曾慶有 葉晨峰 鄧國平 林 舟

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司 福州 350004)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展，我國的基礎(chǔ)建設(shè)取得了跨越式的發(fā)展。因此，勘測單位每年都要進(jìn)行細(xì)致的工程地質(zhì)勘測，并積累了海量的交通工程地質(zhì)及工程勘察資料。但是現(xiàn)階段依照傳統(tǒng)的管理模式，勘察設(shè)計數(shù)據(jù)與資料極為分散且歸屬不明確。在紙質(zhì)資料的歸檔與存儲過程中也容易產(chǎn)生遺漏或重復(fù)歸檔入庫的問題。數(shù)據(jù)的整合不完善，數(shù)據(jù)共享不暢通，導(dǎo)致管理者在工程建設(shè)過程中難以獲取有效數(shù)據(jù)成果輔以分析，而經(jīng)常進(jìn)行重復(fù)的現(xiàn)場勘測，效率低下。

針對工程地質(zhì)龐大的數(shù)據(jù)處理工作，數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建是相關(guān)數(shù)據(jù)管理與分析的最佳解決方案[1]。因此，大量學(xué)者及地質(zhì)工作者對此進(jìn)行了研究與開發(fā)[2-5]。但現(xiàn)有的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫或是為特定的工程建立，或是局限于特定的需求與應(yīng)用[6]。地質(zhì)數(shù)據(jù)分布于不同系統(tǒng)之中，溝通低效，降低了地質(zhì)數(shù)據(jù)利用的全面性與易用性。

本文以空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基礎(chǔ)、GIS軟件為平臺，歷年來海量交通工程地質(zhì)及工程勘察資料為主要信息來源，整合建筑物、市政基礎(chǔ)設(shè)施等信息，搭建了一套切實(shí)有效的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理平臺。該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)工程勘察設(shè)計數(shù)據(jù)的有效收集、共享與維護(hù)管理；提升項目管理水平，提高信息資源共享程度；初步實(shí)現(xiàn)輔助決策支持功能，提高決策的科學(xué)性，為建設(shè)項目的前期評估、仿真建設(shè)、運(yùn)營管理乃至今后的改造、更新提供全生命周期服務(wù)。

1 工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

1.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則

本工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫遵循以下4個原則進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。

1) 主題數(shù)據(jù)庫原則。面向地下工程地質(zhì)勘察業(yè)務(wù)主題，為相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源并通過人性化界面提供業(yè)務(wù)處理。工程地質(zhì)數(shù)據(jù)易于使用、管理和維護(hù)，滿足安全性需求。

2) 標(biāo)準(zhǔn)化原則。系統(tǒng)的建設(shè)要嚴(yán)格按照國家、地方和行業(yè)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如空間數(shù)據(jù)的分層編碼、數(shù)據(jù)的質(zhì)量、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等。

3) 可維護(hù)原則。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，按照分層設(shè)計，軟件構(gòu)件化實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與界面分離，邏輯與數(shù)據(jù)分離，易于系統(tǒng)的擴(kuò)展與維護(hù)。各類數(shù)據(jù)組織合理，不因系統(tǒng)運(yùn)行時間長、數(shù)據(jù)量不斷增加而影響系統(tǒng)速度。

4) 全生命周期原則。滿足巖土工程從規(guī)劃、設(shè)計、施工、運(yùn)維等階段工程地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理需求。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

本文工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崿F(xiàn)快速的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)錄入、查詢使用， 實(shí)現(xiàn)自動化、可交互的工程地質(zhì)評價及專題地質(zhì)圖形建模與管理功能。數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)如下。

1) 工程地質(zhì)數(shù)據(jù)平臺。提供完整、易用、先進(jìn)的工程勘察各類數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)查詢、標(biāo)準(zhǔn)化處理、專題圖顯示與交互查詢、地質(zhì)數(shù)據(jù)分析處理等功能。

2) 數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)入庫模塊可對接理正、華寧等勘察軟件數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)鉆孔坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件可導(dǎo)出常用格式的數(shù)據(jù)文件。

3) 移動端APP。具有工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫查詢移動端APP，支持 Android操作系統(tǒng)。移動端 APP定位功能穩(wěn)定準(zhǔn)確， 可在權(quán)限范圍內(nèi)隨時查看相關(guān)信息，滿足工程現(xiàn)場應(yīng)用要求。

1.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫通過一系列的數(shù)據(jù)表來實(shí)現(xiàn)。由于工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容龐雜，為了便于管理，將數(shù)據(jù)表按內(nèi)容分為幾個大類，大類下含若干數(shù)據(jù)表，見表1。根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要求，每個表均含有表名、表號、表標(biāo)識和表結(jié)構(gòu)。

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)表

2 數(shù)據(jù)庫開發(fā)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)庫平臺選擇

主流的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫多采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，一般為SQL Server 和Oracle等數(shù)據(jù)庫平臺。本文數(shù)據(jù)庫根據(jù)勘察施工現(xiàn)場工作的特點(diǎn)，選擇MS SQL Server作為后臺數(shù)據(jù)庫平臺，具有較高的可靠性、可擴(kuò)展性和讀寫性能。

2.2 開發(fā)架構(gòu)

系統(tǒng)的整體架構(gòu)為B/S架構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)，分布性強(qiáng)、維護(hù)方便且共享性強(qiáng)。B /S 架構(gòu)將極少部分事務(wù)邏輯在前端 (Browser) 實(shí)現(xiàn)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端 (Server) 實(shí)現(xiàn)，形成3層結(jié)構(gòu)。這樣使得客戶端電腦負(fù)荷簡化[7]。系統(tǒng)采用NET、JAVA 、MVC 3層架構(gòu)設(shè)計，以及基于SOA和微服務(wù)架構(gòu)模式，將數(shù)據(jù)文件存儲共享、工程勘察數(shù)據(jù)查詢管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析應(yīng)用等業(yè)務(wù)邏輯均放在服務(wù)器后端實(shí)現(xiàn)。 同時云服務(wù)提供多重安全保護(hù)與數(shù)據(jù)備份措施， 保證數(shù)據(jù)安全保密性。

2.3 數(shù)據(jù)庫整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、展現(xiàn)層、安全體系4個部分。

2.3.1數(shù)據(jù)層

服務(wù)器數(shù)據(jù)庫接入勘察數(shù)據(jù)，勘察資料文檔數(shù)據(jù)、地質(zhì)專題圖數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，并可接入百度地圖、天地圖等提供的API。

工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫主要包含3種不同的數(shù)據(jù)類型，即文檔數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。針對不同類型的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)處理入庫流程嚴(yán)格執(zhí)行，包括地質(zhì)數(shù)據(jù)收集整理，制定建庫標(biāo)準(zhǔn)、地質(zhì)數(shù)據(jù)入庫前處理、數(shù)據(jù)檢測、地質(zhì)資料入庫等，保證入庫數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且不重復(fù)。數(shù)據(jù)的整理、檢查與入庫流程見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)收集、處理與入庫流程

圖形數(shù)據(jù)按照點(diǎn)、線、面分類作為單獨(dú)圖層存儲。地形底圖掃描成柵格文件后，首先進(jìn)行校準(zhǔn)，然后矢量化錄入并校正誤差。一幅底圖由多個圖層組成，便于編輯與查詢。屬性數(shù)據(jù)是對地質(zhì)實(shí)體的詳盡描述，是空間實(shí)體的特征數(shù)據(jù)，在圖元和外掛屬性數(shù)據(jù)庫建立的基礎(chǔ)上進(jìn)行，一般對照圖形直接編輯輸入并進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查。

2.3.2業(yè)務(wù)層

通過接口封裝及ASP.NET MVC框架控制業(yè)務(wù)邏輯，對接數(shù)據(jù)接口，整合業(yè)務(wù)平臺，以滿足前后臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求。前臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要包括注冊登錄、圖件瀏覽、現(xiàn)場定位、信息查詢、統(tǒng)計分析等。后臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要包括勘察數(shù)據(jù)入庫、文檔管理、元數(shù)據(jù)管理、用戶權(quán)限管理等。

2.3.3展現(xiàn)層

基于B/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崿F(xiàn)將主要的業(yè)務(wù)需求事務(wù)在前端 (Browser) 實(shí)現(xiàn)，通過平臺無縫接入主流瀏覽器(谷歌瀏覽器、IE瀏覽器、火狐瀏覽器等)進(jìn)行展示與用戶交互。

2.3.4安全體系

安全體系通過終端安全、傳輸安全、應(yīng)用安全來保障整個架構(gòu)的安全。數(shù)據(jù)的存儲基于MD5加密算法保證安全，網(wǎng)站基于SSL保證傳輸層安全。數(shù)據(jù)的交換接口開發(fā)采用可靠的數(shù)據(jù)交換同步技術(shù)，有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離以保證安全性。

3 數(shù)據(jù)庫功能與應(yīng)用

本文工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要為勘察企業(yè)進(jìn)行工程勘察數(shù)據(jù)管理工作服務(wù)，能夠滿足目標(biāo)用戶的絕大部分功能需求。

3.1 功能模塊劃分

工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在功能上劃分為4個主要的功能模塊，包括GIS模塊、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析、權(quán)限管理。

1) GIS模塊。支持多種地圖(百度、天地圖等)，提供基礎(chǔ)的地理地圖管理功能。包括地圖的顯示、縮放及測量，地圖與衛(wèi)星影像圖的切換等。

2) 數(shù)據(jù)管理。實(shí)現(xiàn)工程項目圖文檔資料整理入庫功能，包括項目的添加、更新、刪除及圖文信息的上傳與下載；實(shí)現(xiàn)勘察數(shù)據(jù)信息的查詢與檢查功能，包括以地圖或列表形式的項目信息索引、以GIS圖來統(tǒng)一展現(xiàn)鉆孔信息等。

3) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計。對勘察鉆孔中的地層數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類處理并保存入庫；根據(jù)選取的鉆孔統(tǒng)計區(qū)域地質(zhì)信息，原狀土、擾動土參數(shù)統(tǒng)計信息，原位測試統(tǒng)計信息；根據(jù)選取的剖面孔生成勘察剖面圖；以通用勘察軟件格式導(dǎo)出相應(yīng)區(qū)域工程地質(zhì)數(shù)據(jù)。

4) 權(quán)限管理。對菜單功能進(jìn)行管理配置；系統(tǒng)管理員在后天配置賬戶的具體權(quán)限，不同級別的賬戶擁有不同數(shù)據(jù)和功能權(quán)限；實(shí)現(xiàn)用戶賬號的注冊及分角色管理。

3.2 權(quán)限管理

工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)根據(jù)勘察設(shè)計流程中人員的不同職責(zé)，對系統(tǒng)用戶進(jìn)行角色的劃分，如系統(tǒng)管理員、項目負(fù)責(zé)人、審核人員、專業(yè)技術(shù)人員和一般用戶等。管理員在具備后臺管理權(quán)限情況下，在“角色管理”子菜單下添加、編輯、刪除角色信息并通過授權(quán)按鈕分配相應(yīng)的菜單及數(shù)據(jù)訪問權(quán)限，系統(tǒng)權(quán)限管理信息見圖2。

圖2 系統(tǒng)權(quán)限管理信息

用戶點(diǎn)擊“用戶管理”子菜單按鈕，可注冊用戶人員并分角色給該用戶，用戶列表中提供查看、編輯、刪除等管理功能。

3.3 信息檢索與展示

系統(tǒng)用戶在終端點(diǎn)擊“項目查詢”按鈕可在主頁地圖上查詢展示已入庫的工程項目信息，地圖上每1個星標(biāo)代表1個項目工程，點(diǎn)擊圖標(biāo)顯示該項目的概況信息見圖3。在項目信息卡上用戶可查詢該項目所屬的鉆孔空間位置信息與地層分層信息，其顯示界面見圖4。在此信息卡上統(tǒng)計有該項目的鉆孔統(tǒng)計信息與土工原位測試統(tǒng)計信息、下載瀏覽該項目的文檔資料等。

圖3 工程概況信息展示

圖4 鉆孔信息展示

在地圖上點(diǎn)擊 “操作”按鈕，支持以工程編號、工程名稱、工程負(fù)責(zé)人，以及工程類型為關(guān)鍵詞模糊匹配篩選查詢相關(guān)的項目工程；也可通過半徑搜索查詢某一地點(diǎn)周邊范圍內(nèi)的項目工程，項目檢索示意見圖5。

圖5 項目檢索

3.4 項目管理

用戶通過“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫”菜單下的“項目管理”子菜單進(jìn)行項目的添加、上傳數(shù)據(jù)、更新及刪除等操作。

點(diǎn)擊數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)終端的“添加項目信息”按鈕，其顯示界面見圖6，可在地圖上點(diǎn)擊定位項目的坐標(biāo)信息，并填寫該項目的工程編號、名稱等相關(guān)內(nèi)容，最終保存入庫。用戶選取坐標(biāo)類型后，可將勘察成果數(shù)據(jù)解析并導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)會對地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)檢，提示錯誤信息或標(biāo)明異常描述。

圖6 添加項目信息

上傳成功后的項目會在項目列表中列出，用戶可點(diǎn)擊表頭以自定義排序顯示項目信息，每個項目工程均提供編輯、更新、刪除功能，并提供工程文檔上傳功能，以在線文檔管理形式在不同終端下載瀏覽，其項目管理頁面見圖7。

圖7 項目管理頁面

3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

以鉆孔數(shù)據(jù)為例。鉆孔數(shù)據(jù)入庫后可在地圖模塊上統(tǒng)一集成展示。用戶可任意選擇鉆孔組成1個項目并標(biāo)定入庫。點(diǎn)選每個鉆孔可查看該標(biāo)準(zhǔn)孔的概要信息與分層信息，并可生成鉆孔柱狀圖見圖8。

另外，通過拉框或選擇多個鉆孔可以生成鉆孔對比柱狀圖見圖9。

圖9 鉆孔對比剖面圖

為實(shí)現(xiàn)鉆孔數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化重復(fù)利用，系統(tǒng)可自定義標(biāo)準(zhǔn)化地層，并在建庫過程中將鉆孔數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)地層，其標(biāo)準(zhǔn)地層參數(shù)見圖10。此外，數(shù)據(jù)庫還能夠批量選擇鉆孔進(jìn)行區(qū)域地層統(tǒng)計。在統(tǒng)計的基礎(chǔ)上基于各項地層數(shù)據(jù)智能分析地層條件。如根據(jù)場地內(nèi)標(biāo)貫孔信息判別場地液化類型等。

圖10 標(biāo)準(zhǔn)地層管理

在指定區(qū)域內(nèi)，鉆孔數(shù)據(jù)、土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)、原位測試數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)計與展示(見圖11)，并能根據(jù)用戶需求進(jìn)行擴(kuò)展，方便用戶分析該區(qū)域工程地質(zhì)特性，為工程決策提供綜合全面的信息來源。相應(yīng)的統(tǒng)計結(jié)果可以自動整合成測試數(shù)據(jù)報告并提供下載。

圖11 工程測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

本文設(shè)計并開發(fā)一套切實(shí)有效的企業(yè)級工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理平臺，基于空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和GIS軟件平臺，能夠高效整合多項目、全周期、多類型的城市交通工程及工程地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫管理平臺克服了傳統(tǒng)勘察數(shù)據(jù)利用不足、資料分散的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了工程地質(zhì)數(shù)據(jù)的信息化存儲、線上有效管理、智能化的高效共享和整合利用，可為覆蓋區(qū)內(nèi)抗震規(guī)劃、項目工可研究、地質(zhì)災(zāi)害評估等提供服務(wù)，同時節(jié)約工期與資源，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的二次經(jīng)濟(jì)效益。

隨著數(shù)據(jù)庫源數(shù)據(jù)的不斷擴(kuò)充與完善，覆蓋區(qū)域的不斷擴(kuò)展，利用大數(shù)據(jù)算法，能夠進(jìn)一步對工程地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲整合，對其潛在價值進(jìn)行深度挖掘，其服務(wù)的領(lǐng)域?qū)U(kuò)展至城市規(guī)劃、抗震規(guī)劃、地下管網(wǎng)布局、工程選線、工可研究、地質(zhì)災(zāi)害評估及前期立項等諸多方面，智能化分析程度也將進(jìn)一步提升，具有廣闊的應(yīng)用前景。