摘 要 隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)及GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，巖土工程勘察工作越來越向數(shù)字化方向邁進(jìn)。本文結(jié)合巖土工程勘察的發(fā)展現(xiàn)狀與實(shí)際需求，闡述了將數(shù)字化技術(shù)引入巖土工程勘察的實(shí)現(xiàn)模式。

關(guān)鍵詞巖土工程勘察;數(shù)字化技術(shù);GIS技術(shù)

中圖分類號 TU412文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1673-9671-(2009)111-0021-01

在巖土工程勘察項(xiàng)目的實(shí)施中，均涉及到相關(guān)信息資料數(shù)據(jù)的采集存儲和處理應(yīng)用。由于行業(yè)的特殊性，巖土工程勘察信息資料數(shù)據(jù)具有來源多樣的特點(diǎn)。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用的不斷深入，勘察技術(shù)手段也在逐年更新進(jìn)步，怎樣才能高效地對巖土工程勘察項(xiàng)目中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、存儲、利用是一個亟待解決的問題，也是一個研究的熱點(diǎn)問題。隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，巖土工程勘察中漸漸引入了隨機(jī)場理論技術(shù)、地質(zhì)建模技術(shù)和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)，巖土工程勘察工作越來越向數(shù)字化方向發(fā)展。

1 巖土工程勘察的現(xiàn)狀分析

1.1 巖土工程勘察的現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前的巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作引入了不少新技術(shù)，正在日益變得科學(xué)化和精確化。在信息技術(shù)和現(xiàn)代科技的支持下，巖土工程勘察、設(shè)計(jì)工作發(fā)展迅速。我國的巖土工程勘察工作技術(shù)應(yīng)用水平也取得了很大的進(jìn)步，設(shè)計(jì)、測量、勘探工作都取得了較大的進(jìn)展。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的逐步深入，以及遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)等應(yīng)用，我國的巖土工程勘察工作正在走向基于數(shù)據(jù)庫的數(shù)字化和一體化階段。

1.2 巖土工程勘察的不足

我國巖土工程勘察中比較明顯的問題是設(shè)計(jì)與勘察分離、軟件功能難以滿足實(shí)際要求，數(shù)字化進(jìn)程不夠徹底。具體體現(xiàn)在:

(1)勘察資料的問題。由于我國的勘察部門條塊分割現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)計(jì)與勘察分散作業(yè)，對巖土工程新方法與新技術(shù)沒能積極消化利用，致使勘察與設(shè)計(jì)之間聯(lián)系不夠緊密，勘察成果沒能在設(shè)計(jì)中及時(shí)轉(zhuǎn)化，造成不少浪費(fèi)和損失。

(2)專業(yè)之間缺乏溝通。各專業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)間沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，專業(yè)間資料、信息交流比較封閉。

(3)數(shù)字化實(shí)施不夠徹底。由于某些環(huán)節(jié)技術(shù)條件不成熟，數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)與數(shù)字化地圖常常不相兼容，很難順利實(shí)現(xiàn)對接，與設(shè)計(jì)軟件的接口不匹配，影響了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

(4)設(shè)計(jì)軟件功能單一。巖土工程設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)軟件是為完成數(shù)值計(jì)算和工程圖的繪制而編制的。軟件不能勝任綜合評價(jià)等前沿的核心問題，功能單一，很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡(luò)化以及綜合化分析。

(5)軟件系統(tǒng)缺乏整體性?？辈炫c設(shè)計(jì)之間缺乏有效的信息溝通手段。

(6)數(shù)字化程度低。造成對勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和利用上的障礙。

(7)綜合能力差。缺乏對各類信息全面采集分析的手段。

(8)不具有空間分析能力，缺乏科學(xué)的決策支持。

2 巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.1 巖土工程勘察對象特征分析

復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造均能經(jīng)過抽象而形成四種元素的集合:點(diǎn)(如測點(diǎn)等)、線(如地質(zhì)剖面線等)、面(如人工填土層等厚面等)、體(如地下巖體等)。任何地質(zhì)對象在空間上都具有一定的性質(zhì)特征和形態(tài)，占有一定的位置和范圍，而且和其他地質(zhì)對象存在著空間聯(lián)系。藉此，可將地質(zhì)對象的基本特征歸納為三個方面:即(1)空間特征、(2)屬性特征以及(3)空間關(guān)系特征?？臻g特征也稱作幾何特征、定位特征，表明對象所處的空間位置;屬性特征指的是地質(zhì)對象的各種性質(zhì)特征，如孔隙度、力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)、年代、巖性等?？臻g關(guān)系特征主要為拓?fù)潢P(guān)系，指的是鄰接、包含、相離等關(guān)系。通過各種地質(zhì)對象的拓?fù)湫畔⒑蛶缀螌傩缘谋磉_(dá)，建立巖土工程屬性特征與空間特征之間的對應(yīng)關(guān)系。

2.2 巖土工程勘察建模依據(jù)

巖土工程勘察的地質(zhì)模型反映了工程技術(shù)人員對巖土信息認(rèn)識的精煉和圖示化。因此，巖體巖土工程力學(xué)的觀點(diǎn)及理論基礎(chǔ)是建模最基本的依據(jù)。具體來講，包括起主導(dǎo)作用的巖體和結(jié)構(gòu)面(核心觀點(diǎn))，起著起始變形與突破口的作用的軟弱巖層(軟巖)等內(nèi)容。還應(yīng)注意，結(jié)構(gòu)面性狀復(fù)雜，類型較多，不但有大小之分、軟硬之分，還有分布上的隨機(jī)性。

2.3 巖土工程勘察建模過程

如圖1所示，在巖土工程勘察的基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查和資料提取，對己有資料根據(jù)信息的來源、質(zhì)量進(jìn)行篩選分析，為建模做好準(zhǔn)備?？辈熨Y料經(jīng)過工程地質(zhì)變量預(yù)測而形成變量描述。工程地質(zhì)變量預(yù)測是對地質(zhì)變量中的空間變化進(jìn)行預(yù)測，得到地質(zhì)變量的空間變化規(guī)律。

(1)變量預(yù)測

在巖土工程勘察建模中，主要目的是對工程地質(zhì)變量的空間變化進(jìn)行預(yù)測。舉例來講，在礦產(chǎn)評價(jià)時(shí)，選取礦石品位作為地質(zhì)變量;在工程地質(zhì)中，選取地層、構(gòu)造、斷層等的物理力學(xué)性質(zhì)和分布特征作為地質(zhì)變量;在地下水研究中，選取如水流速度等水動力參數(shù)作為地質(zhì)變量;在污染評價(jià)中，選取地下水或土壤的污染程度作為地質(zhì)變量;如果研究區(qū)域的地質(zhì)變量無法進(jìn)行連續(xù)的量測，則選取代表性的點(diǎn)，利用各種預(yù)測技術(shù)，推測整個研究區(qū)域的地質(zhì)變量變化規(guī)律。

(2)特征解釋

從離散化和條件化兩個方面對巖土工程地質(zhì)特征進(jìn)行解釋。也就是將巖土屬性與巖土類型作為控制特征的條件，對工程地質(zhì)信息離散化處理，確定相關(guān)特征描述以及工程地質(zhì)邊界。

2.4 數(shù)字化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

結(jié)合實(shí)際工程情況，基于用戶需求分析，巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

(1)數(shù)據(jù)庫概念模型

巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)是一個信息處理系統(tǒng)，主要任務(wù)是信息或數(shù)據(jù)分析及其作用在信息或數(shù)據(jù)之上的處理系統(tǒng)需求分析，為了明確地表達(dá)出用戶的數(shù)據(jù)要求，首先要使用面向問題的概念性數(shù)據(jù)模型對數(shù)據(jù)和信息建模。巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫管理的實(shí)體主要包括文檔資料、圖形資料、地層、鉆孔等，巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫管理是巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)

是一個處理復(fù)雜、數(shù)據(jù)密集的應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)從現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的數(shù)據(jù)側(cè)面對數(shù)據(jù)對象與屬性及其關(guān)系進(jìn)行模型的建立，才能獲得反映信息世界的概念性數(shù)據(jù)模型。

(2)數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)過程

巖土工程勘察數(shù)字化(一體化)系統(tǒng)包含三類數(shù)據(jù)，分別是原始數(shù)據(jù)(來自用戶的輸入)、中間數(shù)據(jù)(系統(tǒng)生成的)以及最終數(shù)據(jù)。測點(diǎn)數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)的主要組成部分，測點(diǎn)數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步分為測點(diǎn)信息屬性數(shù)據(jù)與測點(diǎn)幾何屬性數(shù)據(jù)，其中測點(diǎn)信息屬性數(shù)據(jù)指的是地層頂面標(biāo)高、地層厚度、孔隙度、含水率、等物性參數(shù);根據(jù)原始數(shù)據(jù)，系統(tǒng)生成諸如剖面模型、三維表面模型、地層層面等值線模型的中間數(shù)據(jù)，并由此生成各種用戶需要的圖件及查詢各種信息;根據(jù)用戶需要，由中間數(shù)據(jù)生成種類繁多的最終數(shù)據(jù)，包括文檔資料和圖形資料兩大類別。文檔資料包括地質(zhì)勘察報(bào)告等，而圖形資料包括連線剖面圖、單孔柱狀圖等。因巖土工程勘察的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)庫管理必須嚴(yán)格遵循原始數(shù)據(jù)→中間數(shù)據(jù)→最終數(shù)據(jù)的時(shí)間序列關(guān)系。

3 巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的展望

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用的不斷深入，地理信息系統(tǒng)(GIS)與巖土工程勘察的完美結(jié)合將是未來巖土工程勘察的發(fā)展趨勢。巖土工程勘察數(shù)據(jù)具有形式上的多樣性和內(nèi)容上的復(fù)雜性特征，地理信息系統(tǒng)具備強(qiáng)大的空間查詢、分析能力以及數(shù)據(jù)采集、管理能力，能夠有效克服傳統(tǒng)巖土工程勘察難以高效處理數(shù)據(jù)信息的弱點(diǎn)。此外，地理信息系統(tǒng)具有良好的可視化功能，可以針對巖土工程勘察的用戶實(shí)際需求，開發(fā)出可視化的操作平臺，從而使巖土工程勘察工作持續(xù)向數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多媒體化方向邁進(jìn)。

4 結(jié)束語

由于行業(yè)的特殊性，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)體制難以滿足巖土工程勘察數(shù)據(jù)的處理需求，巖土工程勘察數(shù)據(jù)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)屬性和顯著的空間特征，怎樣才能在巖土工程勘察中引入更多的計(jì)算機(jī)技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行定量結(jié)構(gòu)分析和空間建模，并實(shí)現(xiàn)勘察數(shù)據(jù)的時(shí)空分析，是一個研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。本文結(jié)合巖土工程勘察的發(fā)展現(xiàn)狀與實(shí)際需求，提出一些自己的看法，以期使巖土工程勘察提升經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省人力，提高效率，縮短勘察設(shè)計(jì)周期。

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