CN110096565B - 一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法 - Google Patents

Abstract

一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，包括：制定与周边城市地层划分标准相兼容的标准地层表；利用高精度的正射影像图对勘探点分布图进行地理纠正，在不依赖外业测绘的前提下，快速得到钻孔的准确坐标；通过为每个岩土工程勘察报告制定地层对照表的方式，实现自动、批量的地层标准化处理；将正射影像图、数字高程模型、地表三维模型、地下管线模型、地下建构筑物模型与工程地质成果相结合，真正实现地上、地下三维一体化管理的效果。通过项目验证，本发明具有资料收集整理速度快、地层划分标准适用性强、集成数据种类全等优势，有效提高了工程地质成果的管理水平，对城市规划、工程选址、灾害预防等领域都具有重要意义。

Description

一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法

技术领域

本发明属于地理信息系统与工程地质交叉的技术领域，具体涉及一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，能够实现跨区域兼容的标准地层表制定、工程地质资料的收集整理、多源数据的地上、地下三维一体化管理。

背景技术

随着中国城市化的不断推进，各个城市长期以来都积累了丰富的工程地质资料。为了解决资料存放分散、纸介质为主、标准不统一等问题，一些城市陆续建设工程地质信息系统，旨在实现工程地质成果的标准化、信息化管理。现有技术存在的问题：1、地层划分标准只适用于本区域，缺乏与周边城市的过渡兼容，不利于跨区域的数据整合；2、对于未知坐标系的工程地质数据，需要大量外业来补测钻孔坐标，极大影响了资料收集整理的效率；3、针对工程地质成果进行管理时，集成的数据种类不够全面，特别是缺乏对城市三维模型等新兴数据的支持。本单位承接了江阴市地质测量资料收集整理及地质信息系统建设项目，为克服现有技术不足，研发了本发明所公开的技术。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法。主要内容如下：1、制定与周边城市地层划分标准相兼容的标准地层表；2、利用高精度的正射影像图对勘探点分布图进行地理纠正，在不依赖外业测绘的前提下，快速得到钻孔的准确坐标；3、通过为每个岩土工程勘察报告制定地层对照表的方式，实现自动、批量的地层标准化处理；4、将正射影像图、数字高程模型、地表三维模型(包括精细模型、体量模型)、地下管线模型、地下建(构)筑物模型与工程地质成果相结合，真正实现地上、地下三维一体化管理的效果。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、制定标准地层表：综合分析本区域与周边城市的地质背景，选取具有代表性的钻孔数据，通过典型地质剖面揭示，划分主层序与亚层序，形成跨区域兼容的标准地层表；

步骤二、工程地质资料收集：收集岩土工程勘察报告，对纸质版进行扫描生成PDF格式；

步骤三、工程地质资料整理：结合标准地层表，将工程地质资料转化为工程地质成果，包括扫描件数字化、地层标准化、空间基准统一化、数据入库；

步骤四：工程地质信息系统建设：建设提供一体化的建模、可视化、统计、叠加分析功能的工程地质信息系统；

步骤五、多源数据整合：利用工程地质信息系统，将包括工程地质成果的多源数据整合在三维地球模型上。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述步骤一具体包括：

1)分析地质概况：分析本区域以及周边相邻主要城市的自然地理、地形地貌、基岩地质、第四纪地质、水文地质、工程地质方面的概况；

2)绘制典型地质剖面：选取深度足够、地层清晰的具有代表性的钻孔数据，绘制出结构清楚、层序完整、分层标志明显易于识别、分层依据充分、上下层关系清楚的典型地质剖面；

3)确定主层序：以沉积时代、成因类型、沉积环境为依据划分主层序，且与周边城市的标准地层主层序之间有明确的对应关系；

4)确定亚层序：以岩性、颜色、状态为依据划分亚层序，且与周边城市的标准地层亚层序之间有明确的对应关系；

5)形成跨区域兼容的标准地层表。

进一步地，所述确定主层序中，相关属性说明如下：

a)沉积时代：针对第四系地层，分为全新统、更新统，更新统又分为下更新统、中更新统和上更新统，每个统分为下段、中段、上段；

b)成因类型：包括人工填土、植物层、冲击层、洪积层、坡积层、残积层、风积层、湖积层、沼泽沉积层、海相沉积层、海相交互相沉积层、冰积层、冰水积层、火山堆积层、崩积层、滑坡堆积、泥石流、生物堆积、化学堆积、成因不明沉积；

c)沉积环境：包括海、陆、河、湖、沼泽、冰川、沙漠分布及其地势高低。

进一步地，所述确定亚层序中，相关属性说明如下：

a)岩性：分为基岩、碎石土、砂土、粉土、黏土、粉质黏土、人工填土；

b)颜色：区分氧化环境系列、还原环境系列；

c)状态：区分软硬程度、密实程度，软硬程度包括流塑、软塑、可塑、硬塑、坚硬，密实程度包括稍密、中密、密实。

进一步地，所述步骤二具体包括：

1)根据岩土工程勘察项目的分布特点，制定资料收集清单；

2)查找工程地质资料的原始数据库；

3)若无原始数据库，则搜集纸质版资料并扫描成PDF文件。

进一步地，所述步骤三具体包括：

1)扫描件数字化：引入OCR技术进行数字化；

2)地层标准化：根据标准地层表对所有资料进行地层标准化；

3)空间基准统一化：使用正射影像图对勘探点分布图进行地理纠正，快速获取钻孔平面坐标；

4)数据入库：将经过数字化、地层标准化、统一空间基准的工程地质成果录入到工程地质数据库中。

进一步地，所述地层标准化具体如下：

a)根据工程地层与标准地层之间的映射、合并、拆分关系，制定地层对照表；

b)通过工具软件，根据地层对照表，实现自动、批量的地层标准化处理。

进一步地，所述空间基准统一化具体如下：

a)使用ArcGIS加载高精度且带CGCS2000坐标系的正射影像图；

b)从岩土工程勘察报告中将勘探点分布图扫描成图片格式，并使用ArcGIS加载；

c)打开ArcGIS的地理配准功能工具条，利用建筑物角点在正射影像图、勘探点分布图之间选取控制点，数量大于3对；

d)执行地理配准功能；

e)根据勘探点分布图上的钻孔图标中心，得到钻孔的坐标。

进一步地，所述步骤五具体如下：

1)系统集成的多源数据种类包括工程地质成果，以及城市基础地理信息数据库中的正射影像图、数字高程模型、地表三维模型、地下管线模型、地下建构筑物模型，其中地表三维模型包括全市域体量模型、局部精细模型；

2)多源数据在空间基准上保持一致，平面基准均使用CGCS2000，120度中央经线、3度带高斯投影，高程基准均使用1985国家高程基准；

3)系统通过三维渲染引擎、地理信息系统、网络服务技术，将所有数据整合在三维地球模型上，其中，数字高程模型提供了地表起伏形状，正射影像图提供地面纹理，地表三维模型一直处于可见状态，而地下管线模型、地下建构筑物模型、工程地质模型在正射影像图设为透明后才能显示。

本发明的有益效果是：本发明用以实现工程地质资料的快速收集整理，以及工程地质成果与基础地理信息数据的地上地下三维一体化管理。通过项目验证，该方法具有地层划分标准适用性强、资料收集整理速度快、集成数据种类全等优势，有效提高了工程地质成果的管理水平，对城市规划、工程选址、灾害预防等领域都具有重要意义。

附图说明

图1a到图1e为钻孔坐标快速采集示意图：图1a为正射影像；图1b为勘探点分布图；图1c为选取控制点对；图1d为地理配准；图1e为钻孔坐标。

图2为多源数据整合示意图。

图3为多源数据整合效果图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，包括以下步骤：

步骤一、制定标准地层表：综合分析本区域与周边城市的地质背景，选取具有代表性的钻孔数据，通过典型地质剖面揭示，划分主层序与亚层序，形成跨区域兼容的标准地层表。具体内容有：

1)分析地质概况：分析本区域以及周边相邻主要城市的自然地理、地形地貌、基岩地质、第四纪地质、水文地质、工程地质等方面的概况，为接下来的工作提供科学可靠的方向。

2)绘制典型地质剖面：选取深度足够、地层清晰的钻孔数据，绘制出结构清楚、层序完整、分层标志明显易于识别、分层依据充分、上下层关系清楚的典型地质剖面。

3)确定主层序：以沉积时代、成因类型、沉积环境为依据划分主层序，且与周边城市的标准地层主层序之间有明确的对应关系。相关属性说明：

a)沉积时代：如表1所示，此处主要针对第四系地层，可以分为全新统、更新统，更新统又可分为下更新统、中更新统和上更新统。每个统可以分为下段、中段、上段。

表1第四系地质时代表

b)成因类型：如表2所示，分为人工填土、植物层、冲击层、洪积层、坡积层、残积层、风积层、湖积层、沼泽沉积层、海相沉积层、海相交互相沉积层、冰积层、冰水积层、火山堆积层、崩积层、滑坡堆积、泥石流、生物堆积、化学堆积、成因不明沉积等。

表2地层的成因类型及其符号

成因类型	符号	成因类型	符号
				人工填土	ml	海相交互相沉积层	mc
植物层	pd	冰积层	gl
				冲击层	al	冰水积层	fgl
洪积层	pl	火山堆积层	b
				坡积层	dl	崩积层	col
残积层	el	滑坡堆积	del
				风积层	eol	泥石流	set
湖积层	l	生物堆积	o
				沼泽沉积层	h	化学堆积物	ch
海相沉积层	m	成因不明沉积	pr

c)沉积环境：包括海、陆、河、湖、沼泽、冰川、沙漠等分布及其地势高低。

4)确定亚层序：以岩性、颜色、状态为依据划分亚层序，且与周边城市的标准地层亚层序之间有明确的对应关系。相关属性说明：

a)岩性：此处分为基岩、碎石土、砂土、粉土、黏土、粉质黏土、人工填土。

b)颜色：主要区分氧化环境系列(灰黄、褐黄、棕黄等)、还原环境系列(灰、青灰、灰黑等)。

c)状态：主要区分软硬程度(流塑、软塑、可塑、硬塑、坚硬)、密实程度(稍密、中密、密实)。

5)形成跨区域兼容的标准地层表，如表3所示。

表3标准地层表示例

步骤二、工程地质资料收集：在城建档案馆等地方收集岩土工程勘察报告，并对纸质版进行扫描生成PDF格式。具体内容有：

1)根据岩土工程勘察项目的分布特点，制定资料收集清单。

2)首先在勘察单位的资料室，查找工程地质资料的原始数据库。

3)若无原始数据库，则搜集纸质版资料并扫描并成PDF文件。

4)在勘察单位无法找到时，到城建档案馆借阅并扫描成PDF文件。

工程地质数据对应区域的现有地名与报建时名称不一致，导致无法在城建档案管理系统中使用项目名直接检索。解决方法：项目先在规划管理系统中，根据目标地块与路网的相对位置关系，找到目标地块对应的规划报建信息，从中确定该地块在勘察时的项目名，再输入城建档案管理系统中进行检索。

5)在勘察单位与城建档案馆均无法找到时，到结构设计单位或甲方建设单位借阅。

步骤三、工程地质资料整理：包括扫描件数字化、地层标准化、空间基准统一化、数据入库等操作。具体内容有：

1)扫描件数字化：扫描件的内容是不可编辑的，需要进行数字化，工作量十分巨大，此处引入OCR(文字识别)技术提高数字化的效率。

2)地层标准化：不同的勘察年代、不同的勘察单位、不同的勘察地点、不同的勘察人员、不同的勘察目的，都使用了不同的地层划分标准，需要根据统一的标准地层表对所有资料进行地层标准化。

a)根据工程地层与标准地层之间的映射、合并、拆分等关系，制定“地层对照表”。

b)通过自主开发的工具软件，根据地层对照表，实现自动、批量的地层标准化处理。

3)空间基准统一化：平面基准统一为2000国家大地坐标系，高程基准统一为1985国家高程基准。部分工程地质资料使用了自定义且没有明确参数的坐标系，无法使用七参数进行转换，而外业补测会极大影响项目进度。故提出一种新方法，使用正射影像图对勘探点分布图进行地理纠正，快速获取钻孔平面坐标。具体方法如图1a到1e所示：

a)使用ArcGIS加载高精度且带CGCS2000坐标系的正射影像图。

b)从岩土工程勘察报告中将勘探点分布图扫描成图片格式，并使用ArcGIS加载。

c)打开ArcGIS的地理配准功能工具条，利用建筑物角点在正射影像图、勘探点分布图之间选取控制点，数量大于3对。

d)执行“地理配准”功能。

e)根据勘探点分布图上的钻孔图标中心，得到钻孔的坐标。

4)数据入库：将经过数字化、地层标准化、统一空间基准的工程地质成果录入到工程地质数据库中。

步骤四、工程地质信息系统建设。具体内容有：

1)需求调研：充分了解用户对工程地质信息系统内容和行为的期望和需求，通过问卷、参观、电话、面谈等方式索取有关信息加以理解，明确系统的应用范围和性质。

2)系统分析：包括数据分析、可行性分析、目标分析。

3)系统设计：对数据源进行评估，设计数据库建设方案及数据入库方法；根据系统建设的目标来确定系统的组成和功能；确定系统模块之间的相互关系及接口设计。

4)系统开发：将系统设计的内容付诸实施，实现能够投入使用的实际系统。

5)系统测试：测试各模块的实际功能和性能，模块间的联系以及各模块综合起来的功能。

6)系统运行：在用户真实的软硬件环境中部署系统，投入正式运行；对用户进行培训，掌握系统使用方法；解决运行过程中出现的问题。

步骤五、多源数据地上地下三维一体化管理。具体内容有：

1)系统集成的数据种类包括工程地质成果，以及城市基础地理信息数据库中的正射影像图、数字高程模型、地表三维模型(全市域体量模型、局部精细模型)、地下管线模型、地下建构筑物模型。

2)多源数据在空间基准上保持一致。平面基准均使用CGCS2000，120度中央经线、3度带高斯投影。高程基准均使用1985国家高程基准。

3)系统通过三维渲染引擎、地理信息系统、网络服务等技术，将所有数据整合在三维地球模型上，整合过程如图2所示。数字高程模型提供了地表起伏形状，正射影像图提供地面纹理，地表三维模型一直处于可见状态，而地下管线模型、地下建构筑物模型、工程地质模型需要在正射影像图设为透明后才能显示，效果如图3所示。系统对多源数据提供一体化的建模、可视化、统计、叠加分析功能。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、制定标准地层表：综合分析本区域与周边城市的地质背景，选取具有代表性的钻孔数据，通过典型地质剖面揭示，划分主层序与亚层序，形成跨区域兼容的标准地层表；

步骤二、工程地质资料收集：收集岩土工程勘察报告，对纸质版进行扫描生成PDF格式；

步骤三、工程地质资料整理：结合标准地层表，将工程地质资料转化为工程地质成果，包括扫描件数字化、地层标准化、空间基准统一化、数据入库；所述步骤三具体如下：

3.1）扫描件数字化：引入OCR技术进行数字化；

3.2）地层标准化：根据标准地层表对所有资料进行地层标准化；

3.3）空间基准统一化：使用正射影像图对勘探点分布图进行地理纠正，快速获取钻孔平面坐标；具体如下：

使用ArcGIS加载高精度且带CGCS2000坐标系的正射影像图；

从岩土工程勘察报告中将勘探点分布图扫描成图片格式，并使用ArcGIS加载；

打开ArcGIS的地理配准功能工具条，利用建筑物角点在正射影像图、勘探点分布图之间选取控制点，数量大于3对；

执行地理配准功能；

根据勘探点分布图上的钻孔图标中心，得到钻孔的坐标；

4）数据入库：将经过数字化、地层标准化、统一空间基准的工程地质成果录入到工程地质数据库中；

步骤四：工程地质信息系统建设：建设提供一体化的建模、可视化、统计、叠加分析功能的工程地质信息系统；

步骤五、多源数据整合：利用工程地质信息系统，将包括工程地质成果的多源数据整合在三维地球模型上。

2.如权利要求1所述的一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：

1.1）分析地质概况：分析本区域以及周边相邻主要城市的自然地理、地形地貌、基岩地质、第四纪地质、水文地质、工程地质方面的概况；

1.2）绘制典型地质剖面：选取深度足够、地层清晰的具有代表性的钻孔数据，绘制出结构清楚、层序完整、分层标志明显易于识别、分层依据充分、上下层关系清楚的典型地质剖面；

1.3）确定主层序：以沉积时代、成因类型、沉积环境为依据划分主层序，且与周边城市的标准地层主层序之间有明确的对应关系；

1.4）确定亚层序：以岩性、颜色、状态为依据划分亚层序，且与周边城市的标准地层亚层序之间有明确的对应关系；

1.5）形成跨区域兼容的标准地层表。

3.如权利要求2所述的一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，其特征在于：所述确定主层序中，相关属性说明如下：

沉积时代：针对第四系地层，分为全新统、更新统，更新统又分为下更新统、中更新统和上更新统，每个统分为下段、中段、上段；

成因类型：包括人工填土、植物层、冲击层、洪积层、坡积层、残积层、风积层、湖积层、沼泽沉积层、海相沉积层、海相交互相沉积层、冰积层、冰水积层、火山堆积层、崩积层、滑坡堆积、泥石流、生物堆积、化学堆积、成因不明沉积；

沉积环境：包括海、陆、河、湖、沼泽、冰川、沙漠分布及其地势高低。

4.如权利要求2所述的一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，其特征在于：所述确定亚层序中，相关属性说明如下：

岩性：分为基岩、碎石土、砂土、粉土、黏土、粉质黏土、人工填土；

颜色：区分氧化环境系列、还原环境系列；

状态：区分软硬程度、密实程度，软硬程度包括流塑、软塑、可塑、硬塑、坚硬，密实程度包括稍密、中密、密实。

5.如权利要求1所述的一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，其特征在于：所述步骤二具体包括：

2.1）根据岩土工程勘察项目的分布特点，制定资料收集清单；

2.2）查找工程地质资料的原始数据库；

2.3）若无原始数据库，则搜集纸质版资料并扫描成PDF文件。

6.如权利要求1所述的一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，其特征在于：所述地层标准化具体如下:

根据工程地层与标准地层之间的映射、合并、拆分关系，制定地层对照表；

通过工具软件，根据地层对照表，实现自动、批量的地层标准化处理。

7.如权利要求1所述的一种集成工程地质成果的多源数据标准化处理方法，其特征在于：所述步骤五具体如下：

5.1）系统集成的多源数据种类包括工程地质成果，以及城市基础地理信息数据库中的正射影像图、数字高程模型、地表三维模型、地下管线模型、地下建构筑物模型，其中地表三维模型包括全市域体量模型、局部精细模型；

5.2）多源数据在空间基准上保持一致，平面基准均使用CGCS2000，120度中央经线、3度带高斯投影，高程基准均使用1985国家高程基准；

5.3）系统通过三维渲染引擎、地理信息系统、网络服务技术，将所有数据整合在三维地球模型上，其中，数字高程模型提供了地表起伏形状，正射影像图提供地面纹理，地表三维模型一直处于可见状态，而地下管线模型、地下建构筑物模型、工程地质模型在正射影像图设为透明后才能显示。

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