论文部分内容阅读
摘要：随着计算机信息技术的发展，岩土工程勘察数字化技术逐渐得到广泛应用。在分析了传统勘察技术的不足，并介绍了岩土工程数字化勘察技术，在此基础上重点分析讨论了数字化勘察技术实现应用的关键技术，对于进一步促进岩土工程数字化勘察技术的研究和应用具有一定的借鉴意义。
关键词：岩土工程；数字化勘察；应用方法
中图分类号：TU198+.2
文献标识码：A
文章编号：1672-3198(2009)13-0298-01
1 引言
岩土工程勘察是工程设计的先决条件。一般岩土工程信息，包括地形地貌、地层界面、断层、地下水位、风化层厚度以及各种物探、化探资料，这些资料只是一些离散的数据，岩土工程技术人员较难直接利用它们再去分析场地中工程地质参数的分布规律，更何况传统的岩土工程资料分析和解释一般都局限于二维、静态的表达，这种表达描述空间构造起伏变化的直观性差，往往不能充分揭示它们空间变化的规律，难以使人们直接、完整、准确地理解，也就越来越不能满足工程的空间分析要求。
随着计算机图形处理技术的完善，已经完全可以集成以岩土工程建模、岩土工程数字化、岩土工程数据库管理、岩土工程特性分析、岩土工程地质解释以及空间分析和预测、地学统计和图形可视化的一体化系统，继而发展成为现代化、信息化为一体的岩土工程勘察数字化新体系。本论文就将主要对数字化的岩土工程勘察进行简单的探讨，以期和同行分享。
2 岩土工程勘察方法概述
2.1 传统的岩土工程勘察方法存在的问题
(1)勘察资料过于地质化。
由于部门长期的条块分割，勘察、设计分散作业，加之岩土工程规范制定和新技术、新方法应用的滞后，以及专业设置过细，岩土工程本身的特殊性等原因，设计与勘察之间脱钩多，使得勘察提供的岩土工程信息通常以设计人员难以理解的形式出现，而且勘察也较难参与设计的全过程；设计人员也因知识的局限，很难深层次理解岩土工程勘察信息，因而勘察成果在设计中的转化率较低，造成许多不应有的浪费和损失
(2)数字化地图与数字化设计系统间不够贯通。
地形图是设计系统的底图或称基础数据，由于数字化地图中的某些环节技术条件不成熟，与CAD设计软件的接口不匹配，很难顺利实现对接，设计系统不得不重新将勘察资料数字化，影响了设计系统CAD的推广应用。
(3)勘察信息数字化程度低。
勘察部门提供的勘察信息往往以图纸、表格、文字等形式为主，内容上定性描述较多。这一方面造成设计人员对于勘察信息难于准确理解，另一方面造成对勘察信息处理、利用上的困难。
2.2 数字化勘察技术概述
数字化岩土工程勘察是指应用当代测绘技术、数据库技术、计算机技术、网络通信技术和CAD技术，通过计算机及其软件，把一个工程项目的所有信息(勘察、设计、进度、计划、变更等数据)有机地集成起来，建立综合的计算机辅助信息流程，使勘察设计的技术手段从手工方式向现代化CAD技术转变，作到数据采集信息化、勘察资料处理数字化、硬件系统网络化、图文处理自动化，逐步形成和建立适应多专业、多工种生产的高效益、高柔性、智能化的工程勘察设计体系。该技术体系用系统工程观点，把勘察、设计的图纸、图像、表格、文字等以数字化形式存贮，供各专业设计使用。
3 数字化岩土工程勘察应用实现的关键技术探讨
3.1 岩土工程数字化建模方法
岩土工程地质建模的方法目前采用的主要有表面模型法，表面模型法(也叫数字表面模型)的历史较早，它的基本内容就是通过精确的表示出工程地质体的外表面来表示均质地质体的建模方法，也是目前广泛使用的建模方法。表面模型法的数据来源是通过测点获得的一系列离散的测点资料，包括测点的几何特征数据和属性特征数据，然后利用数据解释结果重构地质体界面。可以抽象为把一系列同属性的点按照一定的规则连接起来，构成网状曲面片，进而确定整个地质体的空间属性，有很多方法用来表示表面，常用的方法主要有数学模型法和图示模型法，本论文主要讨论图示模型法。常用的图示模型法有边界表示法、规则格网法、等值线法、不规则格网法等，其中不规则格网法是本系统选用的模型表示法，将做详细分析讨论。
不规则格网法(TIN)是将区域内有限个点将区域划分为相连的三角面网络。区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内，如果任意点不在顶点上，则该点的数字属性值通常通过线性插值的方法得到(在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程)，所以TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但不可微。有许多种表达TIN拓扑结构的存储方式，这里采用一个简单的记录方式是：对于每一个三角形、边和节点都对应一个记录，三角形的记录包括三个指向它三个边的记录的指针，边的记录有四个指针字段，包括两个指向相邻三角形记录的指针和它的两个顶点的记录的指针；也可以直接对每个三角形记录其顶点和相邻三角形。每个节点包括三个坐标值的字段，分别存储X，Y，Z坐标。这种拓扑网络结构的特点是：对于给定一个三角形，查询其三个顶点属性和相邻三角形所用的时间是定长的。它在沿直线计算地形剖面线时具有较高的效率，当然可以在此结构的基础上增加其它变化，以提高某些特殊运算的效率。
3.2 数字化岩土勘察工程数据库系统
基于GIS的岩土工程勘察涉及到的原始数据主要为地理信息方面的空间数据和非空间数据，数据来源包括：
(1)基础地理数据这些数据主要包括：
①自然区划图。
该图反映被研究区域的地理区划、河流、道路、居民区、山川、公共设施等等自然地理信息。
②地形、地貌图。
该图反映被研究区域的自然地貌情况。
(2)岩土工程勘察数据这些数据主要包括：
所研究区域的工程地质勘探资料。
经过筛选、处理的各勘探点包括地理、环境、土的物理力学指标在内的所有信息。
各类建筑场地的地层信息，比如液化等级、液化指数、特征周期、年代、沉积相等。
结合上述分析，数字化岩土勘察工程数据库系统可以按以下几个步骤实施构建：
①岩土工程勘察数据库的概念模型设计。
岩土工程勘察数据库管理作为岩土工程勘察数字化系统的一项基础工作是一个数据密集、处理复杂的数据库应用问题，为了能获得反映信息世界的概念性数据模型，将与实体和联系相关的功能与行为剥离出来，仅从现实世界中实体的数据侧面来建立模型即研究数据对象与属性及其关系，并在此基础上建立相对应的数据库表结构。
②数据库建立实现。
岩土工程一体化系统的数据有三类：用户输入的原始数据、系统生成的中间数据及最终数据。原始数据由测点数据组成，而测点数据又由测点几何属性数据(位置)和测点信息属性数据；中间数据包括根据原始数据系统自动生成的地层层面等值线模型、三维表面模型、剖面模型等，根据这些模型可以生成用户需要的各种图件，还可以进行各种信息查询操作；最终数据种类繁多，主要是根据用户需要由中间数据生成，包括图形资料和文档资料(如地质勘察报告等)。
4 结语
对岩土工程勘察方法实施改进，逐步过渡到数字化勘察技术，并推广其广泛应用，这是勘察工程发展的必然趋势，但是这其中还有一段很长的路要走，不仅仅是因为其中还有一些关键技术问题尚未完全攻克，而且我国目前在数字化勘察、勘探方面的专业人才也很匮乏，因此，必须加大数字化岩土工程勘察技术人才的培养，并加快该技术的研究应用，以真正实现岩土工程的数字化勘察的广泛应用。
关键词：岩土工程；数字化勘察；应用方法
中图分类号：TU198+.2
文献标识码：A
文章编号：1672-3198(2009)13-0298-01
1 引言
岩土工程勘察是工程设计的先决条件。一般岩土工程信息，包括地形地貌、地层界面、断层、地下水位、风化层厚度以及各种物探、化探资料，这些资料只是一些离散的数据，岩土工程技术人员较难直接利用它们再去分析场地中工程地质参数的分布规律，更何况传统的岩土工程资料分析和解释一般都局限于二维、静态的表达，这种表达描述空间构造起伏变化的直观性差，往往不能充分揭示它们空间变化的规律，难以使人们直接、完整、准确地理解，也就越来越不能满足工程的空间分析要求。
随着计算机图形处理技术的完善，已经完全可以集成以岩土工程建模、岩土工程数字化、岩土工程数据库管理、岩土工程特性分析、岩土工程地质解释以及空间分析和预测、地学统计和图形可视化的一体化系统，继而发展成为现代化、信息化为一体的岩土工程勘察数字化新体系。本论文就将主要对数字化的岩土工程勘察进行简单的探讨，以期和同行分享。
2 岩土工程勘察方法概述
2.1 传统的岩土工程勘察方法存在的问题
(1)勘察资料过于地质化。
由于部门长期的条块分割，勘察、设计分散作业，加之岩土工程规范制定和新技术、新方法应用的滞后，以及专业设置过细，岩土工程本身的特殊性等原因，设计与勘察之间脱钩多，使得勘察提供的岩土工程信息通常以设计人员难以理解的形式出现，而且勘察也较难参与设计的全过程；设计人员也因知识的局限，很难深层次理解岩土工程勘察信息，因而勘察成果在设计中的转化率较低，造成许多不应有的浪费和损失
(2)数字化地图与数字化设计系统间不够贯通。
地形图是设计系统的底图或称基础数据，由于数字化地图中的某些环节技术条件不成熟，与CAD设计软件的接口不匹配，很难顺利实现对接，设计系统不得不重新将勘察资料数字化，影响了设计系统CAD的推广应用。
(3)勘察信息数字化程度低。
勘察部门提供的勘察信息往往以图纸、表格、文字等形式为主，内容上定性描述较多。这一方面造成设计人员对于勘察信息难于准确理解，另一方面造成对勘察信息处理、利用上的困难。
2.2 数字化勘察技术概述
数字化岩土工程勘察是指应用当代测绘技术、数据库技术、计算机技术、网络通信技术和CAD技术，通过计算机及其软件，把一个工程项目的所有信息(勘察、设计、进度、计划、变更等数据)有机地集成起来，建立综合的计算机辅助信息流程，使勘察设计的技术手段从手工方式向现代化CAD技术转变，作到数据采集信息化、勘察资料处理数字化、硬件系统网络化、图文处理自动化，逐步形成和建立适应多专业、多工种生产的高效益、高柔性、智能化的工程勘察设计体系。该技术体系用系统工程观点，把勘察、设计的图纸、图像、表格、文字等以数字化形式存贮，供各专业设计使用。
3 数字化岩土工程勘察应用实现的关键技术探讨
3.1 岩土工程数字化建模方法
岩土工程地质建模的方法目前采用的主要有表面模型法，表面模型法(也叫数字表面模型)的历史较早，它的基本内容就是通过精确的表示出工程地质体的外表面来表示均质地质体的建模方法，也是目前广泛使用的建模方法。表面模型法的数据来源是通过测点获得的一系列离散的测点资料，包括测点的几何特征数据和属性特征数据，然后利用数据解释结果重构地质体界面。可以抽象为把一系列同属性的点按照一定的规则连接起来，构成网状曲面片，进而确定整个地质体的空间属性，有很多方法用来表示表面，常用的方法主要有数学模型法和图示模型法，本论文主要讨论图示模型法。常用的图示模型法有边界表示法、规则格网法、等值线法、不规则格网法等，其中不规则格网法是本系统选用的模型表示法，将做详细分析讨论。
不规则格网法(TIN)是将区域内有限个点将区域划分为相连的三角面网络。区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内，如果任意点不在顶点上，则该点的数字属性值通常通过线性插值的方法得到(在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程)，所以TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但不可微。有许多种表达TIN拓扑结构的存储方式，这里采用一个简单的记录方式是：对于每一个三角形、边和节点都对应一个记录，三角形的记录包括三个指向它三个边的记录的指针，边的记录有四个指针字段，包括两个指向相邻三角形记录的指针和它的两个顶点的记录的指针；也可以直接对每个三角形记录其顶点和相邻三角形。每个节点包括三个坐标值的字段，分别存储X，Y，Z坐标。这种拓扑网络结构的特点是：对于给定一个三角形，查询其三个顶点属性和相邻三角形所用的时间是定长的。它在沿直线计算地形剖面线时具有较高的效率，当然可以在此结构的基础上增加其它变化，以提高某些特殊运算的效率。
3.2 数字化岩土勘察工程数据库系统
基于GIS的岩土工程勘察涉及到的原始数据主要为地理信息方面的空间数据和非空间数据，数据来源包括：
(1)基础地理数据这些数据主要包括：
①自然区划图。
该图反映被研究区域的地理区划、河流、道路、居民区、山川、公共设施等等自然地理信息。
②地形、地貌图。
该图反映被研究区域的自然地貌情况。
(2)岩土工程勘察数据这些数据主要包括：
所研究区域的工程地质勘探资料。
经过筛选、处理的各勘探点包括地理、环境、土的物理力学指标在内的所有信息。
各类建筑场地的地层信息，比如液化等级、液化指数、特征周期、年代、沉积相等。
结合上述分析，数字化岩土勘察工程数据库系统可以按以下几个步骤实施构建：
①岩土工程勘察数据库的概念模型设计。
岩土工程勘察数据库管理作为岩土工程勘察数字化系统的一项基础工作是一个数据密集、处理复杂的数据库应用问题，为了能获得反映信息世界的概念性数据模型，将与实体和联系相关的功能与行为剥离出来，仅从现实世界中实体的数据侧面来建立模型即研究数据对象与属性及其关系，并在此基础上建立相对应的数据库表结构。
②数据库建立实现。
岩土工程一体化系统的数据有三类：用户输入的原始数据、系统生成的中间数据及最终数据。原始数据由测点数据组成，而测点数据又由测点几何属性数据(位置)和测点信息属性数据；中间数据包括根据原始数据系统自动生成的地层层面等值线模型、三维表面模型、剖面模型等，根据这些模型可以生成用户需要的各种图件，还可以进行各种信息查询操作；最终数据种类繁多，主要是根据用户需要由中间数据生成，包括图形资料和文档资料(如地质勘察报告等)。
4 结语
对岩土工程勘察方法实施改进，逐步过渡到数字化勘察技术，并推广其广泛应用，这是勘察工程发展的必然趋势，但是这其中还有一段很长的路要走，不仅仅是因为其中还有一些关键技术问题尚未完全攻克，而且我国目前在数字化勘察、勘探方面的专业人才也很匮乏，因此，必须加大数字化岩土工程勘察技术人才的培养，并加快该技术的研究应用，以真正实现岩土工程的数字化勘察的广泛应用。