能化和高速化。它既可以輔助市政府履行加入世貿(mào)之后所承擔(dān)的社會職能,支撐市縣區(qū)三級政府的發(fā)展計(jì)劃委員會、 經(jīng)濟(jì)委圖1進(jìn)行城市地下多源空間數(shù)據(jù)的存儲、管理與提取的示例圖Fig .1M enm ory ,m anagement an d pick -up of un dergroun d m ultisource data of the city68地質(zhì)科技情報(bào)2003年 圖2三維數(shù)字地質(zhì)體的生成和復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)表達(dá)、分析的三維可視化Fig.2Gen eration of a th ree-dimens

12、ion geologic body and the visu alization of expres sion and analysis of complex geologic structu res員會、地礦局、地震局、城建局、農(nóng)業(yè)局和水利局等機(jī)構(gòu)的政務(wù)工作,還可以開展社會化的有償服務(wù),支持企事業(yè)單位開展礦產(chǎn)資源、水資源、交通、建筑等等行業(yè)的運(yùn)營和管理工作。3三維可視化城市地質(zhì)信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架圖為了整合已有的多源異構(gòu)數(shù)據(jù),以便于各類各級用戶的綜合查詢檢索,城市地質(zhì)信息系統(tǒng)總體上使用以多層C /S 結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)、C /S 與B /S 結(jié)合的設(shè)計(jì)方式。其中,應(yīng)用系統(tǒng)層、中間服務(wù)層

13、和數(shù)據(jù)庫層是最基本的三個層次18。其核心是一個數(shù)據(jù)齊備的公用基礎(chǔ)地礦數(shù)據(jù)平臺,圍繞該數(shù)據(jù)平臺應(yīng)開發(fā)并建造如下6個基于城域網(wǎng)和局域網(wǎng)環(huán)境的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng):“國土資源綜合管理信息系統(tǒng)”、“城市建設(shè)地基管理信息系統(tǒng)”、“水資源利用動態(tài)管理信息系統(tǒng)”、“地礦資源管理信息系統(tǒng)”、“地礦資源開發(fā)利用管理信息系統(tǒng)”和“地震災(zāi)害精細(xì)區(qū)劃管理信息系統(tǒng)”。各系統(tǒng)可與城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)平臺對接,并按市(局縣(區(qū)、分局兩級聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架設(shè)置(圖3。3.2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)的研發(fā)與建設(shè)遵循結(jié)構(gòu)功能一致性原則,其功能結(jié)構(gòu)如圖4 所示。圖3以多層C /S 結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)、C /S 與B/S 結(jié)合的城市地質(zhì)信息系統(tǒng)的總體框架Fig.3

14、Frame w ork of Urban Geological Information Sys tem based on multilayer fr ame of C/S an d coalescent C/S w ith B/S69第3期吳沖龍等:城市地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)與解決方案 圖4三維可視化城市地質(zhì)信息系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖Fig.4Function frame of Ur ban Geological Information S ystem4城市地質(zhì)信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程圖與數(shù)據(jù)流圖4.1系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理總流程圖城市地質(zhì)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺和各個應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)是一種在計(jì)算機(jī)硬件和軟件的支持下,

15、能夠高效率地對地質(zhì)礦產(chǎn)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、評價、存貯、維護(hù)、檢索、統(tǒng)計(jì)、分析、綜合、顯示、輸出、發(fā)送和應(yīng)用的綜合性技術(shù)系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的工作內(nèi)容與一般的地礦信息系統(tǒng)相似14,大致有以下6個方面:¹數(shù)據(jù)準(zhǔn)備;º數(shù)據(jù)錄入;»數(shù)據(jù)管理;¼數(shù)據(jù)檢索;½信息輸出;¾發(fā)送應(yīng)用。其工作流程如圖5所示。4.2城市地質(zhì)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖城市三維可視化地質(zhì)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流見圖6。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)框架與解決方案建立起來的城市地質(zhì)信息系統(tǒng),將能夠進(jìn)行地下多源空間數(shù)據(jù)的存儲、管理與提取,能實(shí)現(xiàn)地下復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)與關(guān)系的表達(dá)、分析和過程三維可視化;可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地礦數(shù)據(jù) 庫與

16、轄區(qū)內(nèi)分布式數(shù)據(jù)庫之間的信息傳輸及交叉訪圖5城市三維可視化地質(zhì)信息系統(tǒng)的工作流程圖Fig.5W ork flow chart of U rban Geological In form ation System70地質(zhì)科技情報(bào)2003年圖6城市三維可視化地質(zhì)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖Fig.6Data flow chart of Urban Geological Information S ys tem問,還能提供空間分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),支持城市規(guī)劃中復(fù)雜空間問題的決策研究,并對國土資源、環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行動態(tài)管理、監(jiān)測和預(yù)警。5結(jié)語綜上所述,城市地質(zhì)信息是城建規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警和資源合理利用

17、的依據(jù),因此,建設(shè)城市地質(zhì)信息系統(tǒng)勢在必行。城市地質(zhì)信息系統(tǒng)的基本功能目標(biāo)是:能進(jìn)行地下多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的存儲、管理、提取、傳輸與交叉訪問,實(shí)現(xiàn)地下空間結(jié)構(gòu)與關(guān)系的表達(dá)、分析和過程的三維可視化,支持政府決策并開展相關(guān)領(lǐng)域的信息社會化服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),應(yīng)將地下空間信息化納入“數(shù)字國土”工程和“數(shù)字城市”工程的統(tǒng)一規(guī)劃中去,一方面借鑒地礦點(diǎn)源信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與方法,研發(fā)并建造主題式的“城市國土資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺”,以及相關(guān)的決策支持系統(tǒng)和服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng);另一方面運(yùn)用“多S”集成技術(shù)、聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、三維可視化技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將新舊多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫、圖形庫、知識庫、方法庫、模

18、型庫與管理系統(tǒng)、決策系統(tǒng)等集成起來。在具體設(shè)計(jì)時,可以將C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,以便使多源數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模式、直接數(shù)據(jù)訪問模式和數(shù)據(jù)互操作模式得以實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)可按市(局縣(區(qū)、分局兩級聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架設(shè)置。參考文獻(xiàn):1Core A.T he digital Earth:Und ers tanding our piance in the21s t cen tu ryJ.T he Au stralian Sur v e y or,1998,43(2:89-91.2徐冠華,孫樞,陳運(yùn)泰,等.迎接數(shù)字地球的挑戰(zhàn)J.遙感學(xué)報(bào),1999,3(2:85-89.3李德仁.數(shù)碼城市概念、技術(shù)支撐及典型應(yīng)用J.數(shù)

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23、沖龍 , 汪新慶 . 分布式地礦點(diǎn)源信息系統(tǒng)的構(gòu)件化體 系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) J . 國土資源科技管理 , 2001, ( 6 : 41- 45. CONSTRUCTION AIM AND SOLUTION OF THE URBAN GEOLOGICAL INFORMATION SYSTEM WU Chong -long 1 , NIU Rui-qing 1 , L IU Gang 1 , KONG Chunf ang 1, LEI Shi-t ai2 , L IU P i-de 2 ( 1. F aculty of E art h Resources, China Univer si ty of Ge

24、osciences, W uhan H ubei 430074, China; 2. K undi Sof t w are T echnical Dev elop ment Comp any , Beij i ng 10037, China Abstract: T he const ruct ion o f urban geolog ical inf ormat ion system is essent ial f or cit y co nst ruct io n planning, enviro nm ent al prot ect ion, calamity m onit oring a

25、nd prew arning , and resour ces ex pl oitat ion. It s basic funct ional aims are: t o support t he st orag e, manag ement , picking-up, tr ansfer and int er sect ion visit ing of mult isource iso meric g eol ogy spat ial dat a; t o realize the ex pression and analy sis of undergr ound geolog ic st r

26、uct ures and relat ionships and t hree-dimension v isual izat ion of procedures; to suppo rt g overnment decision-making and to pro vide so cialized serv ice of info rmat ion in relat ed f ields. T her ef ore, it should be brought into t he unified planning of “ Dig ital Stat e L and and Resources ” and “ Digit al Cit y ” project . On t he one hand, it bo rrow s t he design t houg ht s and m et hods of geolog ical and mineral sour ces point -sour ce inf ormat ion syst em t o research and devel op a subject basic data platf orm of t he city st at e land and resources , and a relev