陳詩艾

（廣東省重工建筑設計院有限公司 廣州510670）

0 前言

當前，隨著信息技術的飛速發(fā)展，以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、自動化、移動應用等技術為核心的信息化技術創(chuàng)新和變革不斷深入，信息技術成為引領變革的主導力量，信息化建設模式發(fā)生了根本性變化，信息化應用進入全新的發(fā)展階段［1，2］。工程勘察作為工程建設過程中重要的基礎性工作，是工程建設中不可或缺的重要環(huán)節(jié)［3］，但目前工程勘察在技術進步、質(zhì)量管理等方面停滯不前，甚至呈現(xiàn)倒退的趨勢［4］。工程勘察迫切需要依托新技術進行管理方法的變革，而進行工程勘察信息化管理顯然是一個適應時代發(fā)展的有效途徑［5］。

從信息技術的角度看，工程勘察可看作一種“信息獲取、信息理解和信息應用”的過程［6］。工程勘察管理信息化的關鍵點在于工程勘察業(yè)務各個流程實現(xiàn)信息化管理。

1 總體思路

工程勘察管理信息化關鍵技術研究主要從勘察工作流程入手，總體思路如圖1所示。工程勘察管理信息化關鍵在于針對勘察流程的關鍵部位實現(xiàn)信息化，包括以下3個方面：外業(yè)數(shù)據(jù)采集信息化［5，7-10］、外業(yè)遠程信息化監(jiān)管、巖土試驗信息化。關鍵環(huán)節(jié)的管理信息化可促進勘察流程重構(gòu)［11］，使勘察外業(yè)、內(nèi)業(yè)、試驗各工序產(chǎn)生分離。流程重構(gòu)需要通過勘察過程標準化作業(yè)（如建立地區(qū)標準地層系統(tǒng)、采用1 m巖芯箱及標準安全護具等）及數(shù)據(jù)集成（統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口、統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準）作為支撐，使不同環(huán)節(jié)的信息得以關聯(lián)、流轉(zhuǎn)，相互之間產(chǎn)生協(xié)同交互，保證質(zhì)量的同時節(jié)省工期，提高生產(chǎn)效率。

圖1 總體思路Fig.1 General Mind of the Research

2 關鍵技術方案研究

2.1 勘察外業(yè)數(shù)據(jù)采集信息化研究

勘察外業(yè)信息管理系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的“紙+筆”人工數(shù)據(jù)采集記錄的生產(chǎn)模式，研發(fā)了軟件平臺（APP）進行電子化地質(zhì)編錄、巖芯照片和現(xiàn)場照片拍攝、原位測試記錄錄入、取樣及樣品信息記錄等，資料信息帶有GPS定位信息以保證數(shù)據(jù)真實性。

2.1.1 勘察外業(yè)數(shù)據(jù)采集信息化流程設計

建立外業(yè)信息化管理系統(tǒng)，開發(fā)手機、平板電腦等移動設備端專用的軟件平臺（APP），APP上的信息數(shù)據(jù)保存在設備本地，并通過移動通訊網(wǎng)絡實時上傳至云平臺上的數(shù)據(jù)中心?？辈焱鈽I(yè)信息統(tǒng)數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖2 勘察外業(yè)信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程Fig.2 Data Flow Chart of the Investigation Field Work Information Acquisition System

2.1.2 勘察外業(yè)信息化管理系統(tǒng)主要功能

⑴ 標準地層定制

地區(qū)標準地層系統(tǒng)根據(jù)地區(qū)勘察經(jīng)驗與實際情況建立，巖土層號按地質(zhì)時代與成因確定主層號，按巖土層名稱按地層上下次序確定亞層號及次亞層號。在地區(qū)標準地層系統(tǒng)的基礎上進行編錄、測試，形成統(tǒng)一標準的勘察成果，繼而形成地區(qū)勘察成果庫。采用標準地層可使一個地區(qū)中的不同勘察項目數(shù)據(jù)信息之間的數(shù)據(jù)可進行對比分析，進而了解地區(qū)地史發(fā)展過程的共性和異性，才能據(jù)此產(chǎn)生有效的數(shù)據(jù)利用。

⑵ 勘察外業(yè)數(shù)據(jù)采集信息化

通過軟件平臺（APP）進行地質(zhì)編錄、拍攝巖芯照片和現(xiàn)場照片、錄入原位測試記錄、取樣及樣品信息記錄等，資料信息帶有時間和GPS定位信息以保證數(shù)據(jù)的真實性，為勘察質(zhì)量管理提供數(shù)據(jù)基礎。

工程勘察信息采集系統(tǒng)包括以下幾個模塊：鉆孔數(shù)據(jù)編錄、巖芯照片拍攝和上傳、原位測試信息采集、巖土試樣信息采集、相關人員信息采集。

① 鉆孔編錄

鉆孔編錄包括以下內(nèi)容：鉆孔水位、開始和結(jié)束時間、地層編號、地層底深度、地層名稱、地質(zhì)時代、地質(zhì)成因、顏色、密實度、塑性狀態(tài)、地層描述等。當標準地層確定以后，可根據(jù)巖土層特性選擇對應標準層進行快速編錄，也可以根據(jù)實際情況在標準層屬性的基礎上進行修改。

編錄信息保存在本地，可通過通信網(wǎng)絡上傳至云服務器。

此外，利用云計算技術，在進行巖土層描述時，可按地區(qū)跨項目自動搜索匹配，推薦若干條描述，方便進行地區(qū)地層對比，提高地質(zhì)編錄的質(zhì)量和效率。

② 巖芯照片拍攝和上傳

a.巖芯照片深度自動識別

基于標準長度的巖芯箱（1.0 m），在外業(yè)數(shù)據(jù)采集信息化時可通過設置巖芯行數(shù)，實現(xiàn)深度的自動識別，如圖3所示，可減少外業(yè)技術員的人為誤差，并提高工作效率。

圖3 采用標準巖芯箱（1m）并進行深度自動識別Fig.3 Standard Core Box（1m）Using and Depth Recognition of Drill Core

b.巖芯照片自動拼接

巖芯照片自動拼接成長圖，并標注項目名稱和鉆孔編號。減少人工操作，提高工作效率。

c.巖芯照片上傳

巖芯照片可直接實時拍攝上傳至云服務器。在通訊信號弱的地區(qū)，容易造成照片難以上傳或上傳時丟包的情況。系統(tǒng)支持本地照片上傳，可先進行照片的拍攝，保存在本地，隨后再進行照片上傳。2種方案可滿足各種工況條件勘察作業(yè)。

③ 原位測試信息采集

可進行標準貫入試驗、圓錐動力觸探試驗、波速測試、電阻率測試等的信息采集，可進行試驗底深度、桿長、試驗數(shù)據(jù)等的錄入。標準貫入試驗和圓錐動力觸探試驗根據(jù)規(guī)范提供默認試驗段長度，也可進行人工修改，對于試驗反彈情況，自動進行擊數(shù)換算。

④巖土試驗信息采集

進行試驗樣品信息采集，包括下列信息：樣品類型（包括原狀土樣、擾動土樣、巖樣、土腐蝕性樣、水腐蝕性樣）、取樣底深度、取樣編碼（通過掃描條碼或二維碼獲得）、取樣長度。

⑤ 人員設備信息采集

在后臺可進行項目成員管理，通過勾選或取消勾選已注冊在系統(tǒng)的成員，進行項目成員添加或刪除。在進行外業(yè)勘察時，可輸入設備編號、鉆機機長、勞務分包商等信息。此外，自動識別編錄人員為登陸賬號所有人，不允許修改，使勘察外業(yè)原始資料可追溯。

⑶ 勘察外業(yè)數(shù)據(jù)自檢

針對重要項（如地層編號、地層名稱、底深度等）漏填、深度矛盾（取樣跨層、標準貫入測試跨層、取樣與標貫或動探深度重合等）等進行數(shù)據(jù)自檢，有問題項標紅提醒，便于核查修改。

⑷ 勘察外業(yè)管理信息化

通過外業(yè)信息化管理系統(tǒng)錄入鉆探單位/機組、現(xiàn)場技術人員、項目負責人、鉆探開工完工時間等信息，并上傳至云服務器。可實時進行工作量分類統(tǒng)計，并可在數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)深度利用，如成本管控、市場經(jīng)營決策等。

2.1.3 系統(tǒng)創(chuàng)新點

⑴ 基于云服務模式的數(shù)據(jù)協(xié)同管理

數(shù)據(jù)存儲基于云存儲，實時更新，多個設備統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，安全可靠。支持多人、異地、使用APP和PC、平板對同一項目進行修改。數(shù)據(jù)儲存在統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，避免一個項目多個數(shù)據(jù)庫，避免在數(shù)據(jù)交互時產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失或版本沖突等問題。

⑵ 智能輔助功能

系統(tǒng)具有智能輔助功能，為編錄提供快捷判斷決策，如：利用云計算技術，在進行巖土層描述時，按地區(qū)跨項目自動搜索匹配，推薦若干條描述，方便進行地區(qū)地層對比，提高編錄效率；基于標準長度的巖芯箱（1.0 m），實現(xiàn)深度的自動識別，可直接在巖芯照片上進行分層、原位測試及巖土試驗取樣深度的標識，方便校對，減少外業(yè)技術員的人為誤差，并提高工作效率。

⑶ 廣泛的數(shù)據(jù)支撐

與理正、華寧勘察軟件直接進行數(shù)據(jù)對接，一鍵導出，便于出圖及統(tǒng)計分析。

2.2 勘察外業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)研究

外業(yè)現(xiàn)場作業(yè)遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)通過移動通訊網(wǎng)絡，將現(xiàn)場作業(yè)過程的監(jiān)控影像實時上傳至數(shù)據(jù)中心，影像記錄根據(jù)需要保留至項目完成及后期服務階段，對關鍵項目或項目關鍵環(huán)節(jié)的外業(yè)作業(yè)過程進行實時監(jiān)控錄像，并保留影像記錄備查。

2.2.1 勘察外業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設計

勘察外業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)主要由3個部分組成：移動無線視頻采集組件、歷史監(jiān)控錄像管理模塊、實時監(jiān)控展示模塊，系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖4所示。移動無線視頻采集組件采集勘察外業(yè)影像數(shù)據(jù)，并通過移動通訊網(wǎng)絡上傳至云端服務器。系統(tǒng)用戶可以通過登錄云端，實時查看當前監(jiān)控的項目情況。遠程計算機將云端數(shù)據(jù)下載到本地硬盤中，并通過歷史監(jiān)控錄像管理模塊對硬盤中的數(shù)據(jù)進行回放查看和管理。

2.2.2 系統(tǒng)創(chuàng)新點

圖4 勘察外業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖Fig.4 System Frame Diagram of the Supervisory System Working in Investigation Field Work

⑴ 移動無線視頻采集組件適應勘察外業(yè)特點

勘察外業(yè)施工具有工期短、工作強度較大、野外作業(yè)條件較差、通常無電無網(wǎng)的特點。目前市場上并沒有貼合勘察專業(yè)設計的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

本系統(tǒng)勘察外業(yè)遠程監(jiān)控采集組件具有以下優(yōu)點：

① 監(jiān)控設備的移動性好，設備輕便，適合短工期作業(yè)使用；

②影像采集組件耐高溫和防水，無懼施工作業(yè)長時間暴露在野外；

③ 采用蓄電池供電，可在無電條件下運作；

④ 利用通訊網(wǎng)絡將監(jiān)控視頻信息實時傳送至云服務器或公司內(nèi)部服務器；

⑵ 監(jiān)控影像可回放可追溯

出于對資料可追溯的管理要求，監(jiān)控視頻進行本地保存管理。且通過監(jiān)控影像管理系統(tǒng)可進行查詢、影像回放等操作，有利于對勘察外業(yè)質(zhì)量進行監(jiān)管，確保勘察作業(yè)過程可追溯，進一步落實主體責任，強化工程質(zhì)量終身責任制，規(guī)范從業(yè)行為。

⑶ 監(jiān)控影像統(tǒng)一管理，確保安全

監(jiān)控影像通過管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理和存儲，用戶權限通過系統(tǒng)密級來進行控制，確保監(jiān)控影像數(shù)據(jù)安全，防止被惡意篡改?？辈焱鈽I(yè)監(jiān)控系統(tǒng)運行實例如圖5所示。

圖5 勘察外業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)運行實例Fig.5 Examples of the Supervisory System in Engineering Investigation Feld Work

2.3 巖土試驗信息化研究

基于自動識別技術的巖土樣品信息管理系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的紙質(zhì)樣品標簽手工填寫和人工識別的方式，在行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)基于自動識別技術（條碼、二維碼）的巖土樣品信息化管理，包括樣品條碼采集、自動識別（掃碼）收樣、試驗條碼二次分發(fā)等內(nèi)容，實現(xiàn)了巖土樣品的信息化管理。

2.3.1 巖土試驗信息化系統(tǒng)設計

首先，勘察項目負責人（內(nèi)業(yè)）在巖土樣品信息化管理系統(tǒng)上面新增工程項目，將項目工程信息、工點信息、鉆孔信息等信息錄入，并按規(guī)則產(chǎn)生唯一編碼的條碼（或二維碼）并打印成標簽，外業(yè)人員將條碼（或二維碼）標簽帶到項目工地。樣品信息采集手持端系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)進行在線更新，獲取上述項目工程信息、工點信息以及鉆孔信息等。在外業(yè)實施過程中外業(yè)人員將條碼（或二維碼）粘貼于樣品上，并對條碼（或二維碼）進行賦值（項目名稱、鉆孔編號、取樣深度、樣品類別等）。上述信息可離線存儲在手持端設備中，連接互聯(lián)網(wǎng)可進行在線上傳更新至云服務器的巖土樣品信息化管理系統(tǒng)上。通過巖土樣品信息化管理系統(tǒng)，內(nèi)業(yè)人員或外業(yè)人員對已采取的樣品進行試驗類別勾選，對條碼（或二維碼）進行賦值補充。

然后，巖土樣品運輸至試驗室后，試驗人員對來樣進行掃碼識別，按樣品類別進行保存管理，不需按項目進行樣品排序和樣品核對。試驗室接收樣品后，按試驗類別進行條碼（或二維碼）的二次分發(fā)，通過自動識別技術匹配樣品，從而進行分類試驗。

最后，試驗過程數(shù)據(jù)通過條碼（或二維碼）進行自動歸集，自動將試驗結(jié)果上傳至數(shù)據(jù)中心，全程數(shù)據(jù)不落地，試驗成果自動計算統(tǒng)計。

系統(tǒng)運行實例如圖6～圖8所示。

2.3.2 系統(tǒng)創(chuàng)新點

⑴ 把自動識別技術運用到工程勘察行業(yè)中，可以簡化過多的手寫工作，避免各環(huán)節(jié)的重復錄入，以減小工作出錯，提高工作效率，繼而提高勘察工作質(zhì)量。

⑵ 采用自動識別技術，將樣品數(shù)據(jù)自動采集，對信息自動識別，并自動傳輸?shù)胶笈_管理系統(tǒng)，可以后臺管理系統(tǒng)自行查看并導出各種電子表格，簡化工作程序。

⑶ 可以實現(xiàn)樣品信息在外業(yè)、實驗室、內(nèi)業(yè)三大環(huán)節(jié)里準確、快速傳遞。

⑷ 通過自動識別裝置，及后臺管理系統(tǒng)的導出功能，實驗室可減少繁沉的樣品排序時間和樣品核對時間，大大提高工作效率。

⑸ 項目負責人可以實時查看、核對已采集樣品信息的準確性，并通過統(tǒng)計、分析，對后續(xù)取樣的類型和數(shù)量進行控制，并及時反饋給外業(yè)技術人員，以免此項目出現(xiàn)取樣不合理情況出現(xiàn)。

⑹ 實驗室接收樣品后，通過自動識別技術匹配樣品，從而進行分類試驗。

⑺ 通過數(shù)據(jù)的采集、分類儲存，實現(xiàn)按工程、樣品類型等分類查詢和統(tǒng)計等功能，對樣品進行信息化、系統(tǒng)化管理。

圖6 巖土試驗信息化管理系統(tǒng)關鍵流程實例Fig.6 Key Process Example of Information Management System for Geotechnical Testing

圖7 試驗樣品條碼制備及自動識別（掃碼）采集信息Fig.7 Barcodes Produced for the Geotechnical Samples and the Imformations Automatic Identificated by Scanning the Barcodes

圖8 試驗數(shù)據(jù)自動化采集及信息化管理Fig.8 The Automatic Collection and the Informationization Management of Experimental Data

3 結(jié)語

利用“互聯(lián)網(wǎng)+”和“大數(shù)據(jù)”等技術，推動工程勘察行業(yè)信息化建設，是順應目前信息化技術水平發(fā)展、優(yōu)化社會資源調(diào)配的現(xiàn)實需要。無論是從政府管控還是從社會資源調(diào)配角度出發(fā)，覆蓋全行業(yè)范圍的大數(shù)據(jù)的需求越發(fā)迫切。這就需要制定統(tǒng)一的行業(yè)信息資源管理標準，拓寬數(shù)據(jù)獲取渠道，整合業(yè)務信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、企業(yè)單位和從業(yè)人員信息，以及互聯(lián)網(wǎng)抓取數(shù)據(jù)，構(gòu)建匯聚式一體化的大數(shù)據(jù)平臺。

而在工程勘察大數(shù)據(jù)的基礎上，可望利用大數(shù)據(jù)挖掘分析技術提升工程勘察管理層次，例如提取人員活動、設備使用、行為數(shù)據(jù)等工程勘察關鍵信息進行分析、統(tǒng)計和展示，可全面直觀掌握勘察關鍵信息分布情況，真正做到“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”。