城市地质环境时空透视与大数据融合关键技术

The problems of urban geological environment have become one of the bottlenecks of safe operation and sustainable developments in Chinese cities. However, the large scale static survey data as well as the dynamic and real-time monitoring data have not yet realized the integrated utilization, which due to the lack of data link and sharing service platform to implement the acquisition, management, modeling, fusion and mining of multi-source and heterogeneous spatio-temporal big data of the urban geological environment. This project intends to integrate the relevant data of urban basic geology, hydrogeology, engineering geology, environmental geology, hazard geology and dynamic monitoring. On this basis, the further research mainly focuses on the architecture of high performance processing platform to support off-line and realtime collaborative computing, the distributed index and dynamic scheduling mechanism, the dynamic and fine 3D modeling technologies of multi-scale geological structures as well as the data fusion and multi-subject mining method of the geological spatio-temporal big data on the Tianhe-2 supercomputing platform. The main goals of this study include the construction of the key data processing chain in relation to the integration of multi-source data, the efficient organization and management for spatio-temporal data, the dynamic 3D modeling as well as the data fusion, mining and analysis, while the establishment of system prototype for the spatio-temporal perspective and big data fusion and mining of urban geological environment. As a typical application case, the effectiveness and reliability of this study will be tested through building dynamic and multi-scale 3D geological models in the whole city area of Shenzhen to support the monitoring and early warning of urban geological hazard, water environment, soil pollution, and so on. It is expected that this study will enrich and improve the core technologies and methodologies of big data processing and analysis for urban geological environment.

城市地质环境问题已成为我国城市安全运行和可持续发展的瓶颈之一，但是目前海量的地质环境静态勘察数据和动态实时监测数据尚未充分统合利用，缺乏能实现多源异质异构地学时空大数据的采集、管理、建模、融合挖掘的数据链和共享服务平台。本项目拟整合城市基础地质、水文地质、工程地质、环境地质、灾害地质和动态监测相关数据，以“天河二号”超级计算机为平台，开展城市地质大数据离线与实时计算协同的高性能处理平台架构、分布式索引与动态调度机制、多尺度地质体的动态精细三维建模技术以及地质时空大数据融合与多主题挖掘方法研究，构建多源数据集成—时空数据高效组织管理—动态三维建模—融合挖掘分析的关键数据处理链条，建立城市地质环境时空透视和大数据融合挖掘平台系统原型，并通过深圳市的全市域动态多尺度三维地质模型构建支持城市地质灾害、水环境和土壤污染等城市地质环境的监控与预警应用示范。预期该研究能够丰富和完善城市地质环境时空大数据处理与分析的核心技术方法体系。

城市地质环境问题已成为我国城市安全运行和可持续发展的瓶颈之一，但是目前海量的地质环境静态勘察数据和动态实时监测数据尚未充分统合利用，缺乏能实现多源异质异构地学时空大数据的采集、管理、建模、融合挖掘的数据链和共享服务平台。因此，本项目重点开展了以下4个方面的研究：①提出了基于超算环境的地质时空大数据高性能处理平台架构，为集成分布式地质时空大数据引擎、三维地质建模组件、三维地质可视化组件、地质时空数据融合与挖掘组件和实现城市地质环境专业应用软件开发等提供高性能平台支撑；②发展了地质时空大数据分布式索引与动态调度机制，为多源多维异构异质地质时空大数据一体化存储、管理和调度提供了高性能的数据访问接口，满足高并发检索和数据快速、动态更新需求；③研发了大规模多尺度地质体的动态、精细三维建模和可视化技术，实现了对大规模高精度三维城市地质模型的高效自动构建，为城市地质环境大数据的集成管理与分析挖掘提供了载体；④提出了多主题动态地质时空大数据融合与挖掘方法，支持超算环境下的城市地质环境动态监测数据相关分析及数据挖掘，为地质时空数据的深度应用提供了支持。通过项目研究构建了多源数据集成—时空数据高效组织管理—动态三维建模—融合挖掘分析的关键数据处理链条，丰富和完善了城市地质环境时空大数据处理与分析的核心技术方法体系。以深圳市基础地质、地质灾害监测等地质环境大数据为基础，在天河二号超算平台的支持下，建立了城市地质环境时空透视和大数据集成、融合、挖掘和共享的系统原型。相关成果累计发表领域高水平学术期刊和会议论文107篇，申请国家发明专利26项（获授权10项），获批软件著作权7项；培养博士研究生6人、硕士研究生41人；项目相关成果应用于高性能地理信息系统的研制、城市基础地质调查、城市地质灾害监控与预警、省域玻璃国土建设等重要工程应用，获得了国家科技进步奖二等奖1项、省部级科技奖4项。