蘇燕奕

摘要：巖土工程勘察數(shù)據(jù)自身具備多元性及空間性的特點(diǎn)，并且目前已有的常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)不能滿足處理數(shù)據(jù)的需要。巖土工程勘察工作自身具備一定的空間特性及結(jié)構(gòu)屬性，所以該工作在計(jì)算機(jī)可視化工作中顯得十分復(fù)雜。怎樣在利用數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)完成勘察數(shù)據(jù)時(shí)空分析以及空間建模，便成了目前迫切需要解決的問題。本文主要從當(dāng)前巖土工程勘察數(shù)字化存在的不足入手，從五個(gè)方面簡(jiǎn)要探討了如何實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的方法步驟，對(duì)于巖土工程數(shù)字化勘察技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：巖土工程；勘察；數(shù)字化

一般巖土工程信息，包括地形地貌、地下水位置、斷層、底層界面以及各種物探、化探資料，均是直接從野外測(cè)量或用于某一工程設(shè)計(jì)，在工程完成后，這些資料即被置之一旁，即使日后再被利用也只是一些離散數(shù)據(jù)，技術(shù)人員很難直接利用其再去分析工程地質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律。且傳統(tǒng)的巖土工程資料分析及解釋往往局限于靜態(tài)的、二維的表達(dá)，直觀性較差，不能很好地揭示空間變化的規(guī)律，不能滿足工程的空間分析要求。因此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及勘察技術(shù)手段的完善，如何有效地采集、存儲(chǔ)、管理、利用、交流各巖土工程勘察項(xiàng)目中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，成為當(dāng)今巖土工程勘察中的一個(gè)重要課題，筆者對(duì)此略談己見。

一、數(shù)字化巖土工程勘察概述

數(shù)字化巖土工程勘察工作屬于測(cè)繪技術(shù)的一種，并且需要結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAD技術(shù)以及各種計(jì)算機(jī)軟件，將整體工程中的信息進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而建立起整套計(jì)算機(jī)輔助的信息流程，讓勘察設(shè)計(jì)方面的技術(shù)手段從之前的手工化逐漸走向信息化，向CAD轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步完成圖文自動(dòng)化以及硬件網(wǎng)絡(luò)化。并且建立多專業(yè)多工種并且高效益的勘察隊(duì)伍。數(shù)字化勘察技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于圖紙、圖像以及各種文字表述上，為專業(yè)設(shè)計(jì)工作提供參考數(shù)據(jù)。該技術(shù)體系用系統(tǒng)工程觀點(diǎn)，把勘察、設(shè)計(jì)的圖紙、圖像、表格、文字等以數(shù)字化形式存貯，供各專業(yè)設(shè)計(jì)使用，達(dá)到快速、高效、準(zhǔn)確的應(yīng)用勘察成果目的，大幅度降低由于勘察成果的低效使用引起的設(shè)計(jì)變更，及其他工程質(zhì)量問題，有效的節(jié)約社會(huì)成本資源。

二、當(dāng)前巖土工程勘察數(shù)字化存在的不足

當(dāng)前，隨著3S技術(shù)的發(fā)展與集成，促使巖土工程勘察進(jìn)入到以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的勘察設(shè)計(jì)一體化產(chǎn)業(yè)體系，但值得注意的是，雖然目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）已廣泛應(yīng)用于巖土工程勘察設(shè)計(jì)中，功能日益完善，但由于種種因素，一部分地區(qū)巖土工程勘察數(shù)據(jù)的數(shù)字化程度相對(duì)較低，仍存在一些問題，如，由于部門長(zhǎng)期的條塊分割，勘察、設(shè)計(jì)分散作業(yè)，加之巖土工程規(guī)范制定和新技術(shù)、新方法應(yīng)用的滯后，以及專業(yè)設(shè)置過(guò)細(xì)，巖土工程本身的特殊性等原因，設(shè)計(jì)與勘察之間脫鉤多；設(shè)計(jì)人員也因知識(shí)的局限，很難深層次理解巖土工程勘察信息，因而勘察成果在設(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)化率較低，造成許多不應(yīng)有的浪費(fèi)和損失；數(shù)字化地圖與數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)間接口不匹配，不同軟件之間數(shù)據(jù)的傳遞不夠貫通；勘察信息數(shù)字化程度低，勘察部門最終提交的勘察報(bào)告中以圖紙、表格、文字等形式為主，內(nèi)容上定性描述較多，既造成設(shè)計(jì)人員對(duì)勘察信息難于準(zhǔn)確理解，又造成對(duì)勘察信息處理、利用上的困難。

如上問題的存在，原因概括起來(lái)主要為：一是施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣?？辈旃こ淌┕がF(xiàn)場(chǎng)多為粉塵、泥漿等不適合高精密電子儀器作業(yè)的惡劣環(huán)境，客觀上限制了PDA、筆記本電腦及精密電子設(shè)備的應(yīng)用。二是部分單位采用的傳統(tǒng)巖土工程勘察設(shè)計(jì)軟件功能單一。一些單位在勘察數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理及制表制圖方面功能比較完備，但與CAD設(shè)計(jì)軟件的接口匹配性低，影響了設(shè)計(jì)CAD的系統(tǒng)效率，有的更未引入GIS系統(tǒng)，使每個(gè)巖土勘察項(xiàng)目成為孤立的項(xiàng)目單元，料缺乏共享性，沒有相互印證的作用，無(wú)法對(duì)較大規(guī)模的區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造進(jìn)行總體評(píng)估。三是由于室內(nèi)資料整理缺乏專業(yè)人才，影響了后期資料的整理工作，結(jié)果往往是工程結(jié)束后，技術(shù)人員將資料裝盒歸檔后即束之高閣，導(dǎo)致很多項(xiàng)目的寶貴資料失去了與相鄰項(xiàng)目的資料進(jìn)行對(duì)比的價(jià)值，技術(shù)人員對(duì)于計(jì)算機(jī)的處理水平，尤其是在GIS和數(shù)據(jù)庫(kù)方面的操作水平有待提高。

三、巖土工程勘察數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)

由上述可見，目前巖土工程中勘察與設(shè)計(jì)分離、設(shè)計(jì)軟件功能不完善等問題較為突出，而要解決這些問題，迫切需要建立一體化的體系。所謂一體化，即是將一些分散而多種多樣的要素或者單元合并組合成為一個(gè)更加晚上或者協(xié)調(diào)的整體，在巖土工程勘察設(shè)計(jì)中，一體化通常認(rèn)為是將不同的學(xué)科結(jié)合起來(lái)的一種方式，這種方式有助于建立一種全新的分析過(guò)程。巖土工程勘察一體化系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)地理信息系統(tǒng)（GIS）、計(jì)算機(jī)圖形、數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)學(xué)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、地質(zhì)建模、AutoCAD及Word自動(dòng)化等，其特點(diǎn)是勘察、設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)使用計(jì)算機(jī)作業(yè)，勘察階段為設(shè)計(jì)階段，上道工序?yàn)橄碌拦ば蛞约案鲗I(yè)工種間提供接口數(shù)據(jù)文件以使數(shù)據(jù)傳遞流暢。而要實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察設(shè)計(jì)的一體化，首先應(yīng)該實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察數(shù)字化，巖土工程勘察數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)一體化的先決條件。要實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察數(shù)字化，具體如下：

（一）分析巖土工程勘察對(duì)象的基本特征

巖土工程勘察對(duì)象構(gòu)造的規(guī)模、起因、結(jié)構(gòu)、形態(tài)差別較大，但所有復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造都能抽象為點(diǎn)、線、面、體四種元素的集合。任何地質(zhì)對(duì)象在空間上都占有一定的范圍及位置，有一定的形態(tài)和性質(zhì)特征，且與其他地質(zhì)對(duì)象間存在一定的空間聯(lián)系。因此，地質(zhì)對(duì)象的基本特征可歸結(jié)為空間特征、屬性特征和空間關(guān)系特征三個(gè)方面。

（二）分析巖土工程勘察建模的依據(jù)

巖土工程地質(zhì)模型是人們對(duì)客觀事物認(rèn)識(shí)的精煉和圖示化。建模最基本的依據(jù)是觀點(diǎn)及理論基礎(chǔ)。巖土工程力學(xué)，其核心觀點(diǎn)就是巖體，結(jié)構(gòu)面起主導(dǎo)作用，軟弱巖層（軟巖）起著起始變形與突破的作用。結(jié)構(gòu)面類型較多，性狀復(fù)雜，不僅有軟硬之分，還有大小之分和分布上的隨機(jī)性。

（三）明確巖土工程勘察建模的過(guò)程

一是工程變量預(yù)測(cè)。巖土工程地質(zhì)建模的主要目的之一就是預(yù)測(cè)一個(gè)或多個(gè)工程地質(zhì)變量的空間變化。在工程地質(zhì)中，變量則是地層、構(gòu)造、斷層等的空間分布特征及其物理力學(xué)性質(zhì)；在污染評(píng)價(jià)中，變量是土壤或地下水的污染程度；在礦產(chǎn)評(píng)價(jià)中，變量是礦石品位；在地下水研究中，變量是水動(dòng)力參數(shù)，如水流速度。對(duì)某些研究區(qū)域的相關(guān)地質(zhì)變量由于不可能進(jìn)行連續(xù)的量測(cè)，往往取一些有代表性的點(diǎn)，然后再利用各種不同的預(yù)測(cè)技術(shù)，來(lái)推測(cè)出整個(gè)研究區(qū)域的該地質(zhì)變量的空間變化規(guī)律。二是巖土工程地質(zhì)特征解釋。一般包含條件化及離散化兩方面，即以巖性或巖土類型等控制特征為條件，將工程地質(zhì)信息進(jìn)行離散化，從而確定工程地質(zhì)邊界和相關(guān)特征描述。

（四）基于GIS的巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

一是巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型設(shè)計(jì)。巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)管理作為巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，是一個(gè)數(shù)據(jù)密集、處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用問題，為了能獲得反映信息世界的概念性數(shù)據(jù)模型，將與實(shí)體和聯(lián)系相關(guān)的功能與行為剝離出來(lái)，僅從現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的數(shù)據(jù)側(cè)面來(lái)建立模型即研究數(shù)據(jù)對(duì)象與屬性及其關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上建立相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)。

二是數(shù)據(jù)庫(kù)建立實(shí)現(xiàn)。巖土工程一體化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有三類：用戶輸入的原始數(shù)據(jù)、系統(tǒng)生成的中間數(shù)據(jù)及最終數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)由測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)組成，而測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)又由測(cè)點(diǎn)幾何屬性數(shù)據(jù)（位置）和測(cè)點(diǎn)信息屬性數(shù)據(jù)；中間數(shù)據(jù)包括根據(jù)原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)生成的地層層面等值線模型、三維表面模型、剖面模型等，根據(jù)這些模型可以生成用戶需要的各種圖件，還可以進(jìn)行各種信息查詢操作；最終數(shù)據(jù)種類繁多，主要是根用戶需要由中間數(shù)據(jù)生成，包括圖形資料和文檔資料（如地質(zhì)勘察報(bào)告等）。

四、結(jié)束語(yǔ)

巖土工程勘察數(shù)字化工作含蓋了許多方面的知識(shí)點(diǎn)，筆者通過(guò)總結(jié)自身在巖土工程勘察工作中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)該方面先進(jìn)工作方式，主要從當(dāng)前巖土工程勘察數(shù)字化存在的不足入手，從五個(gè)方面簡(jiǎn)要探討了如何實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的方法步驟，以期對(duì)于巖土工程數(shù)字化勘察技術(shù)的研究及應(yīng)用有一定參考作用。

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（作者單位：賀州市勘察測(cè)繪研究院有限公司）