發(fā)布時間：2014-12-24 09:56

 

【摘要】 隨著北京城市建設(shè)迅猛發(fā)展北京市城市地質(zhì)安全問題日益凸顯，城市地質(zhì)安全問題給社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展及人民生命財產(chǎn)造成了不可忽視的威脅和損失，為了查明各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，降低其危害程度，確保城市地質(zhì)安全，北京市正在建設(shè)各種地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)資源監(jiān)測系統(tǒng)，已經(jīng)建成的有地面沉降監(jiān)測系統(tǒng)和地下水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，正在建設(shè)的有突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，其它監(jiān)測系統(tǒng)也在規(guī)劃立項階段，如礦山環(huán)境、活動斷裂、淺層地溫能、地?zé)帷⒗�圾、地下空間等，要整合這些監(jiān)測系統(tǒng)，深入分析和提取各種監(jiān)測數(shù)據(jù)間的有益信息，為政府決策和社會大眾服務(wù)，必須有一個功能強大、技術(shù)先進、穩(wěn)定的信息系統(tǒng)來支撐。近年來北京市在城市地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建設(shè)及信息系統(tǒng)建設(shè)中做了大量基礎(chǔ)性工作，這些都為城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)和充分的技術(shù)準備。本文從頂層設(shè)計的角度設(shè)計了北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)整體框架，并對一期建設(shè)的各個子系統(tǒng)的功能、算法及數(shù)字模型進行了詳細的設(shè)計，指導(dǎo)了北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)。 

1 引言

 

隨著北京城市建設(shè)迅猛發(fā)展北京市城市地質(zhì)安全問題十分突出險患巨大，地下水資源超量開采可引發(fā)的地面沉降、北京山區(qū)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害、未經(jīng)處理的廢棄物引起的地下水污染等給城市建設(shè)、社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展及人民生命財產(chǎn)造成了不可忽視的威脅和損失，因此解決城市地質(zhì)問題責(zé)任重大且迫在眉睫。

城市地質(zhì)問題具有動態(tài)性、隱蔽性、突發(fā)性及非正常活動性等特點，各種城市地質(zhì)問題既有其獨特的演化特性，又有深刻而緊密的內(nèi)在聯(lián)系。通常在一定時間內(nèi)，各種因素進行著緩慢的量變，表現(xiàn)其動態(tài)性及隱蔽性的一面，當(dāng)這種量變積累到超過監(jiān)界值時，便立刻具有了可怕的突發(fā)性。隨著城市建設(shè)規(guī)模不斷擴大，人類活動嚴重影響了地殼的穩(wěn)定性，這時人為因素與地質(zhì)因素相互疊加、影響，便構(gòu)成了一種更難被人認知的非正�；顒有�，如東三環(huán)塌陷，很有可能是地面沉降和其它不確定因素共同作用的結(jié)果。

 

1.1  城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)是建立在各種地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)之上并將各種地質(zhì)監(jiān)測信息匯集到一個平臺之上，以各種數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)利用信息化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及GIS技術(shù)，綜合分析各種地質(zhì)信息，為城市的地質(zhì)安全保障服務(wù)。

1.1.1  城市地質(zhì)安全服務(wù)系統(tǒng)發(fā)展史

印度曾用 GIS 方法對喜馬拉雅山麓的 Ranganga Catehment 地區(qū)進行了滑坡災(zāi)害危險性分析，該研究基于多源數(shù)據(jù)集，如航空像片、磁帶數(shù)據(jù)、圖像、假彩色全成圖像及各種野外數(shù)據(jù)，包括地震、構(gòu)造、地形、土地利用及滑坡分布，以上數(shù)據(jù)需要進行數(shù)字處理或者圖像處理，然后解譯繪制出地質(zhì)圖（巖性與構(gòu)造）、滑坡分布圖、土地利用圖等專題平面圖。這些數(shù)字化圖件及屬性數(shù)據(jù)都存儲在GIS系統(tǒng)中，從中可找出與滑坡災(zāi)害評價相關(guān)的因素，利用GIS的存儲、更新、空間疊加功能，得到一張反映每個地區(qū)的權(quán)重總和的綜合圖件，根據(jù)給定標準，即可在圖上勾繪出滑坡災(zāi)害危險性分區(qū)。

 

1.2 論文研究內(nèi)容及意義

北京城市地質(zhì)資源主要有土地、地下水、地?zé)帷�淺層地溫能、地下空間資源等。由于地下水超采，造成水位下降，水資源面臨枯竭以及地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害。其它地質(zhì)資源同樣面臨可持續(xù)開發(fā)、保護、有效利用等問題。

北京城市地質(zhì)環(huán)境主要指污染、地質(zhì)災(zāi)害等。比如地下水污染、垃圾污染、地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷、地面塌陷、泥石流、滑坡、崩塌等；此外平原地區(qū)隱伏活動斷裂對建筑物安全構(gòu)成威脅；工程建設(shè)的加載和開挖，破壞了地殼表層的平衡，使工程設(shè)施產(chǎn)生沉降、位移、失穩(wěn)等危害。

北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)將利用先進的信息獲取技術(shù)和快速傳輸技術(shù)，實現(xiàn)天上、地面、地下的立體監(jiān)控，形成多級網(wǎng)絡(luò)化的信息更新維護體系。全面完成城市地質(zhì)安全數(shù)據(jù)庫建設(shè)，建立城市地質(zhì)信息開發(fā)、利用、服務(wù)和管理的良好環(huán)境；形成以運行城市地質(zhì)安全信息為主并具有多種分析預(yù)測、風(fēng)險評估、風(fēng)險預(yù)警和決策支持功能的信息綜合服務(wù)體系；全面提升地質(zhì)災(zāi)害防治的快速反應(yīng)能力和技術(shù)水平，實現(xiàn)城市地質(zhì)信息的高度共享與高效利用，深化網(wǎng)格化管理，實現(xiàn)城市地表、地下信息統(tǒng)一管理，一體化顯示，為政府決策、管理、提供堅實的技術(shù)支撐，為北京世界城市建設(shè)作出重要貢獻。

 

2 系統(tǒng)整體框架設(shè)計

 

系統(tǒng)采用自頂向下的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法。在設(shè)計時，首先考慮系統(tǒng)的任務(wù)、環(huán)境、需求和局限，然后在總體上設(shè)計出能夠滿足系統(tǒng)要求的模塊化的體系結(jié)構(gòu)，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求劃分為若干子系統(tǒng)，設(shè)計出每個子系統(tǒng)包含的功能模塊。

 

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

從總體上看，北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)是以計算機硬件與網(wǎng)絡(luò)通信平臺為依托，以政策、法規(guī)、規(guī)范、標準、信息化機構(gòu)以及安全體系為保障，以數(shù)據(jù)管理、配置管理、服務(wù)引擎為支撐構(gòu)建的分析評價、輔助決策、安全預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)。北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的總體框架如圖2-1所示：

 

 

2.1.1 基礎(chǔ)設(shè)施

本項目基礎(chǔ)設(shè)施主要是 IT 基礎(chǔ)設(shè)施，包括機房建設(shè)、采購必要的服務(wù)器和存儲設(shè)備、機柜等。

2.1.2 數(shù)據(jù)層

信息資源是系統(tǒng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)成果，是信息共享和交換的物理基礎(chǔ)。主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、成果數(shù)據(jù)庫及共享數(shù)據(jù)庫。各種數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫標準，利用 ORACLE 大型數(shù)據(jù)庫平臺進行一體化管理，為業(yè)務(wù)應(yīng)用層的各系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)保障。

主要是通過調(diào)查、監(jiān)測、專題研究及其它單位共享等手段取得數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)庫的建設(shè)提供數(shù)據(jù)來源。

 

2.2 體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用COM 組件開發(fā)及基于 Web Service技術(shù)體系結(jié)構(gòu)（如圖2-2）設(shè)計，COM 組件開發(fā)可以滿足內(nèi)部的專業(yè)應(yīng)用需求，基于 Web Service 體系結(jié)構(gòu)可以滿足外部服務(wù)需要，主要包括數(shù)據(jù)庫層、數(shù)據(jù)訪問引擎層、業(yè)務(wù)邏輯組件、應(yīng)用組件及 Web服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層等。

 

 

2.2.1 數(shù)據(jù)庫層

數(shù)據(jù)庫層是地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲層，集中存儲在地勘局信息中心的服務(wù)器上，筆耕文化推薦期刊，采用 Oracle 企業(yè)級數(shù)據(jù)庫進行存儲，充分利用它的面向?qū)ο蟆⒖臻g數(shù)據(jù)、分區(qū)、海量數(shù)據(jù)快速存取等特性。這一層不但包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫（矢量基礎(chǔ)地理、DEM 等）、動態(tài)數(shù)據(jù)庫（地下水環(huán)境監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測等數(shù)據(jù)）、成果庫、共享庫等，還可以包括形成這些數(shù)據(jù)庫的 Word、PDF、Excel、AutoCAD、ArcGIS、MapGIS、圖片等多種類型的原始數(shù)據(jù)。

 

3  數(shù)據(jù)管理與服務(wù)子系統(tǒng)設(shè)計........ 14

3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊........... 14

3.1.1數(shù)據(jù)分類原則............. 14

3.1.2分類編碼原則........... 15

4 地質(zhì)安全監(jiān)測子系統(tǒng)建設(shè)......... 25

4.1地下水監(jiān)測與分析子系統(tǒng)............. 25

4.1.1地下水動態(tài)分析模塊................. 25

5 地質(zhì)安全綜合分析子系統(tǒng)............ 60

5.1 地質(zhì)信息展示............. 62

5.2 地質(zhì)安全質(zhì)量評價與輔助決策............... 63

 

5 地質(zhì)安全綜合分析子系統(tǒng)

 

根據(jù)北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)項目逐步實施的原則，地質(zhì)安全綜合分析子系統(tǒng)將是一個能夠提供對地下水、地面沉降、突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害、活動斷裂、淺層地溫能 、土壤環(huán)境、礦山環(huán)境、地下空間等專業(yè)分析成果進行綜合分析的平臺。

地質(zhì)安全綜合分析子系統(tǒng)是個長期建設(shè)的系統(tǒng)，目的是根據(jù)整個北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)中各專題系統(tǒng)的不斷豐富，地質(zhì)安全綜合分析子系統(tǒng)也不斷的完善。這個是個動態(tài)的過程，包括對多種地質(zhì)專題信息建立合適的查詢、展示方式，這種方式要更能突出多種地質(zhì)信息經(jīng)過綜合展示后的信息特點；也包括在多種地質(zhì)專題信息基礎(chǔ)上建立整個北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)模型。

本期項目中，地質(zhì)安全綜合分析子系統(tǒng)建設(shè)首先是在北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)大的框架下建立綜合分析的功能結(jié)點，實現(xiàn)了整個大框架下數(shù)據(jù)由入庫、分析處理到綜合應(yīng)用的整體過程。本期工作具體方向包括三維地質(zhì)建模與仿真、綜合展示與分析兩大部分，如圖5-1所示。

 

 

6  總結(jié)與展望

 

北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)一期工程已經(jīng)建設(shè)完成，經(jīng)過一段測試運行，整體達到預(yù)期目標，并為后期突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害、活動斷裂、淺層地溫能  、土壤環(huán)境、礦山環(huán)境等項目的靈活接入奠定了基礎(chǔ)。

 

6.1 本文總結(jié)

北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)涉及多個專業(yè)方向，數(shù)據(jù)量大，專業(yè)計算和模型多，系統(tǒng)的建設(shè)需要多專業(yè)、多源數(shù)據(jù)的支撐。本次工作初步建立了北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)，這項工作是將多專題地質(zhì)信息納入城市地質(zhì)安全保障服務(wù)內(nèi)容的一次重要嘗試。

地下水監(jiān)測評價、動態(tài)分析、水質(zhì)監(jiān)測分析、地面沉降分析是城市地質(zhì)安全保障的重要內(nèi)容。本次工作中，以上各專業(yè)領(lǐng)域知識和計算機技術(shù)、GIS技術(shù)、三維建模技術(shù)在面向城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)的新框架、新理念下進行了實踐。

整體建設(shè)方面，系統(tǒng)綜合采用物聯(lián)網(wǎng)、大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、主流 GIS 技術(shù)、三維地質(zhì)建模及可視化技術(shù)，接入動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，搭建了北京城市地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)框架，為以后突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害、活動斷裂、淺層地溫能  、土壤環(huán)境、礦山環(huán)境、地下空間等專業(yè)分析系統(tǒng)建設(shè)提供了技術(shù)框架，為實現(xiàn)全面的北京市地質(zhì)安全保障服務(wù)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

在專業(yè)方面，基于 GIS 技術(shù)、三維可視化技術(shù)，實現(xiàn)了北京城市地質(zhì)安全基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、地下水專業(yè)數(shù)據(jù)、地面沉降專業(yè)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)綜合查詢及展示；集成了回歸分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、層次分析法等多種數(shù)學(xué)方法建立了水位、水質(zhì)、地面沉降相關(guān)評價、預(yù)測、預(yù)警模型，建立了地質(zhì)安全質(zhì)量評價模型，自動生成地質(zhì)安全質(zhì)量綜合評價輔助報告，為城市地質(zhì)安全保障提供基本的專業(yè)信息。

三維建模與仿真方面，基于國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的三維地質(zhì)建模技術(shù)，基于地質(zhì)鉆孔資料，構(gòu)建了平原區(qū)第四系三維地質(zhì)模型；綜合采用水文地質(zhì)鉆孔、剖面資料構(gòu)建了平原區(qū)地下水含水層組三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、監(jiān)測層三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、第四系時代三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型；能夠進行三維動態(tài)顯示和分析，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

信息服務(wù)和共享交換方面，本次工作在北京市電子政務(wù)網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)了北京城市地質(zhì)安全信息服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了地下水動態(tài)、地下水環(huán)境、地下水資源、地面沉降等專題的動態(tài)監(jiān)測信息和可發(fā)布的專業(yè)分析成果信息；實現(xiàn)了與市委辦局之間數(shù)據(jù)共享交換功能。

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本文編號：10844