江齐英，黄睦谨，乐 辉

（广东省国土资源技术中心，广东 广州 510075）

城市地质调查是城市规划、建设和管理及解决城市地质问题等方面的重要基础性工作，2000年以来我国城市地质工作先后经历3个大的发展阶段（金江军等，2007；姜杉钰等，2021），第一阶段，2003年中国地质调查局在上海、北京、杭州、天津、南京、广州等6个城市启动城市地质调查试点，标志着我国进入多要素城市综合地质调查阶段；第二阶段，2010年前后在以京津冀、长三角、成渝等为代表的城市群，福州、厦门、苏州等几十个中心城市相继开展地质调查。这些优先开展城市地质工作的城市先后建设了相关信息系统，基本解决了城市地质成果数字化、三维可视化和服务网络化等问题（吴冲龙等，2003；屈红刚等，2007；何育枫等，2018），特别是上海的地质资料信息社会化服务工作尤其成功，形成了“上海模式”（杨丽君等，2020；陈勇等，2010），值得学习与借鉴。第三阶段，2017年以来，党中央、国务院对城市地质工作高度重视，习近平总书记指出向地球深部进军是必须解决的战略科技问题，李克强总理明确统筹城市地上地下建设，加强城市地质调查，原国土资源部印发的《关于加强城市地质工作的指导意见》明确提出要建设城市地质大数据共享平台，推进地下空间资源信息与基础地理、土地、矿产、规划管理等信息资源整合和共享，并与国土资源管理主流程有机融合，自此我国城市地质工作正式进入3.0时代，该阶段城市地质工作的明显特征是多要素综合调查、全过程支撑服务及多层级协调推进（李倩楠等，2019）。

目前，全国已经建成或正在建设一批以管理单个城市或区域范围内城市地质调查成果和共享服务的地理信息系统（傅俊鹤等，2011；于军等，2016；贾佳佳等，2017；徐晓秋等，2018；黄妲，2020），主要功能集中于C/S架构模式的数据管理、分析评价、三维建模等方面，以及B/S架构模式的信息对外开放等，受地方政策及管理需求的影响，数据标准、系统功能往往只在本区域内适用，难以在跨区域或者全省范围内实现城市地质信息的统一管理和不同政府部门间成果交互共享，以及缺少基于web端的二三维分析功能辅助决策。随着城市地质工作向多要素、三维调查的方向发展，以及地质成果服务城市规划、建设和管理等需求，在广东省“数字政府”改革建设背景下，在大数据、云计算等技术（宋越等，2020）的支撑下，建设汇聚管理全省地质成果的三维城市地质信息管理服务平台，是实现全省多源异构、多专业地质数据的统一标准化集成管理、分析评价、辅助决策等的有效途径，并可基于省级平台资源为地市开展城市地质工作提供全过程信息化支撑服务，避免地市重复建设。

1 平台设计

1.1 平台建设目标

从目前地质行业仍然存在的“标准各异、数据分散、应用不足”等问题出发，设定平台建设的总体目标是“定标准、搭平台、建系统、促应用”：一是通过制定城市地质数据相关标准规范促进全省城市地质调查成果的统一管理，制定平台相关标准规范推进平台规范化建设和安全运行；二是搭建平台及开发应用系统，实现对全省城市地质调查成果的汇聚管理、分析处理、共享服务、决策模拟，有效管理成果、高效挖掘价值，为数据应用打好坚实基础；三是以管理需求、解决地质问题、业务应用为导向，开发示范应用功能模块，推进地质成果在城市规划、建设、管理、安全等方面发挥作用，为政府管理部门、地质专业人员、社会公众等提供不同地质信息服务。

1.2 总体架构设计

平台总体架构如图1所示，自下而上依次为基础设施层、数据存储层、微服务层、负载均衡层、终端应用层和用户层，平台建设前规范先行，制定广东省城市地质调查数据库、数据汇交、服务共享接口等标准，以及平台建设管理、安全保障等规范，为全省城市地质调查成果规范化汇聚管理、平台安全建设、稳定运行提供依据。

图1 平台总体架构图Fig. 1 Overall architecture of the platform

（1）基础设施层。根据广东省“数字政府”建设要求，政务信息化系统平台全部部署在政务云上，政务云提供平台所需的计算资源、存储资源及网络资源，按照云服务模式和云架构建立共享资源池，形成可按需动态扩展的高性能计算环境、大容量存储环境，满足海量数据存储、高并发用户信息共享查询，以及地市版城市地质平台应用云资源的需要。

（2）数据存储层。数据是上层应用的基础，平台数据中心基于MapGIS DataStore建设，MapGIS DataStore即面向大数据存储的分布式存储引擎，能够实现各种类型和各种规模的全空间数据的存储管理。在此基础上部署PostgreSQL、MongoDB、ElasticSearch及Hadoop数据库，分别存储空间矢量数据、切片数据、监测数据及非结构化数据，全方面管理城市地质调查产生的多源异构数据成果。采用大数据采集技术和存储技术从数据源经抽取、转换、加载到目的端，如各地市在线汇交城市地质调查成果，平台利用ETL等技术形成目的数据；为支撑上层微服务层中数据中台和地质业务中台的搭建，应用大数据处理技术如spark、storm等进行高效率传输、查询、共享数据信息等操作。

（3）微服务层。平台建设采用主流微服务技术架构思想，自动化编排和动态调度资源，提供高效、弹性、稳定的服务。基于中台搭建地质信息化的技术中台、数据中台和业务中台，技术中台是基础技术支撑，提供服务注册、服务发现、负载均衡、弹性伸缩以及认证授权等方面的技术能力，可按需扩展服务，从而保证整个技术架构更开放；数据中台以数据汇聚和数据融合为抓手，基于数据治理统筹建设，建设基于“地上+地表+地下”的全空间数据体系，通过数据API实现“数据+能力”共享开放；业务中台按照“共建、共用、互联、共享”原则，统一包装和抽象可复用的组件资源和服务资源，实现应用快速云上构建，避免重复投资和复杂的日常运维，满足地质业务的快速变化和增长需求。

（4）负载均衡层。基于Web静态资源服务、反向代理等实现资源的弹性扩容、高效容灾，保障平台稳定运行，为用户提供高效、安全的应用服务。

（5）终端应用层。根据平台建设目标，以用户需求为导向，以“生产-管理-应用”为主线开发不同主题的应用系统，为不同用户人群提供高贴合度的地质信息服务，遵循“数字政府”信息化建设要求，以“广东省政务大数据中心”为桥梁，以数据服务、应用服务、接口服务等方式实现政府部门、专业部门间成果共享。

（6）用户层。应用层用户主要为政府部门、专业技术人员和社会公众等，政府部门用户主要以浏览查询地质成果数据服务，以及使用示范应用专题服务为主，辅助其在城市规划、管理等方面提供决策参考信息；为专业技术人员主要提供野外调查、工程施工与试验、地质环境监测等数据信息，以及专业工具软件，如地质数据管理与建库、三维地质建模、地质专业分析评价等，辅助其进行地质成果生产；针对社会公众开发城市地质公众服务子系统，为社会公众提供城市地质基础信息、科普地质专业知识，提供地质特色服务等。

1.3 平台功能设计

1.3.1 专业数据管理与分析系统

以辅助地质专业人员成果生产为目的，开发集数据管理与维护、三维地质建模、地质专业分析评价功能的应用系统，采用C/S架构，部署于云服务器，通过平台门户提供下载使用，主体功能如图2所示。

图2 专业数据管理与分析系统功能设计Fig. 2 Function design of professional data management and analysis system

（1）数据管理与维护子系统。具备数据库初始化、数据入库与更新、数据浏览与分析、数据转换、数据抽取、数据上报与接入、数据输出等功能，负责数据建库与管理全方面工作内容。

（2）三维建模子系统。具备地上景观白模快速构建、精细模型及倾斜摄影模型导入应用，地表地形三维模型快速构建，地下耦合层状地质体快速建模、复杂地质体半自动交互建模及基于地质结构模型构建属性三维模型等功能，负责地上地表地下三维模型构建或接入。

（3）地质专业分析评价子系统。具备地质专业图件制作、地质数据统计、通用综合评价、工程地质专业分析评价、地下三维空间开发利用评价等功能，负责城市地质调查成果二次加工，深度挖掘有价值的信息，为成果应用提供支撑。

1.3.2 成果信息管理与发布系统

以汇聚管理全省城市地质调查成果并提供服务为目的，开发集地上地下二三维数据一体化管理与分析、地质信息综合展示、服务发布与资源运维管理、安全防护、公众服务等功能的应用系统，采用B/S架构，部署在政务外网上，其中城市地质公众服务可通过反向代理技术为互联网用户提供地质信息服务，主体功能如图3所示。

图3 成果信息管理与发布系统功能设计Fig. 3 Function design of achievement information management and release system

（1）地上地下二三维一体化管理分析子系统。具备二、三维数据管理、融合展示、分析、统计汇总、地质信息综合展示等功能，是平台展示城市地质成果的核心系统，负责矢量类成果的展示浏览、属性信息查询、二三维分析及结果统计等工作。地上地下二三维一体化展示技术是该应用系统的关键，包括二维和地上三维数据的融合、二维和地下三维数据的融合，以及二维和地上地下三维三者的融合，难点在于多源三维模型的一体化融合管理，通过统一时空基准、统一数据格式等方式实现，利用平台工具软件三维建模子系统及三维地质模型数据交换格式Geo3DML，实现地上倾斜摄影模型、精细模型、BIM模型、地表地形三维模型与地质三维模型的融合，同时叠加二维矢量数据，实现二维和三维数据的融合。

（2）城市地质公众服务子系统。具备首页导航、发布地质新闻、查看专题地图服务内容、浏览图件资料、科普地质知识及地质勘查项目进度快报等功能，负责为互联网的社会公众提供综合地质信息服务。

（3）服务发布与运维管理、安全防护子系统。具备发布数据服务、应用服务、对接监测设备数据接口服务，统筹管理平台各项资源并监控其状态，提供对授权认证、日志分析、应用访问、数据使用等过程的全方位安全监控等功能。其中服务发布与运维管理子系统基于MapGIS Cloud Manager开发建设，采用云计算技术可有效提升数据服务、应用服务、平台资源的调度效率，促进资料合理利用。

1.3.3 示范应用系统

以深化城市地质成果服务业务应用为目的，开发示范应用系统，采用B/S架构，部署在政务外网，充分利用平台中城市地质调查成果，以及通过共享服务获取其他部门数据服务，为城市规划、建设、管理等业务提供综合地质服务，主体功能如图4所示。

图4 示范应用系统功能设计Fig. 4 Function design of demonstration application system

示范应用系统是在数据管理、展示浏览及基础分析的基础上，为进一步深化数据应用而开发的一系列示范性应用功能，包括提供服务资源清单及调用示例，地质“一张图”浏览、查询、分析、统计等，地质信息综合查询，针对地下空间开发利用、工程选址、规划方案优选等业务提供全流程服务，以及对接地质灾害及地下水监测信息并融入监管流程服务应用。

示范应用系统功能主要服务于实际应用，对web端的服务响应要求快速，因此后台需要应用云计算技术支持前端的要求快速响应，比如地质信息综合查询功能，针对用户需要了解感兴趣区域所有相关地质资料的要求，采用云计算技术分析查询数据库中所有跟该区域有关的二维矢量数据、三维模型、调查表格、文档资料及成果图件等信息，并支持所有查询结果的定位、展示和属性信息查看等功能。同时云计算技术在地下空间开发利用适宜性评价、辅助工程选址、规划方案对比等涉及空间计算、空间分析、空间索引、空间判断的应用中可有效提高计算性能。

2 关键技术

（1）云计算与大数据技术。“数字政府”政务云提供动态扩展的虚拟化资源，支持对多专题、多尺度、多维、异构、海量的城市地质数据的存储管理、分析计算，使用户能够得到高效精准的应用服务；大数据技术是快速提取有价值信息的技术，经过数据筛选、分析预测，形成分析结果，提供辅助决策信息。主要应用于城市地质数据成果的获取、传输、存储、分析评价、共享应用等方面。

（2）多源异构数据高效集成管理。基于GIS中间件和Web Service技术实现多源异构数据集成，GIS中间件集成多种数据源驱动，以注册的方式嵌入到客户软件中，通过动态加载客户需求数据驱动，完成不同GIS软件对多源空间数据访问，从而避免频繁的数据格式转换及数据重构时的数据丢失；Web Service通过对外提供服务接口的方式，让每一个节点同时成为服务提供者与消费者，完成异构系统交互式服务，从而达到在复杂网络情况下数据多源性的互操作及服务实现。

（3）海量三维数据动态快速渲染。针对大范围大数据量的地上、地表、地下三维模型成果展示采用动态快速渲染技术优化浏览效率，通过数据过滤、数据输入输出、数据缓存、数据索引等技术实现数据库数据高效读取；通过数据化简、坐标转换、数据裁剪等技术进行数据处理；利用并行渲染、地图缓存、硬件加速等技术提高渲染效率。

（4）高性能空间分析引擎。高性能空间分析特别是三维分析功能是支撑应用的关键技术，利用基础支撑云管理平台上服务集群管理的技术，将耗时计算量大的空间分析任务进行细粒度的划分，并行地在多个IGServer节点上执行空间分析子任务，待所有任务执行完成，最终将各个子任务的结果进行合并汇总，生成空间分析的结果返回给用户，大大提高了空间分析速率。

3 平台实现

广东省自然资源厅城市地质信息管理服务平台整体部署在政务外网，以“一平台N应用系统”模式提供各项服务，目前平台主要实现了数据汇聚管理、辅助成果生产、三维展示分析、提供地市平台应用等功能，正在推进示范应用及共享服务建设。

3.1 数据汇聚管理

城市地质调查成果按照工作阶段分为野外地质调查、工程施工与试验、地质环境监测及地质成果要素类；按照地质专业又可分为基础地质、工程地质、水文地质等；数据格式多样，有数据表、图件及资料、矢量数据等，在平台“数据目录”可查询所有表格类、非结构化类成果，如野外调查表、钻孔表、监测数据等，在地上地下二三维一体化管理分析子系统中集中展示二维矢量、三维模型数据服务（图5）。

图5 广东省自然资源厅城市地质信息管理服务平台数据汇聚Fig. 5 Data aggregation of Urban Geological Information Management and Service Platform of Guangdong Province

3.2 辅助成果生产

针对地市成果生产需求，集中开发了数据管理与维护子系统、三维建模子系统以及专业分析评价子系统，分别为地质专业人员在进行调查成果生产时提供不同软件功能，有效提交工作效率，保障成果质量。通过平台“专业系统”在线申请下载使用，为各地市城市地质调查成果生产工作提供信息化技术支撑，避免地市重复建设。

3.3 二三维展示分析

平台以地上地下、二维三维一体化展示为基础，可综合展示二维数据，地上、地表、地下三维模型（图6、图7），特别是对地下多源异构三维模型综合展示效果较好，如地质结构模型、属性三维模型、三维钻孔模型、地下建构筑物三维模型等。在综合展示基础上提供三维分析功能，如切割分析、基坑开挖、隧道模拟、虚拟钻孔等，辅助用户了解地质体内部结构并进行统计分析（图7），从而为重大工程选线选址、规划方案对比等业务应用提供基础。

图6 二维与地上地下三维模型展示Fig. 6 Display of 2D data and 3D model of ground and underground

图7 地上地下三维模型展示与分析Fig. 7 Display and analysis of 3D model of ground and underground

3.4 提供地市平台

在省平台基础上搭建地市版城市地质平台（图8），部署在省级平台政务云中，共享省平台政务云资源，地市用户通过统一身份认证登录，成果在线汇交经质检后汇聚于省级城市地质数据库中，实现对全省城市地质调查成果的统一管理。平台提供专业工具软件下载，包括数据管理与维护子系统、三维建模子系统、城市地质专业分析评价子系统，辅助地质专业人员进行成果生产；提供地上地下二三维一体化管理分析子系统及示范应用系统，实现数据管理、成果展示与分析、示范应用服务等功能，并通过权限控制实现不同用户的数据访问权限，保护数据隐私。各地市根据实际需求可进行功能拓展，平台首页提供桌面工具开发、网页应用开发和大数据与云平台等二次开发服务，有效支撑地市信息化工作，避免重复建设。

图8 地市版城市地质平台及功能应用Fig. 8 Urban Geological Platform of city and function application

4 结语

广东省自然资源厅城市地质信息管理服务平台立足于“数字政府”政务云资源，采用具有灵活搭建、避免重复开发优点的“中台+微服务”技术架构，基于大数据管理、服务集群管理、应用集成管理等云平台搭建而成，提供全省城市地质调查成果汇聚管理、专业评价、三维地质建模、展示分析、辅助决策等功能。城市地质数据库依据平台建设的标准规范搭建而成，可满足不同格式、不同内容的地质数据的存储管理，对接广东省自然资源厅一体化数据库，为其补充地下空间地质信息，同时从一体化数据库中获取地上空间信息数据服务，为开展应用提供全面丰富的数据基础。

目前，广东城市地质调查试点城市广州、佛山、河源、惠州、中山，江门新会、清远清城正在开展调查工作，省平台的建设为试点城市提供了标准规范，可有效指导开展调查以及成果生产；基于省平台开发建设的地市版城市地质平台，具有省平台主体功能，可为地市提供数据管理、成果生产、专业分析、展示浏览、成果共享等服务，针对特色需求可进行功能拓展，有效节约地市信息化工作的资金和时间投入；广东省城市地质信息管理服务平台的开发建设还可为其他省份开展相关工作提供参考，特别是基于目前流行的云环境、大数据等技术开展的信息化建设，具有借鉴作用和推广意义。