扩展GeoSciML的三维地质模型数据共享初步研究

3D(three-dimensional) geological mapping and modeling is becoming an important part of the geological survey work. Data exchange and sharing of 3D geological model is still in the exploratory study and practice. Lack of standards, it is difficut to exchange and share data easily between different methods or geological modeling tools. It has become an important issue for the geological survey institutions. GeoSciML is commonly used in recent years by the international geoscience organizations and geological survey institutions to deal with the issue. This research subject will be closely tracking the progress of research in this field, combined with the geological survey in China , and carries out exploratory research and practice in data sharing of 3D geological model. By systematically studying and analyzing the problems and extension methods of GeoSciML in support of data exchange and sharing of 3D geological model,the subject will focus on the GeoSciML extension in expression of 3D spatial data, geofeature organizations and property management, developing a experimental framework to realize the share service of 3D model and prove the extension rationality.This work will provide a basis for the realization of data integration and share service of 3D geological model.

三维地质填图与建模正成为地质调查工作的一项重要内容，而三维地质模型数据的交换和共享还处于探索性研究和实践阶段，数据共享规范还很缺乏，方便地实现不同建模方法或工具所生成地质模型的数据交换和共享服务已成为国内外地质调查机构所面临的一个重要问题。GeoSciML是近年来国际地学组织和国外地质调查领域普遍使用的一种交换和共享地学数据的方式。本课题将紧密跟踪这一领域研究进展，针对即将面临的三维地质模型共享问题，结合我国地质调查和地学信息共享实际情况，进行探索性的研究和实践。通过系统研究分析GeoSciML在支持三维地质数据的交换和共享中的问题和扩展方法，重点实现GeoSciML在要素对象组织和属性管理、三维空间数据表达等方面的扩展，并构建实验性的共享服务框架进行GeoSciML扩展的合理性论证，为实现三维地质模型数据的集成和共享服务提供基础。

随着三维地质建模方法的逐渐成熟与广泛应用，对地质模型数据的信息集成与服务的需求越来越强烈。然而，地质信息领域的理论研究还非常少，缺少三维地质模型的规范描述和形式化表达等基础性研究，数据共享规范还很缺乏。实现不同建模方法或工具所生成地质模型的数据交换和共享服务已成为国内外地质调查机构所面临的一个重要问题。本研究首先分析了GeoSciML等进行地质数据交换和共享中存在的问题，发现GeoSciML实现通用地质概念模型层次表达和数据结构规范化定义，不涉及三维地质模型空间几何数据的定义。现有规范进行数据交换与共享的方式主要是以单个地质对象的以及简单数据集合为主，缺乏对模型整体性表达和地质对象之间关系的完整描述。其次进行了三维地质模型规范化表达的探索性研究。运用点集理论和点集拓扑学提出了三维地质结构模型的形式化表达方法，对不同类型的地学对象进行了数学描述和定义；基于9交模型详细阐述了地质界限、地质构造和地质单元之间的空间关系；给出了三维地质结构模型的空间合理性条件。第三、将钻孔、剖面以及三维地质模型看做是对地下空间的不同维度认识和表达，这些数据反映的地质认识形成地质模型 (geomodel)，具有相同的结构和数据组织方法，构建了一个统一的数据模型，称为A semantic- linked topological model （SLTM），来解决地质模型的标准化表达，实现数据交换、管理、共享和应用中的不同需求，分析了不同需求下的四层地质模型标准化条件和规范性约束(Level 1-4)，并指出地质模型数据交换和共享阶段要求模型组织上能够反映同一地质认识，地质对象表达和模型拓扑结构组织需要满足Level 1或者level 2。最后，结合中国地调局数据管理与服务应用，编制了三维地质模型数据交换格式标准（Geo3DML）和开发了相应网络验证平台。本研究对三维地质模型数据交换和共享的描述方法也对地质模型的规范表达、质量检查和基于模型的分析具有一定的指导作用。