3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 211 Espoo 69/2014 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 3D-tiimin plsta toimittanut Eevaliisa Laine 3D-tiimin 3D-tiedonhallintatyöskentelyssä olivat mukana: Soile Aatos Niina Ahtonen Ossi Ikävalko Esa Kauniskangas Esko Koistinen Eevaliisa Laine Mirva Laine Katja Lalli Eero Lampio Anneli Lindh Jouni Luukas Mira Markovaara-Koivisto Tero Niiranen Markku Paananen Jukka-Pekka Palmu Antti Pasanen Ilkka Suppala Salla Valpola Jouni Vuollo Marit Wennerström

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro Tekijät Eevaliisa Laine (toim.), Soile Aatos, Niina Ahtonen, Ossi Ikävalko, Esa kauniskangas, Esko Koistinen, Mirva laine, Katja Lalli, Eero Lampio, Anneli Lindh, Jouni Luukas, Mira Markovaara-Koivisto, Tero Niiranen, Markku Paananen, Jukka-pekka Palmu, Antti Pasanen, Ilkka Suppala, Salla Valpola ja Marit Wennerström Raportin nimi 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa Raportin laji Toimeksiantaja Tiivistelmä Geologiset mallit tulisi voida tallentaa tietokantaan sekä geometrisina objekteina että blokkimalleina. Malleihin tiulisi liittää myös epävarmuuden arviointi ja visualisointi käyttäen esimerkiksi tilastollisia menetelmiä. Merkityksellistä on myös että eri alojen geoasiantuntijoita on ollut mukana 3D-mallinnuksessa. FME on tärkeä työkalu aineiston muuntamiseksi sellaisiksi, että niitä voidaan käyttää eri ohjelmistoissa. Erittäin tärkeää on myös 3-ulotteisten kappaleiden koordinaatistonmuunnosten hallinta ja oikeellisuus. Jotta 3Dmallinnustuotteita voisi käyttää fysikaalisessa laskennassa, erilaisten blokkimallien luonti että käsittely pitäisi olla hallinnassa.3dmallien visualisointi verkossa sekä talletettujen fysikaalisten prosessien 4D-animaatioiden esittäminen pitäisi myös olla mahdollista. Fysikaalisten ja geokemiallisten ominaisuuksien esittämiseksi on kehitetty nk. CEM-malli. CEM ( common earth model ) mallia perustellaann sillä, että 3D-mallin pitäisi olla yhteismitallinen olemassaolevan geologisen ja geofysikaalisen informaation kanssa. Geofysikaalista inversiota voidaan käyttää mallin tekemisessä. Tämä mallityyppi voi olla osana 3D-tiedonhallintaa. Joillakin alueilla kuten Outokummun alue, se saattaa olla järkevä työkalu kun tehdään pääasiassa geofysikaalista inversiota. Tällainen 3D-yhtenäismalli olisi mahdollista luoda 3D-tietokannasta esimerkiksi malminetsinnän ja taajamageologian tarpeisiin. Yhdyskuntarakentamisen tutkimusohjelmassa olevan maankamaramallin suhde 3D-tiedonhallintaan on myös selvitettävä. Maankamaramalli on tavallaan yhtenäismallin erikoistapaus. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) 3D-tiedonhallinta, Suomi, kallioperä, maaperä, CEM, yhtenäismalli Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Karttalehdet Muut tiedot Osa 2/3 koskien 3D-tiedonhallintaa GTK:ssa Arkistosarjan nimi Arkistotunnus Kokonaissivumäärä Kieli Hinta Julkisuus Yksikkö ja vastuualue ESY 211 Allekirjoitus/nimen selvennys Hanketunnus Allekirjoitus/nimen selvennys

3 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 JOHDANTO Tiedonhallinta GTK:ssa 1.2 3D-mallinnus 1.3 Työn tavoitteet ja aikataulu 2 3D-MALLINNUKSEN PÄÄLINJAT 2.1 Alueelliset geologiset 3D-mallit 2.2 Mineralisaatioiden 3D-mallinnus 2.3 Rakennuskivet ja kiviainekset 2.4 Pohjavesi- ja ympäristögeologinen mallinnus 2.5 Taajamageologinen mallinnus 3 3D-OBJEKTIT 3.1 Geometriset objektit 3.2 3D-blokkimallit 3.3 Rakoillut väliaine 3.4 2½-D pinnat 4 TALLENNETTAVAT 3D-MALLIT JA OBJEKTIT 4.1 3D-mallit suoraan ohjelmistojen projekteina 4.2 Varsinainen 3D-tiedonhallinta 5 3D-TIEDONHALLINNAN SUUNNITTELU JA TOTEUTUS KIRJALLISUUS

4 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 1 1 JOHDANTO 1.1 Tiedonhallinta GTK:ssa (Niina Ahtonen) GTK:n tiedonhallinta lähtee siitä, että organisaation sisäisessä käytössä tieto on yhteiskäyttöistä pääomaa ja GTK:n tietovarannon pohjalta tuotetaan asiakkaille palveluita. GTK:n toimintaan kansallisena Geotietokeskuksena kuuluu se, että tietovarannon kartuttaminen tapahtuu hajautetusti. Tämä tarkoittaa sitä, että GTK:n oman tiedonkeruun lisäksi geologista tietoa kerätään myös muilta toimijoilta. Tietoarkkitehtuuria suunniteltaessa huomioidaan hajautetun tiedonkeruun tarpeiden lisäksi myös kansainväliset ja kansalliset tietoinfrastruktuurit, joissa pyritään paikkatiedon ja geologisen tiedon yhteiskäyttöön eri toimijoiden kesken. GTK:n oma tiedonkeruu tapahtuu ydintoiminnan prosesseissa, joita ovat kallioperätiedonkeruu ja tutkimus, maaperätiedonkeruu ja tutkimus, turvetiedonkeruu ja tutkimus sekä merigeologinen tiedonkeruu ja tutkimus. Tiedonkeruussa käytetään prosessien sisällä yhteisiä tietomalleja ja sanastoja, joista osa on globaalisti käytössä, esimerkiksi EarthResourceML mineraalivaratiedon hallinnassa. Inspire-direktiivin vaatimukset on huomioitu aineistojen metatiedon tallentamisessa. GTK:n ydintoiminnan käytössä oleva Geotietojärjestelmä perustuu pääosiltaan paikkatietojärjestelmän hyödyntämiseen. Geologisen tiedon hallintaa varten käytössä ovat mm. paikkatietokannat, hakemistopalvelut, paikkatieto-ohjelmisto, räätälöidyt tiedonkeruun työkalut maasto- ja toimistotyöskentelyä varten sekä karttapalvelut ja rajapintasovellukset aineiston käyttöönottoa varten. GTK:n asiakkaita varten toteutetaan mm. rajapintapalveluita ja teemakohtaisia karttasovelluksia, jotka sisältävät GTK:n tutkimusaineistoista valmistettuja tuotteita ja räätälöityä toiminnallisuutta. Muilta organisaatioilta tuleva data kartuttaa GTK:n tietovarantoa ja sähköisen tiedon osalta se liitetään osaksi Geotietojärjestelmää. Perinteisen geologisen tiedon lisäksi Geotietojärjestelmään kehitetään osia GTK:n tuotteiden mm. julkaisujen, valokuvien ja paikkatietotuotteiden hallintaan. Geotietojärjestelmään liitetään uusia siten, että arkkitehtuuri pidetään yhtenäisenä. Jatkokehityskohteina ovat mm. 3D-tiedonhallinta ja GTK:n työntekijöiden käytössä olevat räätälöidyt hakupalvelut, joiden avulla dataa saa monipuolisesti haettua jatkotyöskentelyä varten D-mallinnus (Eevaliisa Laine) Geologiseen ajatteluun kuuluu olennaisesti kolmiulotteinen ajattelu. Ennen tietokoneita kolmatta eli syvyysulottuvuutta havainnollistettiin blokkimallein ja leikkauspiirroksin. Jälkimmäiset ovat edelleen hyödyllisiä havainnollistamaan kolmiulotteista geologiaa. Malmiesiintymämallit ja pohjaveden virtausmallit ovat olleet ensimmäisiä sovellutuksia tietokoneella tehdyissä geologisessa 3D-mallinnuksessa. Näissäkin mallinnus usein perustuu leikkaustulkintojen yhdistämiseen 3D-malliksi. Nykyään tarjolla on hyvin monenlaisia geologisia 3D-mallinnusohjelmia. Myös geofysikaaliset ja tilastolliset 3D-ohjelmistot tuottavat 3D-malleja ja gridejä. 3D-tiedonhallinnan on tallentaa tärkeitä 3D-malleja ja erillisiä 3D-objekteja niin, että 3D-mallinnustietoa voi hakea erilaisilla kriteereillä kuten esimerkiksi alue, sovellus, tekijä ja vuosi.

5 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 2 3D-mallien tekeminen ja tallentaminen ei ole erillinen osa tiedonhallintaa. Osa 3D-malleista tehdään suoraan käyttäen lähtötietona geologista karttaa ja GTK:n 2D-tietokantoja. Alueelliset 3D-mallit saattavat perustua myös laajoihin geofysikaalisiin luotauksiin sekä vaihtoehtoisiin geologisiin teorioihin alueen geologiasta. Kohteellisessa mallinnuksessa paikallisen 3D-tiedon kuten kairaustietojen osuus on merkittävä. 3D-mallinnuksessa saadaan uutta tietoa kivilajien välisistä suhteista mikä muuttaa edelleen geologista karttakuvaa. Etenkin suorien geologisten havaintojen puuttuessa tämä on hyvinkin mahdollista. Geologinen kartta Geologiset havainnot ja geofysikaaliset mittaukset Geologinen 3D-malli Kuva 1 Kaavio 3D- tiedon ja -mallinnuksen vuorovaikutuksesta 2D-tiedon ja -tiedonhallinnan välillä.

6 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 3 Kuva 2 Digitaalisen kartan ja geofysikaalisen aineiston perusteella tehty 3D-malli (Jouni Luukas, Pro- Mine-projekti).

7 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 4 Uusi rakenne? Kuva 3 Seismisen luotausaineiston perusteella tulkittu mahdollinen uusi rakenne Vihannin alueella, jolla saattaa olla merkitystä karttakuvaan. (Eevaliisa Laine, ProMine-projekti) 3D-mallien tallennukseen liityy erityispiirteitä: 1. Koska 3D-mallit perustuvat usein hyvin harvaan aineistoon, niin ne eivät ole yksikäsitteisiä, joten saman aineiston perusteella voidaan luoda useita yhtä todennäköisiä malleja. Mallit perustuvat myös aikansa geologisiin käsityksiin ja teorioihin. Hyvin samanlaisetkin piirteet voidaan tulkita eri tavoin jopa paljastumamittakaavassa. Ei ole yhtä oikeaa mallia.

8 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa D-mallinnusohjelmien versiot ovat hyvin erilaisia, joten erityisesti tallennettaessa 3D-malleja jonkun tietyn ohjelman projektina ohjelmiston versio sekä mahdollinen lisäsovellutusten käyttö on tärkeää raportoida. 3. 3D-mallien päivitys on usein työlästä. On olemassa ohjelmia, joissa mallit tehdään puoliautomaattisesti ja muuttuvat automaattisesti vastaamaan uutta dataa. Näissä malli luodaan kivilajien ikä- ja leikkaussuhteiden perusteella automaattisesti havainnoista ja leikkauksista. Tulokseen ei voi kuitenkaan vaikuttaa, joten 3D-malli ei tule välttämättä toiveiden mukaiseksi. Kaaviossa kuvassa 4 on vertailtu 3D-ohjelmia. 4. Tallennettaessa kivilajikontakteja pintoina ja muita rakenteita erillisinä objekteina eri geologisten ideoiden pohjalta tehtyjä objekteja ei voi suoraan yhdistää nimettöminä samaan tietokantaan. Osassa ohjelmistoista geologiset 3D-objektit mallinnetaan toisistaan riippumattomina kappaleina (esim. Gems ja Surpac). Geologiset ikä- ja leikkaussuhteetvoidaan ottaa huomioon mm. GOCADin, GSi3D:n ja Geomodellerin 3D-mallinnuksessa. 5. 3D-mallien luotettavuus voisi perustua yksinkertaisesti: o havaintojen lukumäärään suhteessa mallinnettavan kalliolohkon heterogeenisyyteen o riittävään asiantuntijuuden määrään riippuen käytettävistä menetelmistä ja aineistoista, tätä voidaan jollain tavoin kontrolloida 3D-mallien referee-käytännöllä etenkin, jos 3D-malleja ei ole julkaistu. Puoliautomaattiset 3D-ohjelmistot tässä käytetään usein implisiittimenetelmää, eli kivilajikontakteja käsitellään samaarvopintoina geologiset leikkaussuhteet ja kivien ikäjärjestys määritetään ensimmäiseksi kun uutta dataa lisätään tai kivien ikä- tai leikkaussuhteita muutetaan, niin 3D-malli muuttuu heti muutosten mukaiseksi hyvin helppo päivittää, mutta automaattinen interpolointi ei välttämättä anna oikeaa kuvaa 3D-geologiasta esim Geomodeller, Leapfrog, GOCADin Structural lisäosa ja Mira Geosciencen SPARSE 3D-ohjelmistot, jotka perustuvat 3Drakenteiden luomiseen yksi kerrallaan yhdistämällä digitoituja pisteitä eri tavoin monimutkaisten kolmiulotteisten geologisten mallien päivittäminen on vaikeaa toisaalta mallintaja päättää minkälainen malli muodostuu käyttämällä omaa geologista näkemystään esim GSi3D, Surpac, Gems ja suurin osa GOCADia Kuva 4. Ohjelmistotyypit.

9 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa Tavoitteet ja aikataulu Tavoitteena oli GTK:n 3D-prosessien käsittelyä ja sen perusteella suunnitella 3D-mallinnuksen tiedonhallintaratkaisua. Käsittely toteutettiin pitämällä työpajoja, joissa keskusteltiin 3D-tiedonhallinnasta. Työpajoja pidettiin , 4.3., 15.5., ja D-tiedonhallintatyöhön osallistuivat tutkijat: Soile Aatos Niina Ahtonen Ossi Ikävalko Esa Kauniskangas Esko Koistinen Eevaliisa Laine Mirva Laine Katja Lalli Eero Lampio Anneli Lindh Jouni Luukas Mira Markovaara-Koivisto Tero Niiranen Markku Paananen Jukka-Pekka Palmu Ilkka Suppala Salla Valpola Jouni Vuollo Marit Wennerström 2 3D-MALLINNUKSEN PÄÄLINJAT Vuoden alussa tutkimusohjelmien vetäjiltä kysyttiin 3D-mallinnuksesta. Nämä vastaukset täydentävät hyvin 3D-tiedonhallintryhmän asiantuntemusta, koska kaikki tutkimusohjelmat eivät olleet edustettuina varsinaisessa suunnittelutyössä. Loppuraportti menee kaikille vastanneille kuitenkin kommentoitavaksi. Tiedonhallintatyössä jakauduttiin lisäksi työryhmiin, joissa käsiteltiin eri sovellutuksissa tehtävää 3Dmallinnusta. Seuraavassa on esitetty näiden ja työpajakeskustelujen yhteenvetoa. 2.1 Alueelliset geologiset 3D-mallit Tällä hetkellä ovat valmistuneet 1) Keski-Lapin 3D-malli GoCadilla (Niiranen et al. tekeillä tutkimusraportti)

10 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 7 2) Surpacilla tehty Vihanti-Pyhäsalmi-alueen 3D-malli, jonka on tehnyt Jouni Luukas Promineprojektissa. Tekeillä tai suunnitteilla ovat ainakin 1) Outokummun alueen 3D-malli, tässä on käytetty ja käytetään hyvin useata eri ohjelmistoa kuten GEMS, Surpac, ParaviewGeo, Geosoft, Gocad ja Geomodeller. 2) Koko Suomen 3D-malli mm. 3D-mallinnusten visualisointiin käyttäen GeoVisionaryä ja laajentamalla ArcGIS-pohjaista DigiKP:tä 3D:ksi. 3) Alueelliset 3D-maaperämallit. Laajat alueelliset geologiset mallit perustuvat hyvin pitkälti kartta-aineistoihin ja edustavat mallintajan käsitystä alueen geologiasta. Tässä tapauksessa ei ole olemassa yhtä oikeaa mallia ja eri lähtökohdista tehtyjen mallien objekteja ei voi yhdistää selvittämättä käytettyjä aineistoja ja tekijöitä. Yhden virallisen mallin valinta saattaa rajoittaa malminetsintää ja tuottaa ongelmia kallioperän muiden käyttösovellutusten suunnittelussa, koska se ei välttämättä ole oikea. Tallennuksessa on tärkeää: 1) pitkällä tähtäimellä yhtenäisistä merkintätavoista sopiminen ja 2) mallinnusprosessia kuvaavan metatiedon liittäminen (mahdollisesti raportti tai julkaisu) sekä 3) se että tallennuksen jälkeen voisi olla mahdollista rakenteiden ja mallinnusten hakeminen mm. alueen, ominaisuuksien, geologisen rakenteen, tekijöiden tai projektin nimellä. Alueellisessa 3D-mallinnukseen parhaiten soveltuvat ohjelmistot Surpac, Geomodeller, GSi3D ja GO- CAD. Esimerkkinä GOCADin 3D-objekteja on esitetty allaolevassa taulukossa: Seuraa alueen poimu tusta, ominaisuustieto Tallennusmuodot Esityspalikka VRML 3dpdf Eri mittakaavaiset geologiset mallit, 3d-blokkimallit, joihin interpoloitu ominaisuustietoa Julkisia Pisteet Solidit Ominaisuustiedot skalaarimuuttuja suuntatieto intervallitieto jatkuva mittaustieto Tallennettavat mallit Mallien käyttöoikeu det Geometriset objektit Viivat/kairasydämet Pinnat/geologise t määritykset ominaisuus tieto Voxet Suorakulmainen, ominaisuustiedon esitys Sgrid Excel Ascii Lukuisia vaihtoehtoja. Erityisen hyvin yhteensopiva GSi3D- ja Geomodellerohjelmistojen kanssa Geocando ok ok (värit satunnaisia)

11 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa Mineralisaatioiden 3D-mallinnus Malmiesiintymät ja geologiset mallit ryhmä, Surpac ja GEMS (Esko Koistinen (vetäjä), Mira markovaara-koivisto, Soile Aatos): Aiheen hahmottelua - muistio /EK 1. Malmiesiintymien 3D-mallit ovat käytännössä pääasiassa - Solidimalleja - Blokkimalleja 2. Solidimalli Solidimallit (kolmioinnit) muodostetaan yleensä kairareikätiedoista, joita ovat etenkin - Analyysitiedot - Kivilajit - Petrofysiikka - Muuttumistiedot jne Kairareikätietojen perusteella digitoidaan kairausprofiileille 3D-polygoneja, jotka yhdistetään toisiinsa solidien muodostamiseksi. Mallinnusohjelmat laskevat solidin tilavuuden ja sen sisältä analysoitujen pitoisuuksien ja ominaispainomittausten perusteella keskipitoisuudet. Solidien arkistointiin sopisi useimpien ohjelmistojen ymmärtämä DXF-formaatti. Kolmioinnin voisi arkistoida myös solmupisteiden koordinaatteina pistepilvenä. Metatiedoissa on ilmoitettava ainakin - Tekijä, organisaatio, hanke/projekti, raportti, julkaisu, paikka - Paikka ja aluerajaus - Mallinnuksen kriteereistä ainakin mallin rajaamisen logiikka, kuten raja-arvo (cut off) ja laajentamisehdot kairausprofiilin tasossa ja profiileilta toiselle sekä laitimmaisten profiilien yli

12 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 9 Kuva 5. Kairausnäytteiden geokemiallisten pitoisuuksien komposiiteista muodostettu malmiesiintymän solidimalli. Kuvassa myös maanpinnan korkeusmalli ja kallionpinnan malli, jolla malmiesiintymämallin yläpinta on muotoiltu. Kaikki kolmiointipinnat voisi arkistoida DXFformaatissa tai solmupisteiden koordinaatteina. 3. Blokkimalli Blokkimallinnuksessa kohde jaetaan pieniin samankokoisiin ja säännöllisesti järjestettyihin kuutioihin, blokkeihin. Blokkikoko valitaan esiintymätyypin ja koon mukaan. Tyypillinen blokkikoko on 2x2x2 m, 5x5x5 m, 10x10x10 m, tai blokin särmät voivat olla keskenään erimittaiset. Jokaiselle blokille annetaan sitä vastaavan avaruuden kohdan ominaisuudet, esim. kivilaji, fysikaalinen ominaisuus tai alkuainepitoisuus. Viimemainittu toteutetaan tavallisesti jollain interpolointimenetelmällä. Blokkimalli voidaan arkistoida periaatteessa helposti ASCII-tiedostona. Blokkimalli tulostetaan tiedostoon siten, että kukin rivi muodostaa yhden blokin tiedot. Kun tietoihin sisältyy blokin keskipisteen (tai tietyn blokin kulman) koordinaatit, voidaan ko. blokin tiedot palauttaa monien ohjelmien käyttöön ikään kuin pistepilvenä (taulukko 1, kuva 2). Arkistoidusta blokkimallista voidaan poimia tietoja myös valikoiden raja-arvoja käyttäen ja laskea mm. ns. malmiarviokäyriä. Metatiedoissa ilmoitettava ainakin - Tekijä, organisaatio, hanke/projekti, raportti, julkaisu, aika - Paikka ja aluerajaus - Mallinnuksen kriteereistä ainakin interpolointimenetelmä, hakusäteiden pituudet ja suunnat - Tiedot, joita malliin on sisällytetty (analyysit, kivilajit, petrofysiikka jne)

13 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 10 Level Row Col X Y Z Rock Type PT PD NI CU Taulukko 1. Malmiesiintymän blokkimallin 8 blokin sisältöä taulukkoon tulostettuna. Kuva 6. Solidimallin sisällä olevia blokkeja Pt-arvojen mukaisin värein. Eri lähteistä peräisin olevia aineistoja ja malleja voi visualisoida Surpacilla ja GEMSillä jossain määrin, mutta visualisointien kuvaustietojen hallinta ei ole yhtä joustavaa ja monipuolista kuin paikkatietoohjelmistoissa. Mm. malmistesintätarkoituksiin voi olla tarkoituksenmukaista käyttää 2D- ja 3Dpaikkatietoovelluksia varsinaisten 3D-malmimallinnusohjelmistojen ohella (3D-GIS) sekä geostatisia ohjelmistoja kuten ISATIS. 2.3 Merigeologia ja globaali muutos (tutkimusohjelman vetäjä: Aarno Kotilainen) Merigeologia ja globaalimuutos ohjelman tutkijoilta tulleita vastauksia (Aarno Kotilaisen kokoamana): 1) Nykyinen 3D-mallinnustilanne? Merenpohjan tutkimus Anu Kaskela: 3D visualisointia tehty ArcGIS ympäristössä (ArcScene). Kimmo Alvi: 3D visualisointi on tehty kaikista tutkimusalus Geomarin monikeilalaitteistolla luodatuista alueista. Yleensä ei täyden peiton alueita.

14 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 11 Joonas Virtasalo: Varsinaista 3D-mallinnusta ei tehty, koska tarkoitukseen sopivaa ohjelmistoa ei ole löytynyt. Järvisedimentit ja pääkaupunkiseudun savikkojen tarkastelut Antti Ojala: Varsinaista mallinnusta ei ole tehty kummassakaan, mikä johtuu osaamisen puutteesta 2) Valmistuneet 3D-hankkeet? Merenpohjan tutkimus Anu Kaskela: Ei varsinaisia 3D hankkeita. Visualisointia on kuitenkin tehty eri hankkeiden yhteydessä esim. kallionpinnan syvyyden tai maalajipeitteen paksuuden kuvaamiseen. Kimmo Alvi: Ei erillisiä 3-D hankkeita. GTK:n Topcons ja Rausku projekteissa näytepaikat on luodattu täydellä peitolla ja 3-D visualisointi tehty. Joonas Virtasalo: Tammisaaren aineistosta on tehty 3D-visualisointi Surfer-ohjelmistolla. Järvisedimentit ja pääkaupunkiseudun savikkojen tarkastelut Antti Ojala: Pehmeikköpuolella stratigrafia-pisteiden perusteella on Surferilla käsitelty aineistoa ja siten yritetty visualisoida stratigrafisia jatkuvuuksia eri pehmeikköaltaiden osalta. Useita eri kohteita, mm. Espoon Suurpelto ja Äijänpelto. Samoin järvisedimenttipuolella; pistemäisten kairaustulosten (mm liejun paksuus) perusteella on Surferin avulla laskettu pitkän ajanjakson kertymiä yksittäisten järvien sisällä. Ja siitä edelleen tunnetuin parametrin, esimerkiksi keskimääräinen liejun hiilipitoisuus, on laskettu varastoitumiseen liittyviä massoja ja kertymänopeuksia. 3) Tulevat 3D-hankkeet? Merenpohjan tutkimus Anu Kaskela: Ei suunnitteilla varsinaisia 3D hankkeita. Visualisointia tehdään tarpeen mukaan. Joonas Virtasalo: 3D-hankkeita ei aktiivisesti suunnitteilla. Potentiaalisten 3Dmallinnusohjelmistojen kehitystä seurataan Järvisedimentit ja pääkaupunkiseudun savikkojen tarkastelut Antti Ojala:

15 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 12 Käynnistymässä yhteistyö Espoon kaupungin kanssa jossa pehmeikköjä yritetään luokitella mm. (i) savikkojen paksuuden, (ii) rinnekaltevuuden, (iii) morfologisten ominaispiirteiden (esim vuonotyyppinen, avoin, kraattereimainen syvänne, harjanne, jne) avulla. Aineistoina käytetään Espoon kaupungin tulkitsemaa savikkojen syvyystietoa (noin kairauspistettä) sekä LiDAR DEM mallia. Savikkoaltaiden luokittelun jälkeen on tarkoitus edetä siten, että mukaan otetaan sedimentologinen komponentti (stratigrafia) sekä geotekninen komponentti (geotekniset parametrit kuten panuma-arvot, häiriintymisherkkyys, stabiloituvuus jne.) ja lopputuloksena pitäisi pystyä mallintamaan savikoita mm. rakennettavuuden kantavuuden jne suhteen. 4) Mitä toivoisitte tulevalta 3D-tiedonhallinnalta? Merenpohjan tutkimus Joonas Virtasalo: Riittävästi tallennustilaa Järvisedimentit ja pääkaupunkiseudun savikkojen tarkastelut Antti Ojala: Kohdassa 3 esitettyyn tarpeeseen pitäisi saada ohjelmisto-osaamista ja tallennustilaa aineistolle. Pintamorfologiaa ajateltu laskettavan mm. ArcGis Terrain modeller:in sekä Grass Gis liittyvillä palikoilla. Savikoiden paksuuksien 3D mallintaminen on keskeinen osa tätä työtä ja miten se kannattaisi tehdä on yksi iso kysymys. Miten tästä olisi sitten järkevintä edetä mallintamisen suuntaan, on vielä hieman epäselvää. Siksi kaikki ideat ja työkalut ovat oikein tervetulleita 5) Minkälainen tarve on nykyisten 3D-mallinnusten tallettamiselle? Merenpohjan tutkimus Kimmo Alvi: 3-D aineiston tallennus PC:lle ja ulkoisille kovalevyille. Raakadata verkkopalvelimella. Ei tarvetta muuhun toistaiseksi. Joonas Virtasalo: Tällä hetkellä ei tarvetta Järvisedimentit ja pääkaupunkiseudun savikkojen tarkastelut Antti Ojala: Juuri nyt ei tarvetta, mutta katso kohdat Pohjavesi ja kiviainekset ( tutkimusohjelman vetäjä: Antti Pasanen) 1) Nykyinen 3D-mallinnustilanne?

16 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 13 Maaperäpuolen mallit tehdään pääsääntöisesti GSI3D:llä sekä hyvin usein vielä pintoina Arc- GIS:llä. Lisäksi ainakin Hyvösen Arto käyttää GMS-ohjelmaa ja vähän AHGW-ohjelmaa. Oikeita 3D-malleja tehtiin viime vuonna valmiiksi asti ainakin 4 kpl (3 GSI3D ja 1 GMS) ja ArcGIS:llä tehtiin myös useita HaRA-kohteista. Kalliopohjavesi (POSIVA) mallinnuksista minulla ei ole tietoa. Kiviainespuolen mallinnukset tehdään pääsääntöisesti 3D-Win-ohjelmalla, mutta kohteista minulla ei ole tarkempaa tietoa 2) Valmistuneet 3D-hankkeet Valmistuneita hankkeita pohjavesipuolella viime vuodelta on Luikonlahden mallinnus (Pasanen, kaivosvedet), Kurikka (Putkinen), Monni (Friman) ja Mikkeli (Hyvönen). Aikaisemmilta vuosilta tiedän Patamäen mallinnuksen, muista ei ole tietoa. Kiviainespuolen ja kalliopohjavesipuolen mallinnuksista en tiedä tarkemmin, mutta ainakin kiviainespuolella niitä tehdään pääsääntöisesti avustajavoimin tilavuuksien laskentaa varten. Kurikkaa ainakin jatketaan. Kaivosvesipuolella mahdollisesti Talvivaaran mallintaminen, mutta se ei ole tämän vuoden asia. Muista mallinnuksista minulla ei ole tietoa. 3) Mitä toivoisitte tulevalta 3D-tiedonhallinnalta? Ei pelkästään aineiston sisäistä jakelua, mutta myös mahdollisuus jakaa malleja GTK:n ulkopuolelle 4) Minkälainen tarve on nykyisten 3D-mallinnusten tallettamiselle? Tällä hetkellä kaikki mallit ovat tutkijoiden koneilla ja tämä on GTK:n aineistopolitiikan vastaista. Minulle on annettu tehtäväksi suunnitella (väliaikainen) säilytystapa HaRa-kohteista syntyville malleille. Tätä asiaa kannattaisi miettiä laajempana kokonaisuutena useiden ohjelmistojen kannalta. Mielestäni ei kannata luoda yhteen tarkoitukseen yhdelle ohjelmistolle soveltuvaa säilytystapaa, jos pystytään samanaikaisesti luomaan käyttökelpoinen säilytystapa useiden ohjelmistojen käyttöön. 2.5 Yhdyskuntarakentaminen (Tutkimusohjelman vetäjä: Ossi Ikävalko) 1) Nykyinen 3D-mallinnustilanne? Yhdyskuntarakentamisen maa-ja kallioperämallin tietosisältöä käsitetasolla on hahmoteltu 1.0 versiossa (kohdemalli), jonka laitan tähän liitteeksi. Varsinaista mallintamista on 2d/3d tehty Östersundomin pilotissa maaperän osalta (pehmeikön syvyys) sekä Länsimetron yhteydessä (Wennerström., Laine). Pohjatutkimustiedon käytössä on työkaluina käyttökelpoinen Viannovan tulkintaohjelma, josta tieto on siirretty muihin järjestelmiin edelleen jalostettavaksi.

17 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 14 2) Valmistuneet 3D-hankkeet? Pehmeikköpaksuusmalli Östersundomista, (Maarit Saresma) 3) Tulevat 3D-hankkeet? Tulevaa on pehmeikköjen mallintaminen (paksuus, koostumus, fys. ominaisuudet) pääkaupunkiseudulla, vireillä on hanke Espoon kanssa pehmeikköallasluokittelusta (Ojala A.) sekä joitain mahdollisia saven paksuusmalleja Vantaan alueelta. Lisäksi tarkoitus on saada päätökseen pilottin Östersundomin kallioperämalli + L-metron testejä. 4) Mitä toivoisitte tulevalta 3D-tiedonhallinnalta? Yhdyskuntarakentamisen sektorilla on selvästi meneillä rakentamisen mallipohjaisuuden käyttöönotto ja alalla on ollut selvää liikehdintää myös maaperämallin jatkokehittämiseksi. InfraModel2 määrittelee maaperämallin tasot mutta ei sitten paljon enempää. Liikennevirastolla (Tiina Perttula, tietomallinnuspäällikkö) on mielenkiintoa asiaan ja hänen kanssaan asiaa käydään lävitse lähitulevaisuudessa. 5) Minkälainen tarve on nykyisten 3D-mallinnusten tallettamiselle? Yhdyskuntarakentamisen alalla on selväsi tarvetta kehittää yhteiseen määrittelyyn perustuvia 3D tietokantoja, joista tulkintoja ja malleja voi varastoida ja siirtää yleiseen käyttöön. Mallien (tulkintojen) tallentamiselle ja sen kehittämiselle on osoitettu tarvetta myös ulkopuoliselta taholta (Liikennevirasto). Tärkeää on metatietoasteella mm. määritellä mallin kohteiden tulkinnan osuus jne Jatkossa voisi kuvitella syntyvän tietokantoja tms. josta mallin kohteet siirtyvät sovittujen rajapintojen kautta käyttöön. 6) Muuta? Seuraan kehitystä infra-alalla ja käymme keskustelua mallin sisällöstä. Lisäksi on tehty luonnos: Maankamaramalli yhdyskuntarakentamisessa, käsitetason määrittely v1.0 (Ossi Ikävalko) Taajamageologiaryhmä ja Surpac, CAD, GSi3D (Mirva Laine (vetäjä), Marit Wennerström, Anneli Lindh, Markku Paananen ja Ossi Ikävalko): Kokooontuminen 8.5. Paikalla Marit Wennerström, Anneli Lindh, Ossi Ikävalko, Markku Paananen ja Mirva Laine 1. Mitkä mallit tallennetaan? kaikkiko? kuka päättää?

18 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa 15 GTK:n toiminta hankkeistettu. Mallit syntyvät hankkeiden tuloksina. Hankkeissa on hankepäällikkö ja hänellä myös esimies. Eiköhän tästä synny päätösketju. Julkaistut mallit voitaneen tallentaa. 2. Mallien käyttöoikeudet (tilaustyöt, muut syyt?) Käyttöoikeudet ovat yleensä sopimuksissa selvästi mainittuina. Maksullisissa töissä voidaan kysyä tilaajilta lupa sisällyttää tiedot GTK:n tietokantaan. Pyrkimys on, että tieto olisi vapaasti käytössä. 3. Syntyvät geometriset objektit ja ominaisuustieto Surpacista tallennetaan.str ja.dtm formaatteja. Str sisältää ominaisuustiedon ja dtm kuvaa kolmioinnin. Dtm nojaa str tiedostoon. Surpacissa voidaan tallentaa mm. pintoja ja solideja. Blokkimalli yksi tallennusvaihtoehto. AutoCadista tallennetaan yleensä dwg kuvaformaattia, mm. pintoja. Voidaan tallentaa ascii muotoinen dxf myös, tin, las. Geometria siirtyy, ominaisuustieto ei siirry. Ominaisuustieto joudutaan kuvaamaan uudelleen. On myös paljon muita eri tallennusformaattivaihtoehtoja. Mietittiin eri leikkauskuvien tallennusta, sekä plottaamista. Esim. maininta metadataan leikkausten olemassaolosta tai malliin linkitettynä leikkauksia. Todennäköisyyden/ epävarmuuden esittämistä painotettiin malleissa. 4. Nimeämiskäytännöt Nimi tulisi olla informatiivinen ja systemaattinen. Markku Paanasella oli hyviä esimerkkejä Posiva töiden nimeämiskäytännöistä. Nimi kuvaa mallin sisältöä ja sisältää päivitysvuoden. Samantyyppisiä asioita kuvaavat mallit nimettäisiin samalla tavoin. 5. Liuskeisuuksien ja muiden rakenteiden merkintätavoista 3D:ssä Liuskeisuus esitetään kaateen suuntana ja kaadekulmana, tasoina tai viivasymbolein mm. kairareikäkuvauksessa. 6. Väritysmahdollisuudet digi-kp:n mukaan, muita väritysperiaatteita Värit joudutaan määrittämään uudelleen mm. Autocadissa. FME:sta tulostettu 3d-pdf:ksi; DTM muutetaan DWG:ksi, josta 3d-pdf; värit määritettiin muunnoksessa. 7. Sovellusalueen erityispiirteet Asiakkailla on omat käyttöjärjestelmät: Autocad, Intergraph, Tekla. Tarjotun aineiston tulisi olla vähintään konvertoitavissa näihin. AutoCadin käyttäjäkunta on pääasiassa insinöörejä. Konsulttiyrityksillä myös käytössä mm. surpac, erityisesti yritysten geologit käyttävät. 8. Onko käytettävällä 3D-ohjelmistolla omaa esityspalikkaa ( vieweria )?, VRML? 3Dpdf? Surpacista ja AutoCadista saadaan helposti tuotettua 3Dpdf. Dtm muutetaan dwg:ksi ja FME ohjelmalla tehdään 3D pdf. 9. Mitä lisäkuvauksia tarvitaan metatietoon 3D:n kannalta Versionhallinta on tärkeää (mallit(t)). Metatiedosta käytävä ilmi helposti kuka on tehnyt ja mitä.

19 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa D-OBJEKTIT 3.1 Geometriset objektit Geometristen objektien avulla luodaan geologinen 3D-malli, jossa pisteet edustavat esimerkiksi näytteenottopisteitä ja niihin liittyvää ominaisuustietoa viivoilla kuvataan kairasydämiä, poimun harjaa ja muita yksiulotteisia piirteitä kuten rakenteen muotoviivaa pinnat vastaavat kivilajikontakteja, liuskeisuustasoja, siirroksia, rakoja ja hiertovyöhykkeitä kappaleet tai solidit rajaavat esimerkiksi malmia Geologisessa 3D-mallissa on yhdistelmää 3D-aineistoa ja niistä johdettuja rakenteita, joihin pitäisi liittää: 2D- ja 3D-data, jonka perusteella ne on tehty linkki raporttiin tai julkaisuun, jossa selitetään objektin tekemisen taustalla olevat geologiset aineistot ja ajatukset mallintajien nimet ja projektin nimi ihannetapauksessa epävarmuuden määritys (mikä sekin pitäisi selittää) 3.2 3D-blokkimallit Geometrinen 3D-malli voidaan muuntaa 3D-blokkimuotoon tai vokseliesitykseksi, jotta voitasiin esittää ominaisuuksien jakautumaa 3D:ssä, laskea mallinnetun geologian aiheuttama geofysikaalinen kenttä ja verrata mitattuun parantaa mallia geofysikaalisen inversion avulla laskea vedenvirtausta, jännitystilaa,.. Toisaalta geofysikaalinen inversio tuottaa mahdollisen petrofysikaalisten ominaisuuksien kolmiulotteisen jakauman. Blokkimalleja on hyvin erilaisia. Yleisin koostuu kuutioista. Dimensiot saattavat kuitenkin vaihdella eri suunnissa tai esimerkiksi syvyyden funktiona. Tietyissä fysikaalisissa ongelmissa heksagoninen blokkimalli on hyödyllisempi ja usein on tarpeellista muuttaa blokkien kokoa laskentaa varten. Tulevassa 3D-tietokannassa pitäisi olla mahdollista muuntaa geometriset 3D-mallit blokkimalliksi ja muuntaa käyttöön sopivaksi. Tallennettaessa blokkimalleja tietokantaan niiden muodostamisprosessi pitäisi kuvata.

20 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3D-tiedonhallinnasta GTK:ssa Rakoillut väliaine Rakoillutta väliainetta mallinnetaan useimmiten tilastollisten menetelmien avulla. Geologisten reunaehtojen määrä riippuu mallintajan geologisesta asiantuntemuksesta ja aineiston kattavuudesta. Näiden 3Dmallien kohdalla on tärkeämpää tallentaa mallin tuottamiseen käytetty tilastollinen prosessi ja tietysti mallin lähtöaineistot ja oletukset. Yleensä tuloksena on ääretön määrä yhtä mahdollisia realisaatioita, joiden perusteella voidaan laskea todennäköisyyksiä väliaineen fysikaalisille ominaisuuksille ½D-pinnat 2½D-pinnoilla tarkoitetaan esimerkikisi maanpinnan ja kalliopinnan topografiaa. Ne muodostavat geologisen 3D-mallin yläpinnan. 4 TALLENNETTAVAT 3D MALLIT JA -OBJEKTIT 4.1 3D-mallit suoraan ohjelmistojen projekteina 3D-tiedonhallinta alkaa valmistuneiden geologisten 3D-mallien tallentamisella omalle levylleen. \\gtk.fi\gtkdfs\geodata -levylle hakemisto nimeltään 3D-mallinnus, josta löytyisi ArcMap-kartta, johon päivitetään mallit ja sijainnit (kohteen nimi, vuosiluku, tekijät) sekä 3D_mallinnus-hakemiston käyttöohjeet. Päähakemistot voisivat olla esimerkiksi Alueelliset 3D-mallit, Mineralisaatiot, Merigeologia, Yhdyskuntarakentaminen,.., ja näiden alihakemistoina olisivat kohteennimi_vuosiluku_tekijat ja edelleen eri_softille_omat_alihakemistot, joihin 3Dmallit ja mallinnusprojektin tietokannat (omassa alihakemistossaan) olisivat tallennettuina (kuva 6). Mallit talletetaan siis kohteittain omiin kansioihin kunkin teeman alle. Tarvittaessa noita teemoja voidaan lisätä, kuten geofysiikka, pohjavesi, kaivosympäristö jne. Kansioiden nimet mieluiten pienillä kirjaimilla ilman välejä ja ääkkösiä. Lisäksi jokaisesta mallista lyhyt kuvaus tekstitiedostona: tekijät, projekti, tavoite, käyttöoikeuden rajoitukset ohjelmisto, sen versio, sekä mahdollisesti käytetyt lisäosat pääsääntöisesti olisi suositeltavaa käytettävän DigiKP:n kivilajinimityksiä ja yleisesti käytössä olevia maaperämuodostumien nimiä, mutta jos tämä ei ole mahdollista niin käytetyt kivilaji- ja maalajinimitykset olisi selitettävä linkki mahdolliseen julkaisuun tai raporttiin mallien lähtöaineistot ovat myös jostakin peräisin ja jonkun tekemiä, joten niistä tulisi olla myös tietoa, esim. viittaus alkuperäisen aineiston julkaisemistietoon tai metatietoon, aluerajaus ja käyttötarkoitus