MapGIS技术研究再次突破创新大武水源地三维可视化信息系统项目成果达国际先进水平

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博山毓秀源泉好，泷水灵犀碧玉多。

淄博历史悠久，西邻济南，是齐国古都，自西周姜尚封齐，开创了"泱泱大风"的齐国文化。在这一片水秀山灵、文化底蕴最为醇厚的大地上，孕育了一批批历史名人。而今，淄博作为一座资源型城市，发展迅速，为全国首批产业转型升级示范区，城市的发展离不开对地下空间的拓展，也离不开对水资源的利用。

大武水源地，我国北方罕见的特大型地下水源地。亦是淄博市主要的城市供水水源地。由于历史原因，大武水源地上化工企业众多，多年来，水源地个别水井遭受了化工有机物污染，又由于大武水源地水文地质条件非常复杂，水井分布密集，有些水井水量水质差异较大，难以对地下水保护、污染防治、工业布局和水污染突发事件进行防控，为此，迫切通过一系列技术手段解决这些问题。而通过济南市城市轨道交通和保护泉水之间的解决方案的启示，大武水源地三维可视化信息系统的建设势在必行。

一、大武地严峻，协同共攻关

大武水源地是一个相对独立的水文地质单元，多年来地过量开采，导致在上世纪70年代初期泉水已经消失，加上水源周围之前有石化公司的不合理建设，造成水源地地面水环境异常严峻，地面污染或第四系土层污染分布广泛、成因复杂、成分多样、历时时间长，污染负荷重。

而在技术层面上的管理也存在着许多问题，一是地下水污染防治难度大，污染情况复杂，措施不得力，治理效果不明显；二是对水文地质条件的认识不够细致，不够准确，影响了水源地的保护管理工作；三是缺乏一个科学、综合、便捷、高效的业务管理平台。为此，淄博市水资办、山东省地质调查院联合中国地质大学、武汉中地数码科技有限公司为解决大武水源地地下水资源保护管理问题，共同研究，收集整理大武水源地历史研究资料，人员实地考察地势情况，通过数据库、应用系统和三维模型的建设，最终为大武水源地信息化平台的建设做好准备。

二、突破创新性技术，展现顶尖级成果

大武水源地三维可视化信息系统建设采用MapGIS 10为基础平台，是基于新一代面向服务的悬浮倒挂式体系架构的地质专业信息应用平台，采用灵活的搭建式开发技术和二三维一体化技术，实现了对多源异构的空间数据和非空间数据的集成管理和基于数据中心的二、三维一体化管理策略。基于交叉剖面的分区拼接交互建模、平面地质图和实际材料图的地质体自动建模、GPU与模板的多视点动态剖切技术、时间序列的四维动态分析技术、数值模拟的地下水四维模拟计算及动态预演技术等创新技术，最终完成了大武水源地地质结构模型的构建以及对地下水的数值模拟和模拟结果的直观，高效的展示。

2019年4月30日，“淄博大武水源地三维可视化信息系统”项目成果在淄博顺利通过了专家组的评审和鉴定。由中国工程院院士武强任评审组长,中国地质调查局、中国地科院、南京大学等8位专家教授组成的专家组一致认为，该项目成果总体达到国际先进水平，建议进一步扩大推广应用。

三、大武水源地三维可视化信息系统

以大武空间数据库为数据基础，面向系统管理员、地质专业人员、社会公众等，采用C/S与B/S相结合的架构，搭建三维可视化信息系统，中地数码一直遵循“以数据为中心，以业务需求为导向”的原则，同时基于大武水源地三维可视化信息平台建立三维地质结构模型，提供接口无缝集成地下水数值模拟数据模型，完成对基础地质、工程地质、区域地质、水文地质、环境地质等多专业、多源、海量、异构地质空间数据的一体化组织与管理及三维建模等工作。

数据查询与展示

将不同比例尺的地质调查区影像地质图地理底图、遥感影像等基础地理数据、地质图、等值线图、分区图、钻孔点位（工程地质、水文地质、环境地质、地下水污染）等各专业数据基于统一的地理空间框架展示，使得在地质调查过程中取得的地质资料得到了有效的管理和可视化。系统同时提供多种方便的查询方式和工具，支持多专业地质数据的快速多样化查询。

图二维数据显示与查询

地质图表生成与编辑

地质专题图表是对地质数据、地质现象直观表达的一种科学手段，地质图件是地质内容最基本的表示形式，是整个地质工作成果的基础，各种复杂的报表也是辅助专业人员从事研究的重要手段。系统支持地质钻孔柱状图、地质剖面图、地质图、各种等值线图自动生成等功能，采用一套基于模板定制的柱状图、剖面图、等值线图、统计图、地质专题图及各种评价结果图件等图表制作方法，在实现面向专业地质业务流程的同时，兼顾地质专业人员的成图习惯，尽量减少手动编辑的工作量。

图钻孔柱状图

图地质剖面图

图降雨量综合曲线图

图地下水开采量汇总统计图

三维地质模型构建

地质现象在本质上是三维的，需要借助三维地质建模和可视化，才可能更加直观地分析并解决真实的地质问题。三维地质模型的建立也是开展空间分析、地质解释、定量化数值模拟、资源评价开发、水资源环境勘查等地质应用的基础。项目中，以钻孔的分层、高程和坐标资料为主要依据，以交互式建模方式为主，自动建模方式为辅，进行三维可视化地质结构模型构建。断层模型能体现各断裂构造的产状，用连续面的方式表达，最终嵌入实体模型中；地下岩溶发育模型能够从钻孔中提取岩溶发育信息，以合适的方式表达地下岩溶发育特征，既可单独表达，也可嵌入透明化处理的实体模型中。

图断层模型

图三维岩溶模型

图大武水源地地质结构模型

三维可视化分析

三维模型建立好后，系统提供一整套实体剖切分析功能，如平面切割、隧道模拟与漫游、虚拟钻孔创建与输出等，可以更真实地了解地质模型内部的组织情况，并为地质人员提供基于三维模型的专业计算和分析。

图动态剖切效果

图虚拟孔开挖

视频多视图隧道漫游

地下水数值模拟对接与集成展示

系统支持地下水数值模拟数据模型的文件加载，集成地下水数值模拟数据模型，在行业内，首次实现了数值模拟模型与地质模型的融合展示。将数值模拟成果无缝集成到地质三维平台，实现了三维地下水流场、水位、污染物在地质模型内的模拟可视化，此外，通过深度对接，将传统数值模拟软件繁琐的操作进行了提取封装，结合实际应用场景，在本系统中可直接进行模拟参数设置与模拟计算，打通了地质软件与数值模拟软件的技术壁垒，取得了重大技术突破，对传统地质应用与数值模拟应用结合开创了新的发展方向。

视频地下水流、水位、污染物综合展示

在淄博市水资办、大武水管处的领导下，及项目各承担单位、技术支撑单位的共同努力下，中地数码历时两年，不负众望，高质量地完成了大武水源地三维可视化信息系统建设的各项工作任务，并在地质表达、数值模拟等方向取得了重大技术突破，并且在下一步，将继续扩大成果应用范围，在实际应用过程中不断进行系统的完善。

大武水源地这片钟灵毓秀的土地上，担负着国家特大型企业、国家骨干企业和近八十万人的生活用水，对淄博市的经济和社会发展起着举足轻重的作用。随着城市的发展和水源地管理工作的需要，必将对水源地信息化工作提出更高的要求，中地数码也通过本次项目的建设，一心一德，进一步提高自动建立三维模型的精度与准确度，进一步深入研究数值模拟技术在水源地实际工作中的运用，为水源地地下水开发利用，污染防治等提供科学化的有力支撑。

当前，信息系统技术的发展一日千里，各种新技术、新方法、新概念层出不穷，在今后相当长的一段时期内，水源地三维可视化系统软件还会保持快速发展的势头，必定产生更多的变革和发展。因此，我们唯一能做的，就是拥抱变革，并引领变革。

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