一、案例简介

       MapGIS地下空间大数据三维建模分析系统V10.3以MapGIS平台为基础，从三维GIS建模及应用的实际需求出发，借助云计算及大数据等技术，突破地下空间大数据三维建模的技术瓶颈，实现大数据三维建模，为智慧城市地下空间的建设提供支撑。

二、案例背景

       地下空间作为现代城市的重要组成部分，具有扩大城市容量、改善城市环境、节约资源、防灾减灾的功能。然而，在地下空间的开发利用以及在地下工程的全生命周期过程中，人们已经在各个方面积累大量的数据，其中涉及勘察、设计、施工、数值分析、监测检测、运营与维护等，甚至更多。尽管已经掌握很多了关于这些方面的经验和知识，但由于地质环境的隐蔽性和复杂多样性、施工过程中灾害事故的突发性以及对环境影响的控制难度，在地下空间的开发利用过程中，地下工程施工与管理的难度必然高于地面工程。对地下空间而言，三维建模及分析的相关技术成为了解决该类问题的必要途径，所有地下空间的规划建设需要在智慧城市建设的基础上，利用大数据、云计算等先进技术，实现地下空间建模，从而解决目前的问题。

三、案例介绍

       项目申请单位武汉中地数码有限公司，是专业从事地理信息系统（GIS）研究、开发、应用和服务的云GIS软件平台和解决方案提供商。企业自主研发的最新一代的MapGIS10.3全空间智能GIS平台是具有按量可伸缩性利用资源、按需个性化定制、在线租赁服务特性的云GIS平台。它在云GIS体系架构、软件开发模式、服务模式和应用模式、重构GIS软件生产生态链等方面取得了重大突破。

       MapGIS地下空间大数据三维建模分析系统是以MapGIS10.3为基础平台的大型三维平台，从三维GIS建模及应用的实际需求出发，运用数据中心体系架构，根据原始数据、基础数据、模型数据等不同层次结构的多源、异构、海量地质数据库，实现了数据的集群管理与共享服务。本系统采用最新的MapGISDCS和IGServer平台架构，在构建数据仓库的基础上，突破地下空间大数据三维建模的技术瓶颈，通过研发针对地下空间的专业查询、分析出图、三维建模及可视化流程功能库，构建包含数据二三维可视化表达、数据检索服务、GIS空间分析、专题图生成、三维地质建模与分析等功能仓库，通过C/S模式或B/S模式建立了地下空间大数据集成管理、可视化与三维建模分析等功能。

       本系统主要应用在轨道交通建设、城市地下管线规划、土壤承载力评估以及地下水评估预警等领域，很大程度地满足智慧城市建设的专业需求，进行数据处理以及成果分析，给实际的地下空间开发利用工作带来很多便利。在轨道交通建设中，本系统在数字地下空间规划的基础上，根据城市地下情况有效地避开障碍物，降低水管爆裂、泉水破坏等事故的风险；在城市地下管线规划中，将改变管线杂乱分布难以管理的现状；在土壤承载力评估中，对城市土地资源情况进行分析，从而科学地规划城市建筑等，减少土地污染；在地下水评估预警系统中，有效增加地下水资源的可持续利用，降低地下水开采过量或污染的风险。

       通过本系统，专业人员可利用系统提供的多种二三维表达模式对地下空间基础数据进行分析提取、成果转化，完成日常地质成图分析等工作，还可以通过系统建立不同专业的三维地质结构模型，全面掌握地下空间岩土分布和理化特性、开发难易程度及综合质量，地下水等资源赋存状况，为城市地铁等重大工程选址的安全提供保障，为中心城区地下空间开发利用提供决策依据，为新城规划提供地质依据。摸清城市水土环境家底，为水土环境保护、土地复垦、万顷良田建设等工作的顺利推进提供基础数据；为地质灾害防治与地质灾害评估提供基础依据；为寻找应急水源地提供扎实服务等。

       地下空间的开发利用作为智慧城市非常重要的一部分，其发展对智慧城市也有一定的促进作用。我国城市人口激增，城市土地资源有限，城市空间匮乏，已成为世界上地下空间开发量最大的国家。以轨道交通建设、地下管线规划、土壤承载力评估以及地下水评估预警等领域为主的地下空间的开发建设，已成为推动中国智慧城市建设的重要力量。

四、典型经验提炼

（一）具体措施和成效

1、建设城市地质综合数据库，有效管理地质数据

       城市地质二三维一体化平台以城市地质调查为依托，整合该地区地质工作成果，通过收集整理已有地质资料和成果，基于大型的网络数据库、GIS平台，集成基础地理、基础地质、工程地质、水文地质、环境地质、地球物理、地球化学、地质灾害、地质遗迹等多专业的综合地质勘查数据，建立城市地质大型综合数据库，包括属性数据库、空间数据库和集信息化和可视化为一体的三维地质模型库。

       通过快速建立城市地质综合数据库，可以解决地质数据管理杂乱的现状，实现地质数据随时查阅，有序管理，提高地质数据利用率，并有效实现地质数据的实时维护更新。

2、多源异构地学数据融合的三维自动建模，支持地下空间数据三维可视化

       突破多源异构地学数据融合的难点，利用多源异构数据参与三维自动快速建模。针对钻孔、剖面、物化探等异构地学数据，通过将钻孔、剖面、地震解译等数据提取为离散点的方式，对不同对象的空间位置、属性和拓扑关系等融合，进行全信息、多尺度、快速动态的三维自动建模，构建含断层、透镜体等复杂结构和属性的模型，消除由于数据结构和组织方式的差异造成的模型间的不匹配现象，提高模型显示效果和精度，实现地下结构、地学属性模型的全流程一体化构建，实现模型可动态更新及分析，为地下空间规划、工程设计、灾害防治、资源开采、环境保护等提供决策支持。

       多源异构地学数据融合的三维自动建模通过提取多源数据中的建模元素，一键快速建模，既可以增加建模速度又保障了建模精度，此功能将成为国内城市地质领域的重要进步。

3、四维时空信息化表达、分析，为地下空间的开发利用提供保障

       地下空间四维分析技术，在三维地学模型与时空一体化的基础上，对地下空间大数据进行基本的空间查询、空间量测、缓冲区分析、网络分析、地形分析、剖面分析、空间统计分析等，建立各类规划对象的四维模型，并可对地下工程设施的位置、规模、埋深以及构建筑物与已有地下设施的连接方式进行调整修改，从而较好地辅助地下空间规划方案设计，提高规划设计的速度和质量。

       地下空间四维分析技术，对地质、构建筑物等地下对象进行直观、形象地时空描述，可应用于地下空间规划设计的各个阶段。多种四维建模方法的使用，可以方便地应用于地下空间资源分析、地面沉降监测与防治技术、地铁隧道等重大生命线工程安全监测、地下空间数据统计分析、城市地下水资源可持续开发与保护、城市地下空间设施管理等技术。

（二）借鉴意义

1、实时数据汇聚集成技术

       在大数据集成技术的基础上，集成融合地下各种传感器海量、多源、实时大数据，包括采用传感网实时获取的基础信息数据和依托专业传感器感知的可共享的行业专题实时数据，如水文水质传感器、钻孔应力传感器、矿用监测分站、钻孔水位遥测仪、水压监测仪等地下空间传感器数据，将这些监测数据实时进行汇聚并存储在地下空间大数据中，为大数据集成及分析挖掘提供最新数据源，建成智慧地下空间，支撑智慧水利等全空间应用服务，实现地下空间的实时动态管理与服务。

2、云应用服务支撑技术

       利用时空大数据与云应用，以全空间数据为基础，融合大数据、云计算、物联网等先进技术，为国土、市政、公安、气象、环保、地矿、通信、交通等领域给予个性化定制，提供多种开发包及API，在云应用的支撑下整合跨领域的时空信息资源，提高全空间数据获取、数据处理及分析响应的时间。