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“透明地下雄安”地质信息平台建设框架研究

发布日期:2018-01-19 发表者:屈红刚 浏览次数:352次

        概况

       由中国地质科学院水文地质环境地质研究所、中国地质调查局发展研究中心及中国地质环境监测院联合承担的“透明地下雄安”地质信息平台建设项目,周期从2017—2020年,计划开展雄安新区地质大数据中心建设,汇聚物联网动态监测数据,建立三维可视化地质模型,打造“地下透明雄安”数字平台,实现地质信息共享和资源环境承载力监测预警,为城市规划建设运行管理全过程提供支撑服务。针对地下不同的层面开展相应的工作,不同深度建设不同尺度的模型,水平方向上,根据重点程度不同,所建模型尺度也不同,在每一个尺度还要考虑精度,达到多尺度、高精度的结合,建设信息平台。


       城市地质信息化与存在问题

       目前国际地质调查信息化发展应用新态势:1)在线地质信息共享开发是普遍关注的优先发展主题。利用服务聚合的方式,可以做更多深入应用;2)向“集成、融合、协同”发展成为显著的时代特征;3)“由数据服务向信息服务,进而向知识服务”成为重要发展方向;4)更加突出“以‘客户’为中心,由被动服务向主动服务”的发展理念;5)向“全面共享”发展。

       而在国内,总结有以下几点:1)2005-2010,六个试点城市,及其他示范城市。(迅速发展期:信息平台快速发展,国产三维地质建模技术突破性发展);2)2011-2015,城市群,更多城市参与。(巩固期:信息平台与技术推广);3)2016至今,多要素城市地质调查。(全新时期/瓶颈期:信息平台发展面临巨大机遇和挑战)。

       所以当前,要着力解决城市地质信息系统应用中造成没有达到预期的关键问题:1)“无米之炊”:服务源不足:汇交、共享机制不健全;2)“不解渴”:部分数据调查精度不高,三维模型精度不高,仅能用于宏观规划,仅能“查看”;3)“没能力”:缺少能够处理大区域、高精度三维模型的软件,及其基础设施;4)“不掌握实时情况”:动态监测数据少,而且没能一体化集成、实时应用服务;5)“不好用”:服务方式单一,产品缺乏针对性,专业性太强,主动服务、拓展服务意识不强。

       城市地质化存在的问题及解决方案,也要在雄安新区建设中重点注意。


       平台框架

       雄安地质信息平台的设计理念,在创新上,要保证思路(理念)创新:需求拉动,技术推动;同时机制创新:汇交,融入主流程,工作平台;还要确保技术创新:云计算、大数据、人工智能、物联网、对地观测、虚拟现实……

       平台的技术定位:1)网络化:全网络环境(5G),云计算架构;2)可视化(立体化):二三维一体化、地下地上一体化、结构模型属性模型一体化、3D/4D(真三维、四维),海量,真实感;3)感知化:基于物联网的深度感知,“体征”动态监测和预警;4)智能化(智慧化):智能分析,基于新型人工智能等。

       平台的开放性上,把各种建模软件及各种可视化平台的优势都利用、发挥起来。

       平台设计指导思想:坚持需求导向、坚持理念与技术领先、坚持工程化实施、坚持开放式建设。

       平台设计基本原则:1)定位:雄安地质资料管理部门;2)运行:政府信息网;3)维护:建立动态更新机制;4)支撑:全过程三维可视化支撑。

       平台设计总体框架,概括为:一大中心,两大系统(图1)。


 

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       其中的透明雄安可视化系统,可以理解为实现地质结构、构筑物、地下管线模型的一体化集成管理与可视化,提供地下空间开发利用的辅助决策分析,对信息平台运行的全过程提供可视化支撑,包括主题你应用可视化支撑(地质三维基础平台)、三维模型集成管理与可视化展示系统、地下空间开发利用辅助决策系统(碰撞分析)。

       在平台的建设中,也在探索一种新的三维建模方式——矢栅一体化三维地质结构模型。矢量模型用来建立三维地质结构框架,栅格模型用来建立框架内的高精度模型,可用多尺度模型表示。

       在三维模型集成整合中,地调局目前研究出了三维交换标准及原始软件格式,汇交的时候汇交两种软件,一种是原始的,即用什么软件建模的,另一种是符合标准格式的,这样两种都做提交,再进行管理及应用,解决了模型的一体化集成问题。

       对于三维可视化系统的集成研发,难度很大,因为系统比较多,希望能够做一个中间件,可视化引擎,把各个系统都调用起来,最终是基于图像的融合,还是去调各个软件的接口,能够基于数据的调度集成,目前还在探索中。

       而地下地上一体化,需要海量数据操作:水平分块、垂向多分辨率(LOD模型),空间索引、多线程、GPU硬件加速等技术。

       目前大家较为关心的大数据分析挖掘,目的获取雄安所有采集的地球地质数据,甚至于地球科学的数据,这样对于大数据的挖掘,可能会发现一些之前不可知的规律。所做的探索性工作主要有两方面,一项是构建这个领域的知识库,另一项是一些新型人工智能算法,其中前者是难点,也是重点工作。

(作者单位:中国地质调查局发展研究中心