A 3D geoscience information system framework

Abstract

Texte intégral accessible uniquement aux membres de l'Université de LorraineTwo-dimensional geographical information systems are extensively used in the geosciences to create and analyse maps. However, these systems are unable to represent the Earth 's subsurface in three spatial dimensions. The objective of this thesis is to overcome this deficiency and to provide a general framework for a 3d geoscience information system (GIS) and to contribute to the public discussion about the development of an infrastructure for geological observation data, 3d geomodels, and geoservices. Following the objective, the requirements for a 3d GIS are analysed. According to the requirements, new geologically sensible query functionality for geometrical, topological and geological properties has been developed and the integration of 3d geological modeling and data management system components in a generic framework bas been accomplished. The 3d geoscience information system framework presented here is characterized by the following features: ? Storage of geological observation data and geomodels in a XML-database server. According to a new data model, geological observation data can be referenced by a set of geomodels. ? Functionality for querying observation data and 3d geomodels based on their 3d geometrical, topological, material, and geological properties were developed and implemented as plug-in for a 3d geomodeling user application. ? For database queries, the standard XML query language bas been extended with 3d spatial operators. The spatial database query operations are computed using a XML application server which has been developed for this specific purpose. This technology allows sophisticated 3d spatial and geological database queries. Using the developed methods, queries can be answered like: "Select all sandstone horizons which are intersected by the faults A,B. ". This request contains a topological and a geological material parameter. The combination of queries with other GIS methods, like visual and statistical analysis, allows geoscientific investigations in a novel 3d GIS environment. More generally, a 3d GIS enables geologists to read and understand a 3d digital geomodel analogously as they read a conventional 2d geological map.Les systèmes d'information géographiques bidimensionnels sont très utilisés dans domaine des Sciences de la Terre pour la création et l'exploitation de cartes. Cependant, les GIS 2D ne permettent pas la représentation tridimensionnelle du sous-sol géologique. Le but de cette thèse est de combler cette lacune et de créer les fondements pour un système d'information géographique 3D ainsi que de prendre part au débat publique sur le développement d'infrastructures pour les données géologiques primaires, modèles géologiques 3D, et géoservices. Dans cette perspective, les exigences d'un système d'information géographique 3D seront analysées. En réponse à ces exigences, des possibilités d'interrogation de propriétés géométriques, topologiques et géologiques ont été développées et une intégration orientée composant des logiciels de géomodélisation et des systèmes de gestion des banques de données a été créée. Le cadre du système d'information géographique présenté ici est caractérisé par les éléments suivants: ? Enregistrement de données géologiques primaires et des géomodèles dans des banques de données XML- compatibles. Sur la base d'un nouveau modèle de données, les données géologiques peuvent être référencées par des géomodèles. ? Des fonctionnalités d'interrogation géométrique tridimensionnelle, topologique et géologique portant sur les géomodèles 3D et les données primaires ont été développées et implémentées. ? Le langage XML standard d'interrogation "XQuery" pour interroger les bases de données a été complété par l'ajout d'opérateurs spatiaux. Les opérations d'interrogation spatiale 3D sont calculées au moyen d'un serveur d'applications spécialement développé. Ce nouveau type de technologie permet des interrogations spatiales et géologiques complexes sur les banques de données. Grâce à ces méthodes, des réponses aux interrogations 3D peuvent être apportées, comme par exemple: "sélectionner tous les horizons de grés qui sont affectés par les failles A,B ". La combinaison d'interrogations avec d'autres méthodes SIG, comme par exemple, les analyses visuelles ou statistiques, permettent des travaux géologiques dans un nouveau cadre SIG. Dans un sens plus général, un SIG 3D permet aux géologues, de la même façon que pour des cartes géologiques 2D conventionnelles, de comprendre des modèles géologiques 3D