Geologisen 3D-paikkatiedon hallinta
Kirjoittaja: Eeva-Liisa Laine, Geologian tutkimuskeskus
Artikkeli pdf-muodossa (Positio 1/2010)
Malmivarojen helpottuu kolmiulotteisella mallinnuksella. Se edellyttää metatietoja sekä aineistosta että mallista ja kehittynyttä tiedonhallintajärjestelmää.
Geologinen mallinnus on mielenkiintoista ja hyvin haastavaa, sillä suora tieto maan pinnan alla olevasta maa- ja kallioperästä on vähäistä ja hajanaista. Lisäksi geologisen tiedon käyttötarve on laajaa ja monipuolista.
Aineistojen ja sovellusten kehittyessä myös kolmiulotteisen paikkatiedon hyödyntäminen on lisääntymässä. Geologista tietoa voidaan käyttää entistä laajemmin aloilla, joissa sen 3D-luonne on tärkeä, kuten maankäytön suunnittelussa, kalliorakentamisessa ja ympäristötutkimuksissa. Perinteisesti 3D-tiedonhallintaa on käytetty malmiesiintymien mallinnuksessa ja arvioinnissa.
Koska geologisista ilmiöistä ja ominaisuuksista ei ole täydellistä tietoa ajassa tai avaruudessa, on ilmiötä mallinnettava ”täytettäviin aukkoihin”. Tästä klassisin esimerkki on malminarviointi, jossa kalliosta otettujen kairausnäytteiden avulla päätellään kairausten välisten alueiden malmipitoisuuksia.
Vastaavanlaiseen ongelmaan törmätään saastuneiden maa-alueiden tapauksissa, joissa lika-ainepitoisuuksien analysointi on kallista. Siksi saastuneisuus mallinnetaan rajallisesta aineistosta käyttäen erilaisia interpolointimenetelmiä. Erittäin haasteellista on kallion rikkonaisuusominaisuuksien arvioiminen kalliotiloja suunniteltaessa, kun kallion rakoilusta on tietoa vain maanpinnalta ja kairarei’istä. Yksi tärkeä esimerkki tällä hetkellä suunnitteilla olevista kalliotiloista on Olkiluodon ydinjätteiden sijoitustila.
Olioperustainen tietokanta relaatiota parempi
Mittaus- ja havaintotietoa tallennetaan Geologian tutkimuskeskuksessa niin kutsuttuun Geotietoytimeen, joka on järjestelmä 2D-paikkatiedon hallintaan. Järjestelmän avulla hallitaan keskeisten tuotantoprosessien tietovirtoja kokonaisuutena maastosta käyttäjille. Tämä tarkoittaa yhtenäisiä tietomalleja, tiedonkeruuta, tallennusta, varastointia ja jakelua.
3D-paikkatieto sisältää periaatteessa samoja elementtejä kuin 2D-paikkatieto, mutta kohteet ja niiden geometria ja topologia ovat paljon vaikeammin määriteltäviä ja hallittavia. Suurin ero 3D- ja 2D-tietokantojen välillä koskee nimenomaan kannan toimintoja, funktioita ja laskentaa. Volyymilaskenta tehdään luonnollisesti vain 3D-aineistoista. Valmiita 3D-GIS-ohjelmistotuotteita on niukasti.
3D-paikkatiedon hallinta edellyttää kehittynyttä tiedonhallintajärjestelmää (DMBS). Relaatiotietokanta soveltuu huonommin 3D-paikkatiedon taltiointiin kuin olioperusteinen kanta. Perusoliot ja niiden ominaisuudet voidaan luokitella geologian avulla, esimerkiksi stratigrafia, siirrokset, raot, poimut, intruusiot jne. Näille olioille on ominaista niihin liittyvä suuri epävarmuus, koska monimutkaiset ja vaikeasti ennustettavat geologiset rakenteet tulkitaan useimmiten hajanaisista havainnoista maanpinnalla ja melko kaukana toisistaan sijaitsevista kairareikätiedoista maan alla.
Kun havainto- ja numeerisesta aineistosta johdettuja geologisia malleja tai niiden osia tallennetaan tietokantaan, tiedostomuodon tulisi olla mahdollisimman iätön ja riippumaton nykyisistä 3D-mallinnusohjelmista. Ideaalitilanteessa tallennetun aineiston pohjalta 3D-rakenteet voidaan tuottaa uudelleen tulevaisuuden tietotekniikalla tarkan kuvailutiedon avulla.
Geologisessa 3D-mallinnuksessa tukeudutaan paljon geologisiin teorioihin ja hypoteeseihin, mikä edellyttää sekä datan että mallien metatietoa. Esimerkkinä merkittävistä geologisista teorioista ovat laattatektoniikkateoria ja kvartäärimuodostumien ymmärtämisessä teoria jääkausista.
Euroopan mineraalivarat yhteiseen tietokantaan
Geologian tutkimuskeskus on keskeisenä osallistujana kansainvälisessä ProMine-hankkeessa. Hankkeen tavoitteena on muun muassa vähentää EU:n riippuvuutta metallien tuonnista, mutta myös auttaa yrityksiä kehittämään mineraaleista uusia, nanoteknologiaan perustuvia tuotteita.
Syvällä EU-maiden kallioperässä on valtavasti hyödyntämättömiä mineraaleja. Noin 500–1 000 metrin syvyydeltä löytämättömien mineraalien in situ -arvoksi on arvioitu sata miljardia euroa. Jotta mineraalivarannot olisivat tarpeen tullen käytettävissä mahdollisimman järkevästi ja tehokkaasti, niistä tarvitaan kunnollinen tietokanta. Projektiin liittyy tärkeänä osana Vihanti-Pyhäsalmi –alueen 3D-/4D-mallinnus. Projektin yhtenä tavoitteena on rakentaa 3D-tietokanta, johon projektin aikana eri puolilla Eurooppaa olevista mineralisoituneista vyöhykkeistä tehdyt 3D-mallit voi koota. Tämä kokemus auttanee myös geologisen 3D-tiedonhallinnan suunnittelua Suomessa.
Kirjoittaja on Tekniikan tohtori ja toimii erikoistutkijana Geologisessa tutkimuskeskuksessa Espoossa geologisen 3D-mallinnuksen kehittäjänä. Hän toimii myös geomatematiikan dosenttina Aalto-yliopiston Teknillisessä korkeakoulussa. Sähköposti: eevaliisa.laine[ät]gtk.fi
Kirjallisuutta: Marcus Apel, 2006: From 3d geomodelling systems towards 3d geoscience information systems: Data model, query functionality and data management. Computers & Geosciences 32 (2006) 222–229.