城市地质信息系统建设的目标与解决方案_吴冲龙

1、城市地质信息系统建设的目标与解决方案吴冲龙1,牛瑞卿1,刘刚1,孔春芳1,雷世泰2,刘丕德2(1.中国地质大学资源学院,湖北武汉430074;2.坤迪软件技术开发公司,北京100037摘要:城市地质信息系统建设的基本功能目标是:支持多源异构地质空间数据的存储、管理、提取、传输与交叉访问,实现地下地质结构与关系的表达、分析和过程的三维可视化,支持政府决策并开展相关领域的信息社会化服务。为此,应当将其纳入“数字国土”和“数字城市”工程的统一规划中去,一方面借鉴地矿点源信息系统的设计思路与方法,研发并建造主题式的“城市国土资源基础数据平台”,以及相关的决策支持系统和服务应用系统;另一方面运用“多S”

2、集成技术、联邦数据库技术、数据仓库技术、三维可视化技术和计算机网络技术,整合各种已有的和新建的多源异构的数据库、图形库、知识库、方法库、模型库和管理系统、决策系统。在具体设计时,可以将客户机/服务器(C/S结构与浏览器/服务器(B/S结构结合起来,并按市(局县(区、分局两级联网的构架进行设置。关键词:城市地质信息系统;“数字城市”;城市规划;国土资源管理;资源开发利用中图分类号:TP311.138文献标识码:A文章编号:1000-7849(200303-0067-06¹“数字城市”(digitel city或称数码城市(cyber city,是“数字地球”1,2的一个重要节点,是城市

3、基础地理信息和其它城市信息结合并存储于计算机网络上的、能供远程用户访问的一个新的虚拟城市空间3,4。通过“数字城市”能使城市地理、资源、环境、生态、人口、经济和社会等复杂系统数字化、信息化、网络化和可视化,从而使城市规划的效率更高,表现手法更丰富,信息量更多,大大提高城市建设的时效性和管理的有效性,促进城市的可持续发展5,6。我国从1999年开始进行“数字城市”的研究试验工作。在当前方兴未艾的“数字城市”工程中,有一个容易被忽略的方面,就是对城市地质信息的管理、处理和应用。其中包含着整个城市的地质结构、地下水资源和矿产资源的规划与管理信息,以及各种地质灾害的预测、评价和防治的信息。从总体上看,

4、我国几乎所有城市的地质条件都十分复杂。有一些大城市坐落在厚层的软弱沉积物、古流沙体之上,或者坐落在溶洞群、阴河网络和矿山之上,由于抽取地下水或矿石采空而造成地面不均衡塌陷,严重破坏了建筑物、交通设施和防洪能力,阻碍了城市规划与建设;有一些大城市坐落于山区或者位于地震区,建筑物和居民们时刻处于滑坡灾害或地震灾害的威胁之中。此外,为了扩大城市空间的利用率,许多大城市都开始了大型地下工程建设,诸如地下商场、地下铁路、地下仓库、地下旅馆等工程,总面积往往超过几千万平方米。然而,由于地质结构复杂,一些地下工程的选址、施工与维护均存在着隐患。为了消除隐患,避免危险发生,在进行城市规划建设前,进行城市工程地

5、质调查和地基安全性咨询是十分必要的711。同时,城市的地下水资源和矿产资源的储藏量是有限的,要合理地开发利用它们,也应当加强管理和动态监控。市政府机构中的许多部门,如城建局、地震局、地矿局、农业局和水利局的日常工作,都全部或部分地与这些信息的采集、管理、处理和应用有关。根据现代城市管理经验,必须建造一个信息齐备、功能完善的城市地质信息系统,并提供一些得心应手的三维可视化分析、设计工具,才能有效地支持政府部门的决策与管理,并开展社会化服务。1城市地质信息系统建设现状和对策解放以来,我国各城市都开展过大量的城建工程、地下工程、地下水资源和矿产资源的勘查,积累了海量的地下地质结构与资源数据。这些数据

6、具有多来源、多类别、多数量、多维数和多主题的显著特征。近年来,一些政府部门也分别根据各自的工作需要建立了点源数据库。但由于未作统一的系统分析,第22卷第3期2003年9月地质科技情报Geolo gical Science and T echnology Inform ationVol.22No.3Sep.2003¹收稿日期:2002-10-15编辑:曲梅兰基金项目:建设部“数字城市”试点科研项目“数字邯郸”作者简介:吴冲龙(1945,男,教授,主要从事地学信息科技和矿产资源普查与勘探方面的教学和科研工作。也缺乏整体规划和标准化,所建立的点源数据库通常只适应于某一特定服务项目。按照国际

7、上的数据环境分类12,基本上属于应用型数据库范畴。这类数据库的建设方式是简单地利用现成的商业化软件(数据库或GIS来装载数据,很少做高层次的再开发,其显著特点是:¹以功能处理为核心,以功能软件为基础,设计依据是某个勘查单位或研究、设计单位的当前需求为了编制某些专用图件、解决某些专门问题、实现某些功能处理或分析某些工程地质条件;º缺乏统一的概念模型、数据模型、数据标准和数据代码,缺乏统一的硬件和软件平台及接口,各单位分散开发,各行其是;»其数据的产生、整理、归档和建库是按项目要求进行的,运行环境大多数为单机,数据库的整合性差、利用率低。照此发展下去,这些数据库系统将

8、会成为一系列的“信息孤岛”,信息既不完整又冗余,许多数据资料被重复存贮和加工,无法实现交叉访问,也不能支持未来的再开发和再提高,难以满足迅速增长的信息处理要求,更难以被纳入到城域网络中去。可能的出路是将城市地质信息系统建设纳入“数字国土”工程13和“数字城市”工程的统一规划中去,一方面借鉴地矿点源信息系统的设计思路与方法14,15,研发并建造主题式的“城市国土资源基础数据平台”,以及相关的“国土资源综合管理”、“城市建设地基管理”、“水资源利用动态管理”、“地矿资源管理”、“地矿资源开发利用管理”、“地震灾害精细区划管理”等决策支持系统和服务应用系统;另一方面运用“多S ”集成技术、联邦数据库

9、技术16、数据仓库技术、三维可视化技术和计算机网络技术,将已有的和新建的多源异构数据库、图形库、知识库、方法库、模型库与管理系统、决策系统及用户接口等集成在一起。在具体设计时,可以将客户机/服务器(C/S结构与浏览器/服务器(B/S结构结合起来17,便于多源数据格式转换模式、直接数据访问模式和数据互操作模式的实现。2建造城市地质信息系统的功能目标根据政府决策与社会化服务的有关需求,该系统应当具备如下基本功能:¹具有统一的概念模型、数据模型、数据标准、数据代码和数据接口;º能实现基础地矿数据库与辖区内分布式数据库之间的信息传输及交叉访问;»可进行城市地下多源空间数据

10、的存储、管理与提取(图1;¼提供空间分析和数据挖掘技术,支持复杂空间问题的决策研究;½能实现地下复杂空间结构与关系的表达、分析和过程的三维可视化(图2;¾具有多种形式和多种格式的表格与图形输出功能;¿能动态管理和监测国土资源、环境及地质灾害;À可用于资源、环境、灾害的分析模拟、预测预警和规划决策;Á有严密的隔离措施和高度的信息安全保密性能。在这样虚拟的地下“数字城市”中,人们可以自由地对地下地质结构、空间信息进行浏览、查询、检索、分析和综合。人们利用系统所提供的一整套国土资源综合管理、评价、决策模型和城市经济建设规划决策模型,可以多层

11、次、高质量、高效率地获得相关的信息服务及决策支持,从而实现城市国土资源管理与开发利用决策的科学化、智能化和高速化。它既可以辅助市政府履行加入世贸之后所承担的社会职能,支撑市县区三级政府的发展计划委员会、 经济委图1进行城市地下多源空间数据的存储、管理与提取的示例图Fig .1M enm ory ,m anagement an d pick -up of un dergroun d m ultisource data of the city68地质科技情报2003年 图2三维数字地质体的生成和复杂地质结构表达、分析的三维可视化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员会、地矿局、地震局、城建局、农业局和水利局等机构的政务工作,还可以开展社会化的有偿服务,支持企事业单位开展矿产资源、水资源、交通、建筑等等行业的运营和管理工作。3三维可视化城市地质信息系统结构3.1系统总体结构框架图为了整合已有的多源异构数据,以便于各类各级用户的综合查询检索,城市地质信息系统总体上使用以多层C /S 结构为基础、C /S 与B /S 结合的设计方式。其中,应用系统层、中间服务层

13、和数据库层是最基本的三个层次18。其核心是一个数据齐备的公用基础地矿数据平台,围绕该数据平台应开发并建造如下6个基于城域网和局域网环境的应用服务系统:“国土资源综合管理信息系统”、“城市建设地基管理信息系统”、“水资源利用动态管理信息系统”、“地矿资源管理信息系统”、“地矿资源开发利用管理信息系统”和“地震灾害精细区划管理信息系统”。各系统可与城市基础地理数据平台对接,并按市(局县(区、分局两级联网的构架设置(图3。3.2系统功能结构图本系统的研发与建设遵循结构功能一致性原则,其功能结构如图4 所示。图3以多层C /S 结构为基础、C /S 与B/S 结合的城市地质信息系统的总体框架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期吴冲龙等:城市地质信息系统建设的目标与解决方案 图4三维可视化城市地质信息系统的功能结构图Fig.4Function frame of Ur ban Geological Information S ystem4城市地质信息系统的业务流程图与数据流图4.1系统业务处理总流程图城市地质信息系统的基础数据平台和各个应用服务子系统是一种在计算机硬件和软件的支持下,

15、能够高效率地对地质矿产原始数据进行收集、评价、存贮、维护、检索、统计、分析、综合、显示、输出、发送和应用的综合性技术系统。整个系统的工作内容与一般的地矿信息系统相似14,大致有以下6个方面:¹数据准备;º数据录入;»数据管理;¼数据检索;½信息输出;¾发送应用。其工作流程如图5所示。4.2城市地质信息系统数据流图城市三维可视化地质信息系统的数据流见图6。根据上述结构框架与解决方案建立起来的城市地质信息系统,将能够进行地下多源空间数据的存储、管理与提取,能实现地下复杂空间结构与关系的表达、分析和过程三维可视化;可以实现基础地矿数据 库与

16、辖区内分布式数据库之间的信息传输及交叉访图5城市三维可视化地质信息系统的工作流程图Fig.5W ork flow chart of U rban Geological In form ation System70地质科技情报2003年图6城市三维可视化地质信息系统的数据流图Fig.6Data flow chart of Urban Geological Information S ys tem问,还能提供空间分析和数据挖掘技术,支持城市规划中复杂空间问题的决策研究,并对国土资源、环境及地质灾害进行动态管理、监测和预警。5结语综上所述,城市地质信息是城建规划、环境保护、灾害监测预警和资源合理利用

17、的依据,因此,建设城市地质信息系统势在必行。城市地质信息系统的基本功能目标是:能进行地下多源异构空间数据的存储、管理、提取、传输与交叉访问,实现地下空间结构与关系的表达、分析和过程的三维可视化,支持政府决策并开展相关领域的信息社会化服务。为了实现上述目标,应将地下空间信息化纳入“数字国土”工程和“数字城市”工程的统一规划中去,一方面借鉴地矿点源信息系统的设计思路与方法,研发并建造主题式的“城市国土资源基础数据平台”,以及相关的决策支持系统和服务应用系统;另一方面运用“多S”集成技术、联邦数据库技术、数据仓库技术、三维可视化技术和计算机网络技术,将新旧多源异构的数据库、图形库、知识库、方法库、模

18、型库与管理系统、决策系统等集成起来。在具体设计时,可以将C/S结构与B/S结构结合起来,以便使多源数据格式转换模式、直接数据访问模式和数据互操作模式得以实现。该系统可按市(局县(区、分局两级联网的构架设置。参考文献: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徐冠华,孙枢,陈运泰,等.迎接数字地球的挑战J.遥感学报,1999,3(2:85-89.3李德仁.数码城市概念、技术支撑及典型应用J.数

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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