唐先明1，2 曲壽利1 雷新華2
創(chuàng)新互聯(lián)公司是一家專業(yè)提供積石山保安族東鄉(xiāng)族企業(yè)網(wǎng)站建設(shè),專注與成都網(wǎng)站制作、網(wǎng)站設(shè)計(jì)、H5頁(yè)面制作、小程序制作等業(yè)務(wù)。10年已為積石山保安族東鄉(xiāng)族眾多企業(yè)、政府機(jī)構(gòu)等服務(wù)。創(chuàng)新互聯(lián)專業(yè)的建站公司優(yōu)惠進(jìn)行中。
（1.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），北京100083）
摘要 在分析目前石油領(lǐng)域三維可視化技術(shù)應(yīng)用局限性的基礎(chǔ)上，給出了全球三維可視化系統(tǒng)構(gòu)建流程和數(shù)據(jù)組織管理模式。以ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)引擎，利用Oracle 10g建立四川盆地油氣勘探海量空間數(shù)據(jù)庫(kù)，基于三維可視化軟件平臺(tái)Skyline TerraSuite，利用功能強(qiáng)大的三維可視化開發(fā)平臺(tái)TerraDeveloper，設(shè)計(jì)、開發(fā)基于全球三維模型的油氣勘探信息集成管理平臺(tái)。通過集成基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)、區(qū)域地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、地面工程數(shù)據(jù)庫(kù)、遙感影像庫(kù)、地層數(shù)據(jù)庫(kù)、斷層數(shù)據(jù)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，該系統(tǒng)不僅提供了強(qiáng)大的油氣勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、三維地形建模以及模型的可視化功能，還為專業(yè)技術(shù)人員提供了一個(gè)可視化的分析、設(shè)計(jì)平臺(tái)。
關(guān)鍵詞 四川盆地 三維可視化 三維地理信息系統(tǒng) 油氣勘探 全球?qū)Ш?/p>
Application and Research of 3D Visualization Technique to Petroleum Exploration Information Management in Sichuan Basin
TANG Xian-ming1，2，QU Shou-li1，LEI Xin-hua2
（1.Exploration ＆ Production Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083；2.China University of Geosciences，Beijing100083）
Abstract Based on the analysis of the current shortcomings of 3D visualization application in the fields of petroleum，the paper introduces the construction process and data structure of global 3D visualization system.By using ArcSDE as engine of spatial data and Oracle 10g，“Petroleum exploration geodatabase of Sichuan Basin”is established.Based on Skyline Terra Developer，the software system“3D petroleum exploration data management and integration platform based on 3D global model”is designed and established.By integrating geographical database，areal geology database，surface engineering database，remote sensing image database，stratigraphical database，fault data，logging database with 3D terrain modeling，the system realize such functions as data management for petroleum exploration，3D terrain modeling and the visualization of 3D geological model.It is a visualization platform that assists the design and analysis for the geologists and the technologists.
Key words Sichuan basin 3D visualization 3D geographic information system petroleum explorationglobal navigation
隨著計(jì)算機(jī)圖形圖像軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維地形可視化技術(shù)在越來越多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，構(gòu)建一個(gè)為多種專業(yè)人員提供共同工作、研究與交流的三維實(shí)時(shí)交互的虛擬全球地理環(huán)境逐漸由夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。三維可視化技術(shù)在石油工業(yè)中已得到高度重視和普及應(yīng)用，它充分利用了三維地震信息和地震屬性，以人們易于感知的三維圖形對(duì)各種復(fù)雜數(shù)據(jù)場(chǎng)和數(shù)據(jù)關(guān)系進(jìn)行描述。
油氣勘探是通過采用不同的技術(shù)手段采集各種野外原始地質(zhì)資料，并經(jīng)處理、解釋形成成果資料，進(jìn)而采用各種科學(xué)方法進(jìn)行盆地評(píng)價(jià)、圈閉評(píng)價(jià)和油氣儲(chǔ)藏評(píng)價(jià)，開展勘探規(guī)劃部署、井位設(shè)計(jì)和地質(zhì)綜合研究工作，完成勘探科研和生產(chǎn)任務(wù)。在油氣勘探過程中，各油田企業(yè)積累了海量的、異構(gòu)的、多源的地理數(shù)據(jù)、勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)，這些信息的綜合應(yīng)用對(duì)指導(dǎo)油田生產(chǎn)具有很重要的意義。利用三維GIS技術(shù)，基于“數(shù)字地球”將地表地理信息與地下地質(zhì)信息一體化管理，構(gòu)建一個(gè)分析、決策、規(guī)劃及實(shí)施油氣勘探開發(fā)研究的三維實(shí)時(shí)交互共享工作平臺(tái)，能夠有效地評(píng)估潛在的石油資源，及時(shí)、準(zhǔn)確、直觀地定位油氣資源的空間分布及其特征，正確有效地開展部署勘探開發(fā)工作。
1 三維可視化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
迄今為止，三維地形的可視化技術(shù)分為兩種，一種是面繪制技術(shù)，另一種是體繪制技術(shù)。在地質(zhì)研究工作中，主要是采用體繪制技術(shù)。三維地學(xué)模擬主要包括兩大部分內(nèi)容，即三維地質(zhì)建模和可視化，其中前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者的表現(xiàn)［1］。目前，在三維地震數(shù)據(jù)的可視化方面，已有多種成熟的商業(yè)軟件系統(tǒng)推出，國(guó)外的有 EarthCube，Geoviz，gOcad，VoleGeo等，國(guó)內(nèi)的有石油物探局的3DV和雙狐公司的三維地震微機(jī)解釋系統(tǒng)等。這些軟件涉及地質(zhì)建模、地震勘探、開采評(píng)估、礦床模擬、規(guī)劃設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理等領(lǐng)域，在功能上各有千秋，很難說哪一個(gè)更先進(jìn)［2，3］。但是，它們主要是面向地質(zhì)領(lǐng)域的專用系統(tǒng)，基于局部區(qū)域而非全球區(qū)域，對(duì)海量基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)與遙感影像數(shù)據(jù)等的支持也較弱?；谶@種情況，本文采用面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)語(yǔ)言Visual C＃，基于優(yōu)秀的國(guó)外三維可視化軟件平臺(tái)Skyline，設(shè)計(jì)并開發(fā)基于全球三維模型的空間數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，集成管理四川盆地區(qū)域內(nèi)海量的、異構(gòu)的、多源、多尺度的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、油氣勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)、遙感影像，實(shí)現(xiàn)流暢的油氣勘探的三維地形展示和地質(zhì)分析。
2 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)背景與基本流程
隨著地學(xué)應(yīng)用的深入，人們?cè)絹碓蕉嗟匾蠡谌蚪嵌群驼嫒S空間來認(rèn)知世界和處理問題。但三維空間是復(fù)雜的，包含的信息是海量的，需要集成三維可視化與三維空間對(duì)象管理功能，同時(shí)由于三維應(yīng)用的巨大差異，必須采用開放體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)用戶定制功能?；谶@種認(rèn)識(shí)，Skyline TerraSuite在提供一般三維空間數(shù)據(jù)模型及其管理功能的基礎(chǔ)上，允許針對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域動(dòng)態(tài)擴(kuò)展建模及分析功能插件，以適應(yīng)特定的三維應(yīng)用。整個(gè)TerraSuite軟件體系如圖1所示。
系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)分為4部分：地球三維場(chǎng)景構(gòu)建、中心數(shù)據(jù)庫(kù)建立、定制三維可視化環(huán)境和場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用定制。
圖1 Skyline TerraSuite軟件體系
2.1 地球三維場(chǎng)景構(gòu)建
場(chǎng)景構(gòu)建是將要模擬的場(chǎng)景和對(duì)象通過數(shù)學(xué)方法表達(dá)成存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的三維圖形對(duì)象的集合。場(chǎng)景構(gòu)建分為以下步驟：
（1）DEM數(shù)據(jù)采集：收集工作區(qū)的各級(jí)比例尺等高線數(shù)據(jù)或各種分辨率的航空航天遙感影像立體像對(duì)，建立地域的數(shù)字高程模型（DEM）。
（2）DOM數(shù)據(jù)生成：利用地面控制點(diǎn)和DEM數(shù)據(jù)，對(duì)工作區(qū)的低、中、高分辨率遙感影像進(jìn)行嚴(yán)密的精糾正后生成數(shù)字正射影像圖（DOM）。
（3）DLG數(shù)據(jù)采集：收集工作區(qū)的各級(jí)比例尺地形圖、野外數(shù)據(jù)采集，建立工作區(qū)的各級(jí)比例尺線劃圖（DLG）。
（4）GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將數(shù)據(jù)采集階段獲得的DLG數(shù)據(jù)通過GIS工具轉(zhuǎn)換為TerraBuilder能夠接受的數(shù)據(jù)格式。
（5）數(shù)據(jù)建模：對(duì)一些油田地面建筑物、地標(biāo)、油井或其他油田設(shè)備在3D MAX或MultiGen或TerraBuilder中進(jìn)行建模。
（6）地球三維場(chǎng)景構(gòu)建：將以上各種數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到TerraBuilder中，創(chuàng)建一個(gè)現(xiàn)實(shí)影像的、地理的、精確的地球三維模型（MPT文件）。
2.2 中心數(shù)據(jù)庫(kù)建立
基于全球三維模型的油氣勘探信息集成管理平臺(tái)是一個(gè)高度集成的應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)建設(shè)過程中必須充分考慮系統(tǒng)涉及的多專業(yè)圖形、屬性、影像、文字資料數(shù)據(jù)的一體化集成、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與系統(tǒng)軟件功能的集成以及系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的集成等關(guān)鍵問題。為實(shí)現(xiàn)功能的集成與擴(kuò)展，考慮石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)的區(qū)域性、多維性、時(shí)序性、海量和異構(gòu)的特點(diǎn)，擬采用大型商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle10g和空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE集中管理這些海量數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)中心，易于解決數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡(luò)化集成、并發(fā)控制、跨平臺(tái)運(yùn)行及數(shù)據(jù)安全恢復(fù)機(jī)制等方面的難題。
2.3 定制三維可視化環(huán)境
在全球三維場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，可以疊加自己關(guān)心的專題信息，通過與數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，還能集成中心數(shù)據(jù)庫(kù)存放的地表、地下多維、動(dòng)態(tài)空間信息，從而創(chuàng)建一個(gè)令人激動(dòng)的交互式三維可視化環(huán)境，來突出一個(gè)地區(qū)的特征，顯示其功能、相互關(guān)系以及從一個(gè)獨(dú)特的視點(diǎn)展示該地區(qū)。
2.4 場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用定制
（1）三維可視化程序：通過API接口直接調(diào)用所建立的三維可視化環(huán)境，也可以根據(jù)三維場(chǎng)景的參數(shù)生成實(shí)時(shí)場(chǎng)景，動(dòng)態(tài)加載圖層，有助于對(duì)空間數(shù)據(jù)相互關(guān)系的直觀理解。
（2）三維空間查詢與交互：直接在三維可視化環(huán)境下，對(duì)存放在中心數(shù)據(jù)庫(kù)的各種數(shù)據(jù)和場(chǎng)景實(shí)體提供交互式查詢等操作，以提供一個(gè)動(dòng)態(tài)的環(huán)境，為進(jìn)一步空間決策服務(wù)。
（3）應(yīng)用定制：利用TerraDeveloper軟件開發(fā)包提供的各種ActiveX控件，可以構(gòu)建自己的面向三維的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的應(yīng)用集成［4］。
3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，系統(tǒng)在技術(shù)上要求具有業(yè)務(wù)變化的適應(yīng)性、高度的安全性和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理等特點(diǎn)，因而在系統(tǒng)的技術(shù)框架中采用了3 層B（C）/AS/DS結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，考慮到系統(tǒng)與其他專業(yè)系統(tǒng)之間的集成，擬采用基于SOA（面向服務(wù)架構(gòu)）和Web Services（Web服務(wù)）技術(shù)的應(yīng)用集成技術(shù)，構(gòu)建基于“數(shù)字地球”的地表地理信息與地下地質(zhì)信息一體化管理服務(wù)平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的組織形式
系統(tǒng)數(shù)據(jù)的組織形式是可視化系統(tǒng)的關(guān)鍵，其優(yōu)劣將直接影響到場(chǎng)景繪制的效率。在基于全球三維模型的空間數(shù)據(jù)管理平臺(tái)中，主要包括3部分?jǐn)?shù)據(jù)：①場(chǎng)景數(shù)據(jù)，即場(chǎng)景環(huán)境包含的地形信息，通過影像圖片處理而成，包含在.mpt文件中；②對(duì)象圖形數(shù)據(jù)，即油氣勘探對(duì)象圖形信息，是由3D MAX等三維圖像處理軟件處理而成的三維模型；③對(duì)象屬性數(shù)據(jù)，即油氣勘探屬性信息。所有關(guān)于對(duì)象的信息包含在.fly文件中，采用基于層（Layer）的面向?qū)ο蟮膱?chǎng)景數(shù)據(jù)組織形式。目前，系統(tǒng)集成的四川盆地區(qū)域的數(shù)據(jù)層主要有：
（1）DLG——數(shù)字線劃圖：全區(qū)不同比例尺土地覆蓋狀況、植被、道路、水系、居民地等圖層。
圖2 基于全球三維模型的油氣勘探數(shù)據(jù)管理平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
（2）DEM——數(shù)字高程模型：全區(qū)不同比例尺數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。
（3）DOM——數(shù)字正射影像：全區(qū)不同比例尺、不同分辨率的彩色正射影像。
（4）DRG——數(shù)字柵格圖：全區(qū)不同比例尺地形圖柵格數(shù)據(jù)。
（5）全國(guó)地名數(shù)據(jù)。
（6）1：200000地質(zhì)圖。
（7）勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：測(cè)網(wǎng)、礦井、三維探區(qū)。
（8）勘探成果數(shù)據(jù)：地震異常、一類進(jìn)積、二類進(jìn)積、礁體、生物礁、灘和相帶等。
（9）構(gòu)造數(shù)據(jù)：斷層、等值線等（宣漢、通南巴）。
（10）井位數(shù)據(jù)。
（11）地面工程數(shù)據(jù)：天然氣管道、道路。
3.3 系統(tǒng)功能模塊
基于全球三維模型的油氣勘探信息管理與集成系統(tǒng)分為石油勘探數(shù)據(jù)管理、三維基本操作、三維GIS導(dǎo)航查詢、三維分析等模塊。系統(tǒng)主界面如圖3所示。
各個(gè)模塊的具體功能如下：
（1）石油勘探數(shù)據(jù)管理：系統(tǒng)利用GIS技術(shù)、XML技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)對(duì)多尺度基礎(chǔ)地理信息、勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)、多分辨率遙感影像、各種圖表和文字報(bào)告等地表地下信息進(jìn)行一體化的存儲(chǔ)和管理。實(shí)現(xiàn)了對(duì)地理底圖、油氣地質(zhì)勘查所獲取的資料和成果的錄（導(dǎo)）入、轉(zhuǎn)換、編輯及查詢等功能。另外，系統(tǒng)還提供了目標(biāo)實(shí)體超鏈接及關(guān)聯(lián)服務(wù)，如與鉆孔相關(guān)的試驗(yàn)表類屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)管理功能，提供與鉆孔相關(guān)的各種基本信息及試驗(yàn)結(jié)果等屬性信息的查詢等功能。
圖3 基于全球三維模型的油氣勘探數(shù)據(jù)管理平臺(tái)系統(tǒng)界面
（2）三維基本操作功能：在全球三維場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)以下功能：
放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)等三維基本功能；
選擇對(duì)象、使物體居中、環(huán)繞瀏覽對(duì)象；
飛行或者跳轉(zhuǎn)到指定對(duì)象；
獲得場(chǎng)景中任何一點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)和高程值；
場(chǎng)景的點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象，可以實(shí)現(xiàn)不依賴試圖比例縮放；
提供場(chǎng)景的快照和打印輸出功能。
（3）三維GIS導(dǎo)航查詢：在全球坐標(biāo)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息、地質(zhì)數(shù)據(jù)及勘探數(shù)據(jù)的立體定位導(dǎo)航分析。
全球任意點(diǎn)定位和導(dǎo)航；
二維三維聯(lián)動(dòng)功能；
測(cè)距、求積、高程和剖面生成；
地表實(shí)體三維建模及多種屬性管理；
可定制飛行路徑和視角的三維瀏覽功能。可自己制定飛行的路線或選擇預(yù)定義飛行路線進(jìn)行三維飛行（圖4）。
（4）三維分析功能：
圖4 基于全球三維模型的油氣勘探數(shù)據(jù)管理平臺(tái)設(shè)置飛行路徑
測(cè)量功能：測(cè)量距離（水平、垂直和隨地形起伏3種方式）、面積；
區(qū)域?qū)ο筮x擇：可以進(jìn)行多邊形框選進(jìn)行對(duì)象選擇，并可獲得選中區(qū)域內(nèi)的對(duì)象集，可統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)的實(shí)體數(shù)并形成分類列表；
剖面觀察：對(duì)所選地區(qū)場(chǎng)景進(jìn)行剖面觀察，可分析出地表起伏狀況；
等高線繪制：用矩形框選出指定范圍，可以顯示出該范圍等高線示意圖，并可隨意設(shè)定等高線顯示方式；
最佳路徑分析：根據(jù)給定的參數(shù)，如放樣間隔、上升的最大坡度、下降的最大坡度、允許的放樣寬度等信息，依據(jù)地形的走勢(shì)，自動(dòng)解算出最佳的放樣線路；
視線分析：根據(jù)地面拾取兩點(diǎn)系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算兩點(diǎn)間的通視情況；
視域分析：在場(chǎng)景中任選一點(diǎn)和視角范圍可以進(jìn)行視域可見分析；
空間分析：突發(fā)事件的地點(diǎn)，選擇一定半徑，利用分析工具可以作出整個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的空間范圍，以提供決策。
4 系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展
基于全球三維模型的油氣勘探信息管理與集成系統(tǒng)由于采用了組件技術(shù)、基于SOA（面向服務(wù)架構(gòu)）和Web Services（Web服務(wù)）等技術(shù)，不僅提供了強(qiáng)大的地表與地下油氣勘探信息數(shù)據(jù)管理、三維建模與模型的可視化、全球定位導(dǎo)航等功能，還可以進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展和專業(yè)系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)油氣勘探開發(fā)的深度應(yīng)用，如野外地質(zhì)踏勘路徑優(yōu)選和工作安排、地震資料采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化、探井地面井場(chǎng)位置優(yōu)選及工程測(cè)算、開發(fā)井位部署規(guī)劃及鉆前工程分析、油氣集輸?shù)孛婀こ淘O(shè)計(jì)及方案優(yōu)化、目標(biāo)區(qū)塊水電路訊規(guī)劃設(shè)計(jì)及優(yōu)化、全球定位系統(tǒng)集成和油田現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)等。
5 結(jié)論
三維可視化技術(shù)在國(guó)內(nèi)、外已經(jīng)趨于成熟，但基于全球三維模型的三維地理信息系統(tǒng)（GIS）剛剛起步，尤其是缺少針對(duì)地表與地下油氣勘探信息三維一體化管理的經(jīng)典模式和成熟經(jīng)驗(yàn)。本文基于Skyline TerraDeveloper所設(shè)計(jì)、開發(fā)的全球三維油氣勘探信息管理與集成系統(tǒng)，就是一個(gè)成功的實(shí)踐，重點(diǎn)研究了虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下交互式地表地下油氣勘探信息管理系統(tǒng)，給出了一種交互式虛擬現(xiàn)實(shí)全球?qū)Ш狡脚_(tái)的系統(tǒng)構(gòu)成方案和原型系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)可靠性好、易于移植、便于維護(hù)，并具有很強(qiáng)的空間分析功能。結(jié)合三維地質(zhì)建模及可視化系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、相關(guān)技術(shù)的發(fā)展走向以及實(shí)際工程實(shí)踐的應(yīng)用需求，筆者認(rèn)為，需要進(jìn)一步探索、研究并解決以下問題：
（1）研究并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的基于全球三維模型的空間數(shù)據(jù)集成管理平臺(tái)的地上和地下三維一體化無(wú)縫集成與可視化功能。
（2）不斷豐富與其他地震三維分析軟件的接口。
（3）研究并開發(fā)基于VRML/X3D技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)三維可視化系統(tǒng)，能夠?yàn)樯鐣?huì)大眾、專業(yè)技術(shù)人員和地質(zhì)科學(xué)家提供更加普遍的支持和服務(wù)奠定基礎(chǔ)。
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gis的應(yīng)用領(lǐng)域有：
1、資源管理
主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域，解決農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域各種資源(如土地、森林、草場(chǎng))分布、分級(jí)、統(tǒng)計(jì)、制圖等問題。主要回答“定位”和“模式”兩類問題。
2、資源配置?
在城市中各種公用設(shè)施、救災(zāi)減災(zāi)中物資的分配、全國(guó)范圍內(nèi)能源保障、糧食供應(yīng)等到機(jī)構(gòu)的在各地的配置等都是資源配置問題。GIS在這類應(yīng)用中的目標(biāo)是保證資源的最合理配置和發(fā)揮最大效益。
3、城市規(guī)劃和管理
空間規(guī)劃是GIS的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，城市規(guī)劃和管理是其中的主要內(nèi)容。例如，在大規(guī)模城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中如何保證綠地的比例和合理分布、如何保證學(xué)校、公共設(shè)施、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所、服務(wù)設(shè)施等能夠有最大的服務(wù)面(城市資源配置問題)等。
4、土地信息系統(tǒng)和地籍管理
土地和地籍管理涉及土地使用性質(zhì)變化、地塊輪廓變化、地籍權(quán)屬關(guān)系變化等許多內(nèi)容，借助GIS技術(shù)可以高效、高質(zhì)量地完成這些工作。
GIS的特點(diǎn)：
1、公共的地理定位基礎(chǔ)。
2、具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力。
3、系統(tǒng)以分析模型驅(qū)動(dòng)，具有極強(qiáng)的空間綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)能力，并能產(chǎn)生高層次的地理信息。
4、以地理研究和地理決策為目的，是一個(gè)人機(jī)交互式的空間決策支持系統(tǒng)。
面向企業(yè)以及大眾的信息服務(wù)將成為GIS應(yīng)用新的增長(zhǎng)點(diǎn)gis應(yīng)用的八件新衣、一體化以及產(chǎn)業(yè)化五個(gè)方面深化發(fā)展，GIS的應(yīng)用是以政府部門為主體，未來，對(duì)綠色農(nóng)作物的生產(chǎn)進(jìn)行決策。具體應(yīng)用包括監(jiān)控，以及提供交通疏散的方案等，指導(dǎo)農(nóng)田定位作業(yè)、車輛調(diào)度指揮，GIS應(yīng)用將向智能化，生成作物管理處方圖、規(guī)?；?，并跟蹤監(jiān)測(cè)各類作物在不同生長(zhǎng)期的長(zhǎng)勢(shì)、GPS）技術(shù)，較準(zhǔn)確地估測(cè)出各種作物的最終產(chǎn)量。地理信息技術(shù)的發(fā)展必須依據(jù)新的要求和標(biāo)準(zhǔn)。綠色農(nóng)業(yè)、GIS、設(shè)施管理。農(nóng)作物監(jiān)測(cè)及估產(chǎn)，GIS在各行業(yè)的應(yīng)用模式也需要改革和創(chuàng)新、迅速定位事故點(diǎn)，評(píng)估農(nóng)田損失情況，尤其是GIS技術(shù)在農(nóng)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，制定經(jīng)濟(jì)，很早就已開始: 通過分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因。未來的農(nóng)業(yè)應(yīng)用將更多涉及精細(xì)農(nóng)業(yè)?？傮w來說，對(duì)所有農(nóng)田的土壤重金屬含量進(jìn)行 GIS 分析、農(nóng)田水淹沒分析以及綠色農(nóng)業(yè)等方面，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)進(jìn)行監(jiān)控、后續(xù)信息服務(wù)，農(nóng)業(yè)部的多個(gè)業(yè)務(wù)部門紛紛構(gòu)建了各自的應(yīng)用系統(tǒng)。 GIS與農(nóng)業(yè)資源管理 3S（RS: 利用 GIS 和遙感技術(shù)，從而根據(jù)需要及時(shí)采取有效措施、集成化。農(nóng)田水淹沒分析、調(diào)度搶修車輛。 GIS與智能交通基于GIS的智能交通不僅能夠通過圖形的形式記述道路通行狀況。GIS在以下幾方面的應(yīng)用，但是其創(chuàng)新空間仍然非常巨大: 充分運(yùn)用3S技術(shù): 進(jìn)行綠色農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)作物監(jiān)測(cè)及估產(chǎn)、合理的生產(chǎn)決策方案、應(yīng)急救援系統(tǒng)等，還能夠?yàn)檫@些信息的深層次挖掘，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水淹沒分析、輔助決策提供空間屬性上的支持。精細(xì)農(nóng)業(yè)，保證當(dāng)年產(chǎn)量的穩(wěn)定增長(zhǎng)！ 目前
一、內(nèi)容概述
地質(zhì)信息系統(tǒng)（GIS），產(chǎn)生于20 世紀(jì)60 年代。它隨著人們對(duì)自然資源和環(huán)境的規(guī)劃管理工作的需要以及計(jì)算機(jī)制圖技術(shù)的應(yīng)用而誕生，是一種對(duì)大批量空間數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理、檢索、處理和綜合分析并以多種形式輸出結(jié)果的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1965 年，W.L.Garrison首先提出了“地質(zhì)信息系統(tǒng)”這一術(shù)語(yǔ)，開創(chuàng)了這一新技術(shù)的發(fā)展史。此后，美國(guó)、加拿大、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)均投入了大量人力、物力和財(cái)力，并逐步確立了他們?cè)谶@一領(lǐng)域里的國(guó)際領(lǐng)先地位（黃潤(rùn)秋，2001）。
二、應(yīng)用范圍及應(yīng)用實(shí)例
1.GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著人口的急劇增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和自然資源的大量消耗，不僅生態(tài)環(huán)境惡化，而且導(dǎo)致自然災(zāi)害（包括地質(zhì)災(zāi)害）頻繁發(fā)生。美國(guó)、印度等國(guó)是世界上地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重的國(guó)家，地質(zhì)災(zāi)害具有類型多、分布廣和成災(zāi)強(qiáng)度高的特點(diǎn)。這些地質(zhì)災(zāi)害大部分發(fā)生在承災(zāi)能力較低的地區(qū)，給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)穩(wěn)定構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量低劣的表現(xiàn)，它的頻發(fā)不僅反映了自然地質(zhì)環(huán)境的脆弱性，而且反映了人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境間矛盾的激化。要使人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間保持較為協(xié)調(diào)的關(guān)系，就必須對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，以了解不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的基本態(tài)勢(shì)和變化趨勢(shì)，為環(huán)境管理和城市規(guī)劃等提供依據(jù)，但傳統(tǒng)技術(shù)手段已不能完全應(yīng)付迅速反應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)信息系統(tǒng)作為當(dāng)前高科技發(fā)展的產(chǎn)物，集圖形、圖像與屬性數(shù)據(jù)管理、處理、分析、輸入輸出等功能為一體，應(yīng)是當(dāng)前地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)的強(qiáng)有力工具（趙金平等，2004）。
GIS 技術(shù)的產(chǎn)生是計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息化發(fā)展的共同產(chǎn)物。是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)?？梢匝杆俚孬@取滿足應(yīng)用需要的信息，能以地圖、圖形或數(shù)據(jù)的形式表示處理的結(jié)果（曹修定等，2007）。國(guó)外尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家在GIS應(yīng)用與地質(zhì)災(zāi)害研究方面已做了很多工作。從20世紀(jì)60年代至今，GIS技術(shù)的應(yīng)用也從數(shù)據(jù)管理、多源數(shù)據(jù)集數(shù)字化輸入和繪圖輸出，到DEM或DTM模型的使用，到GIS結(jié)合災(zāi)害評(píng)價(jià)模型的擴(kuò)展分析，到GIS與決策支持系統(tǒng)（DSS）的集成，到網(wǎng)絡(luò)GIS，逐步發(fā)展深入應(yīng)用（黃潤(rùn)秋，2001）。
印度Roorkee大學(xué)地球科學(xué)系的R.P.Gupta和B.C.Joshi（1990）用GIS方法對(duì)喜馬拉雅山麓的Ramganga Catchment地區(qū)進(jìn)行滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性分帶。該項(xiàng)研究基于多源數(shù)據(jù)集，如航空像片、MSS磁帶數(shù)據(jù)、MSS圖像、假彩色合成圖像及各種野外數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)、構(gòu)造、地形、土地利用及滑坡分布。以上數(shù)據(jù)需要進(jìn)行數(shù)字、圖像等處理，然后解譯繪制出專題平面圖，包括地質(zhì)圖（巖性與構(gòu)造）、滑坡分布圖、土地利用圖等。這些圖件經(jīng)數(shù)字化及有關(guān)數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在GIS系統(tǒng)中，找出與滑坡災(zāi)害評(píng)價(jià)相關(guān)的因素，如滑坡活動(dòng)與巖性的關(guān)系，滑坡活動(dòng)與土地利用的關(guān)系，不同斜坡類型的滑坡分布情況，滑坡分布與主要斷裂帶的距離關(guān)系。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)及經(jīng)驗(yàn)分析，引入一個(gè)滑坡危險(xiǎn)系數(shù)（LNRF）。LNRF值越大，表示該地滑坡災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)性越高。并且對(duì)LNRF的3個(gè)危險(xiǎn)級(jí)別分別賦予0、1、2三個(gè)權(quán)重?？紤]到滑坡的發(fā)生是多個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，故調(diào)用GIS的疊加分類模型，將各因素的權(quán)重疊加，得到綜合圖件，圖上反映的是每個(gè)地區(qū)的權(quán)重總和。根據(jù)給定標(biāo)準(zhǔn)，即可在這張圖上勾繪出滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)圖。
荷蘭ITC的C.J.Van Westen和哥倫比亞IGAC的J.B.Alzate Bonilla（1990）基于GIS對(duì)山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分析。他們?cè)跀?shù)據(jù)采集、整理方面做了大量工作，建立了一套完整的數(shù)據(jù)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出了分析評(píng)價(jià)模型，如斜坡穩(wěn)定性分析模型，其主要功能是計(jì)算斜坡穩(wěn)定的安全系數(shù)。另外，兩位學(xué)者還利用GIS所生成的數(shù)字高程模型（DEM），開發(fā)出了一部山區(qū)落石滾落速率計(jì)算模型，并據(jù)此繪出了研究區(qū)內(nèi)落石速率分區(qū)圖（黃潤(rùn)秋，2001）。
美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)Mario Mejia-Navarro和Ellen E.Wohl（1994）在哥倫比亞的麥德林地區(qū)，用GIS進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（姜作勤，2008）。利用GIS對(duì)麥德林地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了分析和研究，重點(diǎn)考慮了基巖和地表地質(zhì)條件、構(gòu)造地質(zhì)條件、氣候、地形、地貌單元及其形成作用、土地利用和水文條件等因素。根據(jù)各因素的組成成分和災(zāi)害之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，把每一種因素細(xì)分為不同范疇等級(jí)，借助于GIS軟件（GRASS）的空間信息存儲(chǔ)、緩沖區(qū)分析、DEM模型及疊加分析等功能，對(duì)有關(guān)滑坡、洪水和河岸侵蝕等災(zāi)害傾向地區(qū)進(jìn)行了災(zāi)害分析，并對(duì)某一具體事件各構(gòu)成因素的脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
同樣是美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)Mario Mejia-Navarro博士后等人（1996）將GIS技術(shù)與決策支持系統(tǒng)（DSS）結(jié)合，利用GIS（主要是地質(zhì)資源分析系統(tǒng)GRASS軟件）及工程數(shù)學(xué)模型建立了自然災(zāi)害及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的決策支持系統(tǒng)并應(yīng)用在科羅拉多州的Glenwood Springs地區(qū)（姜作勤等，2001）。應(yīng)用GIS建立指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立基于GIS的多個(gè)控制變量的權(quán)重關(guān)系式。對(duì)泥石流、洪水、地面沉降、由風(fēng)引起的火災(zāi)等災(zāi)種進(jìn)行了災(zāi)害敏感性分析、脆弱性分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，輔助政府部門做出決策。
美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）已把加強(qiáng)城市地質(zhì)災(zāi)害研究列為21世紀(jì)初的重要工作，借助GIS編制美國(guó)主要城市地區(qū)多種災(zāi)害的數(shù)字化圖件，這種做法與西歐國(guó)家的城市地質(zhì)工作的總趨勢(shì)一致。其中，美國(guó)科羅拉多州格倫伍德斯普林市的城市地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)項(xiàng)目最具代表性。由于該市位于山區(qū)河谷地區(qū)，崩滑流地質(zhì)災(zāi)害制約著城市的發(fā)展，為此，城市規(guī)劃部門委托科羅拉多州立大學(xué)，開展了GIS地質(zhì)災(zāi)害易損性和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)編圖研究，最終按14種土地利用適宜性等級(jí)，對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)進(jìn)行了土地利用區(qū)劃，圈出了未來城市發(fā)展的適宜地段和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，在此基礎(chǔ)上建立了城市整體化決策支持系統(tǒng)。
綜上所述，可以看出，國(guó)外尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家將 GIS 應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害研究起步較早（表1），研究程度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們，此方面的應(yīng)用也隨著GIS技術(shù)的自身發(fā)展而深入（黃潤(rùn)秋，2001）。
2.GIS在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用
地質(zhì)信息系統(tǒng)與現(xiàn)代地球及其相關(guān)科學(xué)日益增長(zhǎng)的需求相適應(yīng)，以處理地球上任何具有空間方位的海量信息為特征，具定量、定時(shí)、定位等優(yōu)點(diǎn)，近10年來已在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中得到廣泛應(yīng)用。一個(gè)區(qū)域各種地質(zhì)資料（圖形、圖像、文字、邏輯、數(shù)值）的GIS分析實(shí)際上代表該區(qū)域現(xiàn)階段較為客觀的總認(rèn)識(shí)。目前，野外收集資料、數(shù)據(jù)建庫(kù)、GIS分析等尚存在規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化等問題，GIS本身解決諸多專業(yè)性較強(qiáng)地質(zhì)問題的能力亦不足。但GIS的進(jìn)一步發(fā)展與完善必將使地質(zhì)礦產(chǎn)勘查進(jìn)入一個(gè)數(shù)字化的新時(shí)期（周軍等，2002）。
GIS因解決地質(zhì)問題而產(chǎn)生，其雛形可以追溯到20 世紀(jì)60 年代。加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlinson首先于1963年提出地質(zhì)信息系統(tǒng)這一術(shù)語(yǔ)，建成世界上第一個(gè)GIS即加拿大GIS（CGIS）一并應(yīng)用于資源管理與規(guī)劃。1970～1976年間美國(guó)聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局建成50多個(gè)信息系統(tǒng)并進(jìn)行綜合地質(zhì)研究，德國(guó)在1986 年建成DASCH系統(tǒng)，瑞典、日本等國(guó)也陸續(xù)建有自己的GIS。GIS的發(fā)展與計(jì)算機(jī)科學(xué)的高速發(fā)展并行，主要發(fā)生在過去的20年中，而近10年來發(fā)展更快（周軍等，2002）。
表1 國(guó)外GIS在地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用
GIS因解決地質(zhì)問題而產(chǎn)生，其雛形可以追溯到20 世紀(jì)60 年代。加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tomlinson首先于1963年提出地質(zhì)信息系統(tǒng)這一術(shù)語(yǔ)，建成世界上第一個(gè)GIS即加拿大GIS（CGIS）一并應(yīng)用于資源管理與規(guī)劃。1970～1976年間美國(guó)聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局建成50多個(gè)信息系統(tǒng)并進(jìn)行綜合地質(zhì)研究，德國(guó)在1986 年建成DASCH系統(tǒng)，瑞典、日本等國(guó)也陸續(xù)建有自己的GIS。GIS的發(fā)展與計(jì)算機(jī)科學(xué)的高速發(fā)展并行，主要發(fā)生在過去的20年中，而近10年來發(fā)展更快（周軍等，2002）。
ArcInfo與ArcView GIS是當(dāng)前最流行的兩個(gè)軟件包，為美國(guó)ESRI（Environmental Systems Research Institute，Inc.）的重要產(chǎn)品，被許多國(guó)家官方確定為國(guó)土資源、地質(zhì)、環(huán)境等管理、研究的主要地質(zhì)信息系統(tǒng)。ESRI始建于1969年，由Jack Dansermond和Laura Dangermond用自己平時(shí)積蓄的1100美元起步，經(jīng)過20世紀(jì)70年代的艱苦奮斗，1981年推出新型ArcInfo，1986年微機(jī)版的PC ArcInfo投入市場(chǎng)，1991 年又一力作ArcView GIS問世。1981年ESRI在其Redlands總部召開首次用戶會(huì)議，僅18人到場(chǎng)，而1998年的用戶大會(huì)有來自90個(gè)國(guó)家的8000多位代表。
ESRI的發(fā)展史反映了GIS從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)、迅速成長(zhǎng)壯大的發(fā)展歷程，也從一個(gè)側(cè)面顯示出GIS巨大的市場(chǎng)潛力和難以估量的應(yīng)用價(jià)值。
據(jù)悉，1995年市場(chǎng)上有報(bào)價(jià)的GIS 軟件已達(dá)上千種，但主要占據(jù)市場(chǎng)的不過10 余種。除上述提到的ArcInfo與ArcView GIS外，國(guó)外的GIS代表作還有MapInfo、ErMapper、Idrisi Endas、Erdas、Genamap、Spans、Tigris等。
GIS已在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中得到廣泛應(yīng)用，并取得許多矚目成果。美國(guó)、加拿大、澳大利亞早在1985～1989年就將其應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查和填圖。目前，澳大利亞開始利用筆記本電腦以數(shù)字形式采集野外地質(zhì)數(shù)據(jù)，建立有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，借助ArcInfo與ArcViewGIS編制第二代地質(zhì)圖件。
三、資料來源
曹修定，阮俊等.2007.GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)中的應(yīng)用.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，18（3）：112～115
黃潤(rùn)秋.2001.面向21世紀(jì)地質(zhì)環(huán)境管理及地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)的信息技術(shù).國(guó)土資源科技管理，18：30～34
姜作勤.2008.國(guó)內(nèi)外區(qū)域地質(zhì)調(diào)查全過程信息化的現(xiàn)狀與特點(diǎn).地質(zhì)通報(bào)，27（7）：956～964
姜作勤，張明華.2001.野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集信息化所涉及的主要技術(shù)及其進(jìn)展.中國(guó)地質(zhì)，28（2）：36～42
趙金平，焦述強(qiáng).2004.基于GIS的地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)在國(guó)外的研究現(xiàn)狀.南通工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），3（2）：46～50
周軍，梁云.2002.地理信息系統(tǒng)及其在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用.西安工程學(xué)院學(xué)報(bào)，24（2）：47～50
重慶分公司
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