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城市地质调查及信息化建设——城市可持续发展的先行者

发布日期:2017-02-16 发表者:gly 浏览次数:348次
     据显示,中等发达水平国家和地区的城镇化率约为85%,西方发达国家的城市化率都在95%左右,美国高达97%。截至2015年,我国城镇化率达到56.1%,城镇常住人口达到了7.7亿,虽然城镇化水准偏低,但城市和城市聚集带的数量居世界第一位。随着经济的稳步提升,我国城市化的进程也必然加快。
      地质环境对水土资源的匹配和生态环境的优化具有控制意义。城市的发展既与社会发展相适应,而且在很大程度上影响社会的发展与稳定,而城市的兴衰、发展与建设都和城市的地质环境密切相关。所以,城市地质工作特别是城市地质调查工作是保障城市的环境安全和可持续发展的重要前提。
    “传统的城市地质工作模式,由于信息化程度低,更多的是强调专家的知识经验,数据的利用率和城市地质知识的普及率都非常低;而新的以数据库、可视化和信息共享为主要特点的城市地质工作信息化的模式,借助信息系统搭建起城市地质工作全过程信息化的平台,强调城市地质信息的通俗化、实用性、公开性和社会价值的转换。”中国地质调查局水环部林良俊副处长这样说,在知识经济时代,用信息技术来改变传统城市地质工作模式,这是城市地质工作的必然趋势。

      城市地质调查奠基城市建设
      城市地质是一门关于在城市及周边地区或潜在的城市化地区的特定空间范围内,综合考虑各种地质要素,研究其对城市发展所提供的资源、所施加的约束条件以及城市发展对各种地质要素所产生的影响,为城市规划、调查和管理服务的学科。其核心是研究地质条件对城市发展的制约以及城市发展对地质环境的影响,主要研究内容包括工程地质条件、水文地质条件、地质环境条件、地球化学场分布规律以及城市地质工作有关的理论、技术方法、政策、法规等方面的研究。
      近年来,中国城市建设发展迅速,现有城市数量661个,其中100万以上人口城市已达142个,500万~1000万人口的城市有10个,1000万人口以上城市有6个。
      随着城市人口迅速膨胀,城建规模不断扩大,城市处于人类活动的中心区位,除对粮食、水、建筑、材料以及能源的需求日益增大外,人类活动对地质环境的作用日益强烈,地质环境对城市的发展和影响的作用与日俱增。大小城市都或多或少面临着城市环境恶化、土地规划不合理、地下水资源短缺和污染,自然营力作用和不合理的人类活动使城市地质灾害频发,所以系统地开展城市地质工作对保障和促进我国城市的建设和发展具有重要的意义。
      中国与世界上的发达国家相比,城市地质工作起步较晚,但发展较快。1984—1985年在全国30多个中心城市开展1:5万区域地质调查工作。1989年在100余座城市开展了为城市规划建设和管理服务的综合勘察、地质论证、供水勘察、工程地质及环境地质勘查等方面的城市地质工作。1999年我国开始的国土资源大调查将城市地质调查列为一项重要任务,2010年之后,城市地质调查工作纳入重要经济区和城市群的地质环境调查工作中统筹考虑。           2004年中国地质调查局组织开展了全国287个地级以上城市和19个地州盟所在地县级城市(共计306个城市)的摸底调查,查明了存在的主要地质问题及其危害和损失,并提出相关对策建议,为我国城市地质环境管理提供了决策参考。
      据林良俊副处长介绍,2015年,我国城市地质工作成果颇丰。京津冀核心功能区、北京新机场规划区、北京副中心规划区等重点地区环境地质调查工作的推进,为规划建设提供了支撑服务;在东部部分省份开展不同层次的城市地质调查,有效服务新型城镇化建设;全面完成了全国336个地级以上城市浅层地温能调查评价。
      同时,地质调查信息化工作有了很大发展,以GIS技术为主的信息技术在地质调查工作中得到广泛应用,成效显著。地质调查主流程信息化的不断深入,正在显著改变传统的城市地质调查工作方式:地质调查信息化标准体系的形成和不断完善,为城市地质调查信息化工作的开展奠定了基础;网络互联不断延伸,为地质调查信息的信息共享提供了条件;基于互联网的信息服务体系的加速发展,深化了地质信息的应用服务,让地质信息更迅速、更精确、更高效地服务于城市管理、建设的方方面面。

      国产GIS软件支撑城市地质调查
      总的来说,城市地质调查的目的是为城市规划、建设和管理提供指导和依据。而城市地质信息化建设的目的则是,改变传统的地质调查方式、提高工作效率和数据的可持续利用性、深化对数据的挖掘工作,及时为城市规划、建设与管理提供地学参考。
       以往的城市地质工作信息化水平低,缺乏为城市规划建设服务的快速响应机制,相较于城市化进程,地质调查的成果在内容和形式上与应用的结合不甚紧密、实用性较差,难以为城市规划、建设和管理提供有效的服务。
      在这点上林良俊作为地质工作者深有体会:“在城市特别是城市中心区域,建筑密集,人流车流复杂,地质调查工作开展困难。在市区有的地方不允许钻孔,有时候打了很多钻孔,但不均匀,做城市物探又会受到汽车等的干扰。这使得城市地质详情,特别是地下的地质情况,很难被获得。而即使是得到城市的地质数据,也往往因为数据的资料分散、种类各异、精度不同,使得数据的重复利用率很低,往往一次应用后就被束之高阁,再用再测,既不方便,也很不经济。”
      城市地质调查工作的现代化亟需城市地质调查工作信息化的推动和促进。当然,和发达国家相比,我国城市地质信息化工作启动较晚,建立城市地质空间数据库和信息系统的工作刚刚起步,地质资料标准化程度也亟待提高。
      近几年来,随着我国东部各大主要城市如北京、天津、上海、广州、杭州、南京等城市经济实力大大增强,进入了大规模城市重新规划改造的新时期,并开展了城市地质试点工作。国内也已开始利用现代信息技术手段,建设城市地质空间数据库和地理信息系统,实现城市地质数字化、信息三维可视化和服务网络化,及时满足城市建设和发展对地学信息的需求。
      目前,我国在城市地质调查工作中已实现了数据采集、数据管理、综合评价、成果编制、社会化服务等城市地质调查等的主流程信息化。特别是我国自主研发的一套集成GIS、遥感、卫星导航定位、地质三维罗盘等技术的数字城市地质调查系统,运用该系统实现了野外数据采集、数据整理、综合分析到成果输出的全过程的数字化,极大地提高了调查研究精度和效率,丰富了成果表现形式。其中,上海、广州、苏州城市地质信息系统均获得了我国地理信息工程建设领域的最高奖项——中国地理信息优秀工程金奖。
      基于各个城市地质调查项目建立的三维城市地质管理与服务系统,可以实现历史以来的地质、水工环、物化探、钻探等海量数据的一体化管理,具备强大的空间分析处理,大数据快速建模,仿真模拟等功能,为城市地质研究、规划管理、大众服务搭建了一体化的信息平台,取得了显著的社会效益、经济效益和生态效益。
      在城市地质调查的信息化建设中,GIS软件的应用发挥着重要作用,可以管理空间地学信息与各种资料,建立相应的地学信息数据库,进而建立城市三维地质模型,按照各种应用需求进行分析、研判、展示等。
      目前我国城市地质调查项目大部分采用国产GIS软件,基于国产GIS平台研发的城市地质信息管理与服务系统,为城市的可持续发展提供了良好的服务。例如在福建城市地质信息化建设当中,由中地数码以MapGIS平台为基础研发并建设的福建省城市地质三维信息系统创新性地采用了“1+N”的模式,即一个通用系统——福建省城市地质三维信息通用系统,再加上各市县的定制功能开发,该模式为福建省城市地质信息化建设工作提供了有力的技术支撑。
     “‘1+N’的系统建设模式值得在行业内大力推广,这种模式在保证了系统通用性的基础上,兼顾地方的特色需要,还考虑到地方经济能力,不一味‘大操大办’,在GIS及地质领域具有很好借鉴意义。”林良俊说,并希望国产的GIS软件能够紧跟信息技术发展潮流,为用户提供更加稳定、功能强大、性能出众、实用专业的信息化产品。
      国产GIS软件经过20多年的发展,无论是在基础平台开发还是专业系统的应用层面均取得了长足的进步。特别是在诸如地质、矿产等技术要求专业、复杂的领域,国产GIS软件在一些关键技术方面与国外的主流软件相比并不逊色,甚至能有所超越,并且取得了较好的应用效果。而且通过一批城市地质调查试点,以及一些城市地质信息化建设工作,也极大促进了国产GIS软件技术的发展。

      大数据观念助力城市地质调查
      地质调查多年来所积累的资料信息,是名副其实的“大数据”,面对海量数据,如何根据社会需求提取最有价值的信息,成为大数据时代地矿系统的聚焦点。从“大地质观、大资源观、大生态观”的角度看,城市建设、资源利用、保护环境等形成的城市地质信息体系需要在大数据背景下传承,地质数据搜集、采集、处理、建模,也需通过大数据技术来处理和研判。
      大数据驱动下,对人类生存、对每个人的生活都会发生作用。大数据不仅是资源,还是巨大的财富。所以,在大数据背景下的城市地质调查既是城市发展的需要,也是行业发展的方向。
      地质调查工作是获取地质大数据的主要途径。随着地质调查信息化水平的提高,地质大数据时代到来的步伐不断加快。如今,地质工作正在全流程信息化,地质调查手段日趋数字化、智能化,从地面观察到“天地一体”,从2D到3D再到4D;外业调查时使用的智能电子手薄,能够集文字、照片、音频、视频、电子罗盘和信手剖面为一体;地质资料的服务形式也不断丰富和现代化,包括目录服务、地图服务、文档浏览、数据下载等。
     “地质领域大数据的海量数据使其先天具有‘大’的特征。不过大数据技术的意义不仅在于掌握规模庞大的数据信息,更在于对这些数据进行智能处理,从中分析和挖掘出有价值的结构化信息。”林良俊更进一步地解释道:“也就是说,数据的收集、管理并不是地质调查的目的,而如何对数据进行深度挖掘,并将成果应用以辅助实战才是其终极目的。”
      地质以及地理信息领域的数据收集、管理和运用是借助于地理信息技术实现的。地理信息技术的应用很有特点,一方面需要GIS软件技术,另一方面需要空间数据,而空间数据包括地图数据,也包括可借助地图表达的行业专题数据。而我们常用的互联网地图的功能实际是GIS功能中很基础的一小部分,GIS更大强项在于空间分析。商业领域的大数据是数据、信息、知识、财富、服务、再数据,从数据到财富是一个过程复杂的完整数据链。而地理信息及地质领域的大数据除了在挖掘手段上的不尽然相同之外,也是一个实现数据精深及数据应用的无穷循环。
      如今地质大数据在城市建设和城市安全保障中起着重要的作用。例如在城市安全保障方面,地质大数据对于城市环境和防灾减灾工作十分重要。利用地质基础数据能够进行选址适宜分析、地下空间分析等,动态监测数据提供了自然变化和人为工程对地质环境影响的监测结果,模拟分析数据可以客观模拟灾害发生时的情景,预警案例数据则可以为防灾减灾预警工作提供数据支撑。在城市规划建设方面,将利用地质大数据建立的三维模型应用于城市规划、国土资源管理、房屋管理等方面,大大提升了城市管理和服务能力。除了用于诸如上述的城市规划、建设、安全等方面,地质大数据还将在面相未来的高精度卫星定位导航、“智能城市”、“玻璃地球”等建设中起到举足轻重的作用。
      随着地质调查工作的开展和不断深入,地质信息化水平的提高,地质大数据时代到来的步伐不断加快,地质大数据应用也将会有更加广阔的前景。

      城市地质调查及信息化工作任重而道远
      地质调查技术、GIS技术、大数据技术等技术的发展与进步正在推动城市地质调查以及城市地质信息化建设的发展,但是我们也应意识到当前的城市地质调查工作和城市地质信息化建设的成果仍然难以满足城市化进程的需要这一现状。
       近几年,我国的现代化建设取得了巨大的成就,城市化进程不断加快、城市规模不断扩大、城市人口迅速增加,并且城市的发展正在逐渐摆脱单纯的扩张模式,而走上可持续发展的道路。城市的规划、建设、管理等工作是建立在对综合立体的城市地质调查基础上的,而总体来说,我国现有的城市地质工作,又明显落后于城市发展需要。
       首先在城市地质工作中,对城市建设发展中需求了解不够,存在一定程度的脱节现象。城市地质工作提交的仍以纯地质内容的成果为主,在内容、形式上难以为城市长期规划、城市建设管理提供有效的服务。
       其次,城市地质工作多偏重地表工作,对地下空间利用所需的深部地质工作重视不够,或者因为地下空间探测的难度较大,使得难以为城市地下空间开发利用提供足够的支持。
       再次,城市地质工作总体上仍以单学科纵向深入,难以很好解决城市建设中面临的某一地质问题为主,尚未上升到开展综合的城市地质调查、为区域整体开发和决策服务的层次。因此,不能满足城市快速发展、人口急剧膨胀而导致的城市规划建设形势的要求。
      最后,有一些不同专业的地质资料,但缺乏系统性,且都零散地分散在不同部门、不同单位中,难以满足城市和社会发展的需要。以往由于城市经济能力不足,城市规划改造需求疲软、城市规划决策者对城市可持续发展认识不足、城市地质工作成果多被束之高阁。并且相当多的数据资料在精度和质量方面难以保证有效地服务于城市建设的要求。
      在今后的城市地质调查工作中一定要充分了解城市发展的独特需求,大力加强对城市地质调查技术研究和革新,加强与综合遥感、测绘、全球定位导航等诸多学科的结合,开展系统的城市地质调查。同时,要把城市地质的信息化作为城市地质调查工作的核心内容,加强与城建市政部门、环保部门、水利部门、农业部门、交通部门、航运部门、电力部门、规划部门、地震部门、财政部门等联系沟通,建设一系列针对城市发展不同需求的数据库及分析、管理系统,切切实实为城市的规划、建设、管理提供决策支撑。
      城市地质工作的发展趋势,一是工作区域已不局限于单个城市,而是扩大到城市群和潜在的城市化地区;二是工作深度、服务应用领域不断拓展;三是城市地质与城市规划管理结合越来越紧密;四是城市地质灾害监测和预警愈发重要;五是调查、监测和测试等方法技术会不断革新;六是信息化、标准化程度越来越高。
       城市地质调查及信息化工作任重而道远。