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摘要：
阐述了地质勘探施工管理三维地理信息系统的设计方法。该系统基于ArcGIS二次开发，将实现地质勘探目标区域选址的自动化，并能对地质勘探施工进行信息化管理和三维演示，提高地质勘探工作效率，使地质工作在GIS平台上管理和实施，为决策分析提供可视化的工具。
关键词：
地质勘探；GIS；三维可视化；ArcGISEngine
1地质勘探施工管理系统的意义
长久以来，野外地质勘探工作条件艰苦，施工环境复杂，危险指数高，存在以下问题：①我省山区分布广泛，特殊的地貌条件使得野外勘探路线的选取较为困难，尤其在一些地质人员不熟悉的地方，依靠传统的地图往往不能准确做出野外施工规划及管理。因此，需要一个基于GIS的可视化系统来引导工作人员对野外地质地貌现状做出判断，以帮助工作人员进行勘探路线的规划选取以及大型机械的运输和安置等工作。②野外地质勘探选址是一个较为复杂的问题，目前的方法主要依靠专家对于地层信息的判断。这种方法对地质人员的经验要求较高，判断的准确度和精度有时与实际情况差别较大。因此，自动化判断、系统化运行的选址解决方案越来越成为地质勘查行业的主流。③勘探进度管理也需要实现信息化。勘探工作周期长，施工条件复杂，管理人员如果没有一个系统的、数据库式的参考模式，往往会造成管理力度不到位。因此，需要对勘探周期、完成程度、下一步计划等内容进行数据库式的管理，对所有的勘查项目进行信息化梳理，实现工程查询、规划、设备安排等一系列工作的有序进行。
2三维地质勘探系统研究现状
陈颖彪等人基于组件GIS技术，通过将二维和三维空间信息统一在一个平台和数据模型下，建立了矿山三维地质勘查可视化管理系统。该系统可实现对数据的可视化管理与实时更新，可打印输出和三维显示地质图，并具有多种查询功能。罗智勇等人以地质勘查中地表地形信息和地质体信息的三维可视化与分析作为技术突破口，综合应用3S技术、软件开发技术、三维可视化与信息分析技术，研制开发出了服务于地质勘查的三维可视化与分析系统。北京龙软科技公司开发了面向煤矿的虚拟现实可视化应用系统——煤矿三维可视化综合管理系统。该系统实现了基础地测数据的动态更新及安全监测、人员定位、综合自动化等实时数据于一体，实现了三维虚拟矿井平台的分布式综合管理。现有的研究成果尚处在探索阶段，应用程度有待提高，服务面较窄，缺少野外地质勘探施工信息化管理模块。基于GIS的地质勘探施工管理系统针对实际工作内容展开研发，能够对勘探施工进度进行信息化管理，其中的选址模块可以实现勘探靶区智能选取，具有一定的实用性和新颖性。
3系统总体架构
基于GIS的地质勘探施工管理系统用来辅助地质人员进行野外路线的规划、勘探进程的管理以及勘探点的优化选取等工作。本系统应用ArcGISEngine进行二次开发，特点是三维可视化、管理信息化、决策自动化。ArcGISEngine是美国ESRI公司推出的用于C/S架构地理信息系统（GIS）应用软件工具包，它是将用于构建ArcGIS一整套产品的组件库——ArcObjects的部分功能进行封装而成的一个独立的软件产品，ArcGISEngine提供完善的地图制图、数据处理与空间分析等功能，能够灵活地实现从简单到复杂的不同规模的GIS应用软件的开发。系统实现方式为：①对区域的地质构造和地貌条件进行三维建模，构建野外地质施工三维环境，对路线、山体、河流、植被进行三维建模，实现通视分析、填挖方分析、等值线分析、坡度坡向分析等功能。②开发地质勘探选址子系统，该系统运用专家知识分析库，采取相关算法，自动计算勘探最优靶点，同时可以进行全景浏览。③开发地质勘探进度管理子系统。该系统运用OA（OfficeAutomation）的开发方式，实现地质勘探工作远程管理、进程控制以及规划决策。
4系统设计
4.1需要的资料
需要的资料包括：①研究区地质资料，用于地层建模、提供探勘选址因子；②研究区交通资料，用于最优路径的选择；③研究区最新遥感影像，用于获取研究区土地利用信息，作为三维模型的贴图，同时，在没有道路时，根据最新的高分辨率遥感影像可以初步规划上山路线；④研究区的地层信息和矢量化地图。
4.2技术路线
系统基于ArcGIS二次开发，开发平台为ArcGISEngine10.1，开发环境为VisualStudio2010，使用C#编程语言，应用ArcGIS二次开发实现地质勘探GIS管理应用软件；设计勘探选址整合方案，开发面向应用的管理数据库访问接口，实现三维模型的建立；解决地图无刷新实时动态显示的关键技术问题。野外施工工况以无线网络通信方式与管理中心计算机相连接，以远程无线加有线模式进行远程信息传输和服务。
4.3功能介绍
系统包含数据库模块、功能模块、子系统模块和系统管理模块四大部分。实现的主要功能包括：①常规GIS工具——地图放大、缩小、漫游、查询。②通视分析——以任意一点为观察点，研究地质勘探区域的通视地形分析，为勘探路线的选取提供服务。③距离和面积测量——测量任意两点的距离以及封闭区域的面积。④填挖方分析——计算填挖方量，对区域的填挖方进行分析，生成填挖方图。⑤等值线分析、坡度分析、坡向分析、山体阴影分析。⑥获得高程值——获得任意一点的高程值。⑦地质勘探选址分析——结合专家知识分析库进行勘探点的辅助选取。⑧地质勘探进度管理，包括勘探施工日期、负责人、进度动态显示以及报告存档等功能。⑨用户管理。
4.4关键技术
关键技术包括以下3方面的内容：①三维GIS可视化的实现，包括三维地图浏览、图层控制与鹰眼、兴趣点属性信息查询、交互式查询等；②地质勘探靶区选择模型的构建方法，专家库系统的建立；③地质勘探选址工程进度智能推进机制的研究与实现，包括施工现场地图实时动态查看、实时工况消息反馈等。
4.5地理空间几何数据组织
地理空间几何数据采用拓扑数据模型或空间实体模型进行组织。空间几何数据一般按空间实体模型来组织，即采用分层组织方法对地理空间数据进行描述。将现实世界中的地物要素分为简单地物和复杂地物两大类。简单地物可以根据其几何特征进一步分为点状地物、线状地物、面状地物等三种类型；复杂地物可由简单地物组合而成，各个空间要素由要素编码、描述要素的几何数据和属性数据所组成。如果将地理空间数据按不同的类型分成若干图层，比如道路层、植被层、河流层、DEM数据层等，层与层之间相互独立，需要时，也可将几个图层叠加起来进行操作分析。
5总结
对于该系统，总结如下：①能够实现地质勘探目标选址的自动化。通过研究地质勘探选址模型，提供勘探靶区信息，改变目前运用纸质地形图人工选址的现状，使选址变得更加容易，并大大减少野外踏勘的工作量。②能够帮助地质人员对野外环境做出直观判断，为地质人员和车辆顺利到达勘探现场提供帮助。③能够对施工进度进行管理，整合多个项目进行统一规划，为领导决策提供帮助，改变目前工程进度管理不够信息化的现状，通过建立地质勘探工作的智能统计、分析与推进模块，能够科学化管理和推进当前的地质勘探工作。④将3S技术与常规地质勘探选址方法相结合，增加地质勘探选址的科学技术含量，提高选址精度。同时，基于三维GIS技术，以三维的形式进行展示，可以对地质勘探靶区进行各种三维分析，有助于地质勘探工作更加直观。
作者：贾超 单位：山西省煤炭地质勘查研究院
参考文献
［1］陈颖彪，钟耳顺.矿山地质勘察三维可视化管理系统与建模技术研究［J］.矿业研究与开发，2004（01）.
［2］罗智勇，杨武年.基于钻孔数据的三维地质建模与可视化研究［J］.测绘科学，2008（02）.
［3］牟乃夏.ArcGISEngine地理信息系统开发教程［M］.北京：测绘出版社，2015
