工程勘察信息系統(tǒng)的應(yīng)用性研究

■趙　輝（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院山東濟(jì)南250013）

工程勘察信息系統(tǒng)的應(yīng)用性研究

■趙輝
（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院山東濟(jì)南250013）

工程勘察信息系統(tǒng)是基于GIS平臺建立的信息管理系統(tǒng)，主要包括圖形、圖像處理、數(shù)據(jù)庫管理、空間分析、三維建模及虛擬現(xiàn)實(shí)等主要功能，本文通過工程勘察信息系統(tǒng)在工程勘察項(xiàng)目中應(yīng)用的研究成果，介紹了該系統(tǒng)在大型或大區(qū)域工程勘察項(xiàng)目的應(yīng)用前景，并結(jié)合工程實(shí)驗(yàn)實(shí)例介紹了其應(yīng)用方法。

信息系統(tǒng)工程勘察應(yīng)用

1　項(xiàng)目的應(yīng)用目標(biāo)

（1）對各類勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、數(shù)據(jù)處理、圈定地質(zhì)體，采用三維圖形顯示地質(zhì)體，提高勘探工作的整體水平，也為工程建設(shè)提供了科學(xué)的依據(jù)。另一方面，如果將已有的勘探資料進(jìn)行處理、建立地面及地下三維模型，也將會對今后的工程勘察的規(guī)劃提供依據(jù)。

（2）對已有的勘察信息的利用。該系統(tǒng)可對已有的工程勘察信息進(jìn)行管理、開發(fā)和利用。對區(qū)域性勘察區(qū)原有的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和利用可節(jié)約大量的資金和時間。

（3）在新工程中的應(yīng)用。在新開展的工程勘察項(xiàng)目中對所獲取的勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，建立數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)包括地面地理、地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、工程部署、鉆孔、鉆井、巷道、取樣位置及分析數(shù)據(jù)等進(jìn)行管理，

（4）生成各類工程圖件，如地質(zhì)圖、鉆孔柱狀圖、剖面圖、工程平面圖及各種專題研究圖。

（5）生成動態(tài)的地下三維剖面圖、立體圖、平剖圖、地質(zhì)體塊段圖，同時獲取相應(yīng)塊段的分布、體積、走向等參數(shù)，模擬巷道動態(tài)穿越、井巷建設(shè)情況，為后期工程建設(shè)提供依據(jù)。在城市中應(yīng)用時也可結(jié)合其他軟件建立城市三維景觀系統(tǒng)。

2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由數(shù)據(jù)管理模塊、二次開發(fā)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口模塊和三維圖形處理模塊構(gòu)成（系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1）。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)管理模塊：由GIS系統(tǒng)平臺實(shí)現(xiàn)，采用分布式數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)，建立地質(zhì)工程勘察空間數(shù)據(jù)庫。主要有數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)處理、空間分析、數(shù)據(jù)檢索，數(shù)據(jù)輸出等功能。

（2）二次開發(fā)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口模塊：利用GIS系統(tǒng)平臺所提供的組件及函數(shù)庫，采用C++語言進(jìn)行二次開發(fā)，一方面創(chuàng)建與三維平臺的接口，為三維平臺提供建模數(shù)據(jù)，另一方面利用GIS系統(tǒng)平臺建立格式化的各類專題圖，如鉆孔柱狀圖、地質(zhì)剖面圖、地質(zhì)圖等，

（3）三維圖形處理模塊：通過二次開發(fā)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口調(diào)用GIS系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫的屬性數(shù)據(jù)建立三維模型。

3　系統(tǒng)的建立與運(yùn)行流程

3.1系統(tǒng)建立

（1）利用GIS平臺為系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)平臺，對地質(zhì)工程勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、編輯和處理。在系統(tǒng)建設(shè)中系統(tǒng)平臺采用中地公司開發(fā)的MAPGIS-GTI軟件。

（2）利用GIS平臺Mapgis 6.7和三維平臺的二次開發(fā)接口及所提供的通用控件進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)兩個平臺的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)與圖形的聯(lián)動。

（3）建立數(shù)據(jù)模板。由于不同的行業(yè)、不同的工程具有不同的圖形表現(xiàn)形式，因此可根據(jù)相關(guān)行業(yè)的要求建立數(shù)據(jù)模板，從而形成適合本行業(yè)要求的各類圖形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的專業(yè)化處理。

（4）以手動和自動兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的三維建模。

3.2系統(tǒng)運(yùn)行流程

（1）準(zhǔn)備階段：收集施工區(qū)域內(nèi)的地形、地理、交通、行政區(qū)劃、工程勘察、水文、地質(zhì)等各類圖形資料，鉆孔空間位置、編錄資料，必要時還需收據(jù)航空、衛(wèi)星圖片資料等。表數(shù)據(jù)按一定的格式建立表文件，圖形資料采用相關(guān)軟件進(jìn)行矢量化。

（2）將圖層文件進(jìn)行投影變換、誤差較正，并與屬性文件掛接。

（3）將圖層文件導(dǎo)入系統(tǒng)平臺，形成工程勘察系統(tǒng)的內(nèi)部文件。

（4）利用系統(tǒng)和三維圖處理功能創(chuàng)建三維地質(zhì)模型，利用GIS平臺生成各類工程圖件。

系統(tǒng)運(yùn)行流程見圖2。

圖2　系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

4　系統(tǒng)功能

4.1數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對地理底圖、工程勘察所獲取的資料和成果、圖像等數(shù)據(jù)的錄（導(dǎo)）入、轉(zhuǎn)換、編輯、查詢等功能。

4.1.1數(shù)據(jù)建庫

圖形數(shù)據(jù)庫：可用掃描輸入、GPS輸入、全站儀輸入和文件轉(zhuǎn)換輸入等方法輸入圖形、圖像。

工程勘察數(shù)據(jù)庫：可用直接導(dǎo)入、手工輸入、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（支持屬性類數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入）等多種方法錄入。

4.1.2數(shù)據(jù)管理查詢功能

提供與試驗(yàn)表類屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)存儲管理功能；提供對各種三維模擬結(jié)果、成果資料的存儲管理；提供各種基本信息及試驗(yàn)結(jié)果等屬性信息的查詢；提供對多種成果圖件及統(tǒng)計分析表單等系統(tǒng)資料的查詢；對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功能。

4.2工程地質(zhì)分析及應(yīng)用

（1）生成與工程相關(guān)的工程平面布置圖、土層柱狀圖、巖石柱狀圖和工程地質(zhì)剖面圖。

（2）生成各種等值線，包括地形等高線、地層等值線（層頂，層底，層厚）、第四紀(jì)土等值線（層底，層厚）、基巖面等值線、地下水位等高線及其他等值線等等。

（3）生成各種試驗(yàn)曲線：如單橋靜探曲線、雙橋靜探曲線、動靜探曲線、波速曲線等。

（4）生成斷層剖析圖：當(dāng)?shù)貙邮軘鄬悠茐臅r，可生成斷層剖析圖，動態(tài)顯示斷層不同方向切面，并可根據(jù)斷層的性質(zhì)進(jìn)行人為干預(yù)。

4.3三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模及可視化

4.3.1建立三維結(jié)構(gòu)模型

系統(tǒng)根據(jù)用戶選定的分析區(qū)域內(nèi)的鉆孔分層數(shù)據(jù)自動建立起表達(dá)該區(qū)域地層空間展布特征的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型；對于地質(zhì)情況比較復(fù)雜的區(qū)域，可通過用戶自定義剖面干預(yù)建模，處理夾層、尖滅、透鏡體等特殊地質(zhì)現(xiàn)象。這一建模方法不僅大大降低了建模的繁瑣程度、節(jié)省了建模時間，又兼顧了模型的準(zhǔn)確性，大大提高了建模效率。

4.3.2三維可視化表現(xiàn)功能

（1）系統(tǒng)提供對三維模型的放大（開窗放大）、縮小，實(shí)時旋轉(zhuǎn)、平移、前后移動等三維窗口操作功能，支持鼠標(biāo)和鍵盤兩種操作方式。

（2）鉆孔數(shù)據(jù)的多種三維表現(xiàn)形式。提供對鉆孔數(shù)據(jù)立體散點(diǎn)表現(xiàn)形式及立體管狀表現(xiàn)形式。

（3）三維地質(zhì)模型與鉆孔數(shù)據(jù)的組合顯示。采用不同的地層顯示模式和三種鉆孔顯示模式進(jìn)行組合，可對某些感興趣的地層進(jìn)行單獨(dú)顯示和分析。

4.4三維可視化分析功能

系統(tǒng)可提供多種空間分析、查詢功能。

（1）任意方向切割模型，包括斜切三維地質(zhì)模型、水平剖切三維地質(zhì)模型、沿復(fù)雜折線路徑剖切三維地質(zhì)模型、切割感興趣的地層。

（2）立體剖面圖生成，可選擇多條剖切路徑對地質(zhì)模型進(jìn)行切割并可將剖面進(jìn)行組合生成各種形式的立體剖面柵狀圖。

（3）鉆孔、地層三維拾取查詢，可通過鼠標(biāo)拾取三維場景中的鉆孔、鉆孔土層及模型中的地層，查詢相應(yīng)的鉆孔、鉆孔土層及地層信息。

（4）三維空間交互定位，利用鼠標(biāo)操作仿真定位點(diǎn)在三維空間中的實(shí)時移動，可實(shí)時獲取定位點(diǎn)處的三維空間坐標(biāo)值及巖性等地質(zhì)屬性。

圖3　系統(tǒng)生成的實(shí)驗(yàn)區(qū)基巖等高線圖

（5）三維空間量算功能，可計算指定范圍內(nèi)地層的體積、面積。

4.5成果生成與輸出

4.5.1資料圖件輸出

輸出指定范圍內(nèi)已有資料中的多種基礎(chǔ)平面圖圖件，包括本區(qū)基礎(chǔ)地理底圖、水系分布圖、地貌分區(qū)圖、地質(zhì)圖、基巖地質(zhì)圖、水文地質(zhì)圖、工程地質(zhì)圖等。

4.5.2表格數(shù)據(jù)輸出

提供對各類表格數(shù)據(jù)、報表的輸出。

4.5.3平面成果圖件生成

生成與鉆孔相關(guān)的鉆孔平面布置圖、柱狀圖、剖面圖。

生成各種等值線（彩色、填充…），包括地層等值線（層頂，層底，層厚）、第四紀(jì)土等值線（層底，層厚）、基巖面等值線等。

4.5.4三維地質(zhì)模擬結(jié)果輸出

（1）立體剖面柵狀圖；

（2）針對三維地質(zhì)模型的空間分析、量算結(jié)果；

（3）三維地質(zhì)模型靜態(tài)效果圖；

（4）三維地質(zhì)模型漫游動畫。

圖4　系統(tǒng)生成的某斷面地質(zhì)剖面圖

圖5　土層三維模型圖

5　項(xiàng)目小結(jié)

工程勘察信息系統(tǒng)是一個集GIS平臺、三維平臺為一體的綜合應(yīng)用平臺，利用GIS的空間數(shù)據(jù)管理功能、數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理，利用系統(tǒng)開放的二次開發(fā)接口建立數(shù)據(jù)應(yīng)用模板，生成適合本行業(yè)應(yīng)用的圖形應(yīng)用格式，利用三維平臺將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維圖形，真實(shí)地反映出地下地層的展布，指導(dǎo)后期的工程布置。但是由于該系統(tǒng)建立初期項(xiàng)目資金投入大，基礎(chǔ)工作多，數(shù)據(jù)量大且數(shù)據(jù)格式繁雜，數(shù)據(jù)集成難度較大，涉及的專業(yè)及技術(shù)人員較多，給系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣帶來了一定的困難。

P208[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-212-2