揭开地表基质层神秘面纱——MapGIS地表基质三维建模工具

地表基质层指当前出露于地球陆域地表浅部或水域水体底部，主要由天然物质经自然作用形成，正在或可以孕育和支撑森林、草原、水等各类自然资源的基础物质，是地球多圈层交互最为频密的空间，也是维系地球生态系统功能，促进人与自然和谐共生的物质基础。

2020年1月，自然资源部出台的《自然资源调查监测体系构建总体方案》首次提出地表基质概念，明确构建自然资源立体时空模型，对地表基质层、地表覆盖层和管理层数据统一组织，通过坐标与地下资源层建立联系，支撑自然资源精细化综合管理。这是我国自然资源综合调查业务体系重构中的一个重要创新，既体现了自然资源部相关部门在构建新时代自然资源统一调查业务体系、支撑服务自然资源部自然资源“两统一”职能上所具有的前瞻性、战略性和系统性视野，也体现了对新时代生态文明建设思想、“山水林田湖草是一个生命共同体”理念和自然资源科学规律的深刻认识和全面理解。

图片来源：自然资源部《自然资源调查监测体系构建总体方案》

数据模型是自然资源三维立体时空数据库建设的关键。地表基质层作为自然资源调查监测成果分层中的重要一层，为达到自然资源地表基质层调查成果效益最大化，可构建地表基质层立体时空数据模型，将数据模型与调查属性绑定，预测地表基质层变化情况及发展趋势，综合分析自然资源、生态环境与区域高质量发展整体情况，推动成果数据共享应用，提升服务效能。

地表基质层特点

地表基质层的范围覆盖固体地球表面，包括陆域和海域全部国土空间，由4类3级分级体系构成，其中一级类划分为岩石、砾质、土质、泥质4类不同类型，二级类划分为14类，地表基质层内存在的水、有机质、生物、微生物等附属物质及其物理化学性质，亦是地表基质调查的重要内容。由于地表基质层的本身特性，地表基质层各组成地层较薄，层序不明显，其可视化具有一定的难度。此外，地表基质层位于地表覆盖层之下，对自然资源整体保护、系统修复以及综合治理都至关重要，需要结合地表地形、建筑物等进行一体化融合展示分析，辅助自然资源科学管理与国土空间统一规划。

地表基质层概念示意图

地表基质层三维建模工具

针对地表基质层地层超薄、层序不明显、可视化困难的特点，中地数码研发了专门服务于地表基质三维建模工作的专业工具软件——MapGIS地表基质建模工具，建模工具集数据导入、数据处理、数据检查、模型构建、高效可视化、三维分析、成果输出、用户协同于一体，实现了复杂地质体形态、地质构造的高效表达，为地质模型数字化和可视化提供有力支撑。针对地表基质层调查过程中产生的地质钻孔、地质剖面、高程点、基岩埋深等值线、基岩出露区、基岩出露区等高线等多源地质数据，提供一系列的建模工具，可根据实际数据情况及建模精度要求选择合适的建模方法，辅助用户快速构建三维地质模型，实现地表基质的物质成分类型、含量、质量及其存在状态的可视化表达。

● 地表基质层结构模型自动构建——高效率建模

根据用户提供的地质数据，逐层构建地表基质层三维地质体模型，每一层地层依据专家经验单独选择不同建模方法构建地质体，多层地质体构成地质模型。地质图、地形数据、钻孔数据、剖面数据、地球物理数据等任意数据均可参与建模，模型成果能够准确表达地表基质层土体类型、成土母质、土体颜色、风化壳结构、岩石产状。

含透镜体、尖灭的三维地表基质层模型成果图

● 地表基质层结构模型交互构建——高精度建模

采用“分而治之”的思想，对地质体建模中每个单元采用人机交互的建模方法，将地质专家的认识充分融入建模过程，最后完成所有单元的地质模型的合并，完整表达褶皱、断层、溶洞等各种复杂地质构造。

含褶皱、断层构造的结构模型成果图

● 地表基质层网格剖分属性建模——表述空间属性

网格剖分属性建模用于地质体内物理、化学属性值和其它地质参数的三维空间分布规则化建模。基于地表基质层三维地质结构模型进行网格剖分，支持百亿级多精度网格的快速剖分和高效渲染，结合MapGIS精准高效的并行插值方法，实现属性模型快速构建，表述空间分布特征、物理特征、化学特征、成分特征、生物特征等地表基质基本属性特征指标，例如不同元素或化合物分布及含量、土体物理性质（渗透性、膨胀性、压塑性）、地下水、有机质、生物、微生物等，支撑地球物理、地球化学、地质环境等领域的三维空间属性研究。

网格剖分

属性模型

针对构建的地表基质层三维模型，支持进行模型融合展示与分析，了解地表基质层含水特征、景观属性、气候或气象特征、生态属性、变化趋势等，掌握人类活动、自然变化对地表基质层、地表覆盖层的影响制约因素。其成果可以为自然资源管理、生态环境保护修复、农林牧业生产、健康中国建设、碳储碳汇潜力等提供服务，为科学决策和严格管理提供依据。

地表基质层调查是自然资源调查监测工作的新领域，其工作标准、工作方法、工作内容等均需要开拓创新，调查成果表达难，表达内容、表达形式、为谁服务等系列问题有待解决。中地数码多年来在地质信息化领域不断钻研精进，沉淀积累了一系列建模方法，不断将地质信息化科技成果转化为实际应用助力地质行业实践。地表基质层信息化建设是一个全新的挑战，中地数码将在以往的实践基础上不断进行技术创新，数字赋能，匹配最适合地表基质层三维可视化的建模方法，助力其数据与成果提升我国自然资源管理能力和国土空间整体规划科学水平，支撑解决制约生态环境修改治理关键问题。