地表基質(zhì)層指當(dāng)前出露于地球陸域地表淺部或水域水體底部，主要由天然物質(zhì)經(jīng)自然作用形成，正在或可以孕育和支撐森林、草原、水等各類自然資源的基礎(chǔ)物質(zhì)，是地球多圈層交互最為頻密的空間，也是維系地球生態(tài)系統(tǒng)功能，促進人與自然和諧共生的物質(zhì)基礎(chǔ)。
2020年1月，自然資源部出臺的《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案》首次提出地表基質(zhì)概念，明確構(gòu)建自然資源立體時空模型，對地表基質(zhì)層、地表覆蓋層和管理層數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織，通過坐標(biāo)與地下資源層建立聯(lián)系，支撐自然資源精細(xì)化綜合管理。這是我國自然資源綜合調(diào)查業(yè)務(wù)體系重構(gòu)中的一個重要創(chuàng)新，既體現(xiàn)了自然資源部相關(guān)部門在構(gòu)建新時代自然資源統(tǒng)一調(diào)查業(yè)務(wù)體系、支撐服務(wù)自然資源部自然資源“兩統(tǒng)一”職能上所具有的前瞻性、戰(zhàn)略性和系統(tǒng)性視野，也體現(xiàn)了對新時代生態(tài)文明建設(shè)思想、“山水林田湖草是一個生命共同體”理念和自然資源科學(xué)規(guī)律的深刻認(rèn)識和全面理解。
圖片來源：自然資源部《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案》
數(shù)據(jù)模型是自然資源三維立體時空數(shù)據(jù)庫建設(shè)的關(guān)鍵。地表基質(zhì)層作為自然資源調(diào)查監(jiān)測成果分層中的重要一層，為達到自然資源地表基質(zhì)層調(diào)查成果效益最大化，可構(gòu)建地表基質(zhì)層立體時空數(shù)據(jù)模型，將數(shù)據(jù)模型與調(diào)查屬性綁定，預(yù)測地表基質(zhì)層變化情況及發(fā)展趨勢，綜合分析自然資源、生態(tài)環(huán)境與區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展整體情況，推動成果數(shù)據(jù)共享應(yīng)用，提升服務(wù)效能。
地表基質(zhì)層特點
地表基質(zhì)層的范圍覆蓋固體地球表面，包括陸域和海域全部國土空間，由4類3級分級體系構(gòu)成，其中一級類劃分為巖石、礫質(zhì)、土質(zhì)、泥質(zhì)4類不同類型，二級類劃分為14類，地表基質(zhì)層內(nèi)存在的水、有機質(zhì)、生物、微生物等附屬物質(zhì)及其物理化學(xué)性質(zhì)，亦是地表基質(zhì)調(diào)查的重要內(nèi)容。由于地表基質(zhì)層的本身特性，地表基質(zhì)層各組成地層較薄，層序不明顯，其可視化具有一定的難度。此外，地表基質(zhì)層位于地表覆蓋層之下，對自然資源整體保護、系統(tǒng)修復(fù)以及綜合治理都至關(guān)重要，需要結(jié)合地表地形、建筑物等進行一體化融合展示分析，輔助自然資源科學(xué)管理與國土空間統(tǒng)一規(guī)劃。
地表基質(zhì)層概念示意圖
地表基質(zhì)層三維建模工具
針對地表基質(zhì)層地層超薄、層序不明顯、可視化困難的特點，中地數(shù)碼研發(fā)了專門服務(wù)于地表基質(zhì)三維建模工作的專業(yè)工具軟件——MapGIS地表基質(zhì)建模工具，建模工具集數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢查、模型構(gòu)建、高效可視化、三維分析、成果輸出、用戶協(xié)同于一體，實現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)體形態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造的高效表達，為地質(zhì)模型數(shù)字化和可視化提供有力支撐。針對地表基質(zhì)層調(diào)查過程中產(chǎn)生的地質(zhì)鉆孔、地質(zhì)剖面、高程點、基巖埋深等值線、基巖出露區(qū)、基巖出露區(qū)等高線等多源地質(zhì)數(shù)據(jù)，提供一系列的建模工具，可根據(jù)實際數(shù)據(jù)情況及建模精度要求選擇合適的建模方法，輔助用戶快速構(gòu)建三維地質(zhì)模型，實現(xiàn)地表基質(zhì)的物質(zhì)成分類型、含量、質(zhì)量及其存在狀態(tài)的可視化表達。
● 地表基質(zhì)層結(jié)構(gòu)模型自動構(gòu)建——高效率建模
根據(jù)用戶提供的地質(zhì)數(shù)據(jù)，逐層構(gòu)建地表基質(zhì)層三維地質(zhì)體模型，每一層地層依據(jù)專家經(jīng)驗單獨選擇不同建模方法構(gòu)建地質(zhì)體，多層地質(zhì)體構(gòu)成地質(zhì)模型。地質(zhì)圖、地形數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、剖面數(shù)據(jù)、地球物理數(shù)據(jù)等任意數(shù)據(jù)均可參與建模，模型成果能夠準(zhǔn)確表達地表基質(zhì)層土體類型、成土母質(zhì)、土體顏色、風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)、巖石產(chǎn)狀。
含透鏡體、尖滅的三維地表基質(zhì)層模型成果圖
● 地表基質(zhì)層結(jié)構(gòu)模型交互構(gòu)建——高精度建模
采用“分而治之”的思想，對地質(zhì)體建模中每個單元采用人機交互的建模方法，將地質(zhì)專家的認(rèn)識充分融入建模過程，最后完成所有單元的地質(zhì)模型的合并，完整表達褶皺、斷層、溶洞等各種復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造。
含褶皺、斷層構(gòu)造的結(jié)構(gòu)模型成果圖
● 地表基質(zhì)層網(wǎng)格剖分屬性建模——表述空間屬性
網(wǎng)格剖分屬性建模用于地質(zhì)體內(nèi)物理、化學(xué)屬性值和其它地質(zhì)參數(shù)的三維空間分布規(guī)則化建模。基于地表基質(zhì)層三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型進行網(wǎng)格剖分，支持百億級多精度網(wǎng)格的快速剖分和高效渲染，結(jié)合MapGIS精準(zhǔn)高效的并行插值方法，實現(xiàn)屬性模型快速構(gòu)建，表述空間分布特征、物理特征、化學(xué)特征、成分特征、生物特征等地表基質(zhì)基本屬性特征指標(biāo)，例如不同元素或化合物分布及含量、土體物理性質(zhì)（滲透性、膨脹性、壓塑性）、地下水、有機質(zhì)、生物、微生物等，支撐地球物理、地球化學(xué)、地質(zhì)環(huán)境等領(lǐng)域的三維空間屬性研究。
網(wǎng)格剖分
屬性模型
針對構(gòu)建的地表基質(zhì)層三維模型，支持進行模型融合展示與分析，了解地表基質(zhì)層含水特征、景觀屬性、氣候或氣象特征、生態(tài)屬性、變化趨勢等，掌握人類活動、自然變化對地表基質(zhì)層、地表覆蓋層的影響制約因素。其成果可以為自然資源管理、生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)、農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)、健康中國建設(shè)、碳儲碳匯潛力等提供服務(wù)，為科學(xué)決策和嚴(yán)格管理提供依據(jù)。
地表基質(zhì)層調(diào)查是自然資源調(diào)查監(jiān)測工作的新領(lǐng)域，其工作標(biāo)準(zhǔn)、工作方法、工作內(nèi)容等均需要開拓創(chuàng)新，調(diào)查成果表達難，表達內(nèi)容、表達形式、為誰服務(wù)等系列問題有待解決。中地數(shù)碼多年來在地質(zhì)信息化領(lǐng)域不斷鉆研精進，沉淀積累了一系列建模方法，不斷將地質(zhì)信息化科技成果轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用助力地質(zhì)行業(yè)實踐。地表基質(zhì)層信息化建設(shè)是一個全新的挑戰(zhàn)，中地數(shù)碼將在以往的實踐基礎(chǔ)上不斷進行技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)字賦能，匹配最適合地表基質(zhì)層三維可視化的建模方法，助力其數(shù)據(jù)與成果提升我國自然資源管理能力和國土空間整體規(guī)劃科學(xué)水平，支撐解決制約生態(tài)環(huán)境修改治理關(guān)鍵問題。
