从2d纸质地质图到3d地质模型

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1、从2D纸质地质图到3D地质模型-地质信息表达方式的重大突破姜作勤中国地质调查局发展研究中心北京市西城区阜外大街45号院,100037摘要：从1815年由英国地质学家WilliamSmith编辑的世界上第一幅描述英格兰、威尔士与苏格兰的地质构造及地层关系的地质图出版起，2D纸质地质图一直是地质信息的重要表现形式。随着IT的发展，特别是计算机辅助制图CAD技术、GIS技术及3D地质建模技术的发展，地质信息的表达方式不断进步，实现了从2D纸质地质图、数字地质图、地质图空间数据库+数字地质图到3D地质模型的3次重大突破。本文简要分析上述3次突破的产生与特点。关键字：地质信息表

2、达、3D地质模型、3D地质建模1引言2D地质图是基于同一平面坐标参照系，按一定的比例尺将工作区内的各种地质体（地层、岩体、矿体等）及地质现象（断层、褶皱等）的分布及其相互关系，垂直投影到同一水平面上，用以反映区内地壳表层的地质特征。从1815年由英国地质学家WilliamSmith编辑的世界上第一幅描述英格兰、威尔士与苏格兰的地质构造及地层关系的地质图出版起，由于技术的限制，2D纸质地质图一直是地质信息的主要表现形式。不仅是研究的基础，更是为社会与经济发展服务的重要内容。随着IT的发展，特别是计算机技术、计算机辅助制图（CAD）技术、GIS技术及3D地质建模技术的发展

3、，地质信息的表达实现了从2D纸质地质图、数字地质图、地质图空间数据库+数字地质图到3D地质模型的3次重大突破。2从纸质地质图到数字地质图是地质信息表达方式的第一次突破上个世纪70年代数字制图技术已进入了实用阶段，英国地质调查局BGS1971年就采用计算机辅助的方法出版了第一幅彩色地质图（图1）（姜作勤，1999）。德国地学与资源研究院BGR1977年购置了德国ARISTO公司生产的CD400自动制图系统，开始采用计算机辅助的方法编制与出版地质图。美国地调所经过几年的准备，于1977年正式开始全国数字制图数据库的建设工作。80年代开始，不仅发达国家，包括发展中国家如希腊

4、、泰国等都在不同程度上采用数字制图技术生产地学图件（姜作勤，1994）。90年代中期开始，在发达国家，数字制图这种新的工作方式不仅纳入了地质图的生产流程，且开始占统治地位（姜作勤，1996a）。美国地质调查局USGS在1995年向国际制图协会提交的国家报告（TerryA.Slocum,1995）指出，在被调查的单位中，即使声称仍有很大的比例采用传统手工方式进行制9图的单位中，其比例也已低于50%，这就意味着，数字制图技术已在地质图的生产中占据了统治地位，正在从根本上改变传统的制图方式。图1世界上第一幅地质图CAD技术的开发与成功应用使数字地质图应运而生。这种以计算机可

5、读的形式存储的地质图与传统手工方式相比，大大减少了制图工序、缩短了地质图出版周期，不仅降低成本，提高了效率，且易于修编与共享，可根据要求随时生成纸质图件。可以说这是地质信息表达方式的第一次突破。1地质图空间数据库+数字地质图是地质信息表达方式的第二次突破起源于上个世纪60年代，80年代中期开始在地学领域逐步得到广泛应用的GIS技术具有综合管理、集成与分析地质、地球物理、地球化学及遥感等多元地学信息的能力。美国、加拿大与澳大利亚等发达国家的地质调查机构自80年代中期先后开始的新一代地质填图，其核心是采用多学科填图的方法，应用GIS与CAD技术建立地质图空间数据库，生产数

6、字地质图（姜作勤，1996b）。地质图空间数据库成为地质图和地质报告的配套产品，共同组成地质调查的标准产出，地质图空间数据库成为地质信息的重要表现形式（图2）。9图2地质图空间数据库+数字地质图基于GIS的地质图空间数据库除了与数字地质图一样，采用统一的坐标参照系，将地质实体与现象抽象为点、线与面几何元素，用以表达地质体之间的位置与几何形态外，还具有下列特点：（1）用拓扑关系表达地质体之间的相邻、组成、压盖、包含等空间关系；（2）设计合理的数据模型描述与存储专题属性。这些属性不仅包括地质图中的信息，还包括地质报告中关于地层、构造与岩性等与应用有关的的重要专题属性；（3

7、）采用信息分类编码技术，对专题属性信息的语义进行规范。对具有隶属关系的属性如地层等采用层次编码的方法进行编码，提高查询检索的效率。这些特点构成了地质图空间数据库与数字地质图最本质的差别。由于建立了空间数据库，在GIS及基于GIS开发的各种分析处理软件的支持下，就能够通过各种空间、属性或空间与属性的组合检索，实现对任意区域（如图幅、行政区划、研究区等）的空间和属性信息的有效提取，实现多种空间分析，包括地形分析、叠置分析、缓冲区分析、网络分析、统计与空间统计分析等，支持充分利用已有信息，进行离线或在线的编图，进行计算机辅助矿产、能源与水的资源评价、工程稳