基于GIS的地铁工程地质勘察信息管理系统建设

左都美，陈昕，钟金宁

(1.南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏南京 210005； 2.江苏省基础地理信息中心，江苏南京 210013)

基于GIS的地铁工程地质勘察信息管理系统建设

左都美1∗，陈昕2，钟金宁1

(1.南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏南京 210005； 2.江苏省基础地理信息中心，江苏南京 210013)

介绍了国内外地铁工程地质勘察方面地理信息系统(GIS)的应用现状，以南京为例，讨论了城市地铁工程地质勘察信息管理系统的设计、建设内容和功能，并对其应用前景进行了展望。

地理信息系统(GIS)；地铁工程；地质勘察；信息管理系统

1 引 言

20世纪60年代我国开始建设地铁，由于城市快速发展和人口急剧增加，使得城市交通成为制约城市发展的一大瓶颈。到20世纪90年代中国迎来了地铁建设的快速发展期，经过10年左右的发展，地铁已经成为大城市人们必不可少的交通工具。据有关资料统计，我国大城市每年因为地铁事故造成的经济损失高达20亿元以上。事故大部分是由于缺乏地铁设施资料或虽有设施资料但管理方法落后，无法对地铁设施进行有效的管理维护，从而导致设备故障造成的。40多年来，虽然已完成数量巨大的工程地质勘察及轨道项目建设，但在项目中产生出的大量规划资料、基础地质勘察资料等与地铁相关的信息，相当部分处在一种分散使用、分散保管、甚至大量遗弃状态。此外，目前对城市轨道交通基础信息的存储管理还是以文字、图纸、图表为主的传统管理，查阅不便，尤其在处理大量工程数据时更难以下手。因此，必须有一套现代的信息管理系统与之配套。

地理信息系统(Geographical Information System，简称GIS)是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物。近年来，GIS在全球得到空前迅速的发展，被广泛地应用到城市规划、城市地下管网管理、城市交通、社会服务等方面。GIS具有处理海量数据的存储、进行复杂的逻辑运算和数据挖掘的功能，同时也是实现空间图形显示与空间信息查询、分析的有效工具。利用GIS的数据输入、存贮、检索、显示和综合分析应用等功能，将轨道交通基础数据的空间信息与其相关的属性信息结合，能够实现城市轨道交通基础地理信息检索、统计、分析、修改、打印等，为城市轨道交通基础地理信息提供快速、准确的现代化管理手段。另外，传统的数据管理很难把不同类型的数据进行三维可视化显示、分析和处理。而GIS三维可视化功能采用计算机图形技术将数学描述以3D图像形式予以表现，可以很好地实现城市轨道交通相关信息的可视化。

2 国内外应用现状

2.1 工程勘察管理及评价

1981年美国联邦高速公路管理处建立了岩土工程试验现场信息系统，该系统基于GIS建立了大型空间数据库，对所有岩土工程试验现场取得的数据进行处理、管理、显示及输出。1997年加拿大运用GIS模糊分类和虚拟现实技术，再现斜坡形态，为工程勘察管理及评价提供依据。国内研究起步较晚，但起点较高。南京大学地球环境计算工程研究所，利用Microlynx地质软件包，应用三维地质建模技术，对润扬长江公路大桥北锚碇的地基进行了三维地质分析，以查明该锚碇下各地质单元的空间展布及其相互关系。吴冲龙等应用自己研制的 GIS软件系统GeoView为平台，完成了南水北调中线工程地质勘察。2005年10月中国地质调查局和南京市合作启动《南京城市地质调查》项目，该项目充分利用、整合已有地质资料和成果，综合运用地质、地球化学、遥感、地球物理、钻探和信息技术与方法，查明城市三维地质结构、城市地下空间资源、城市主要地质灾害及工程地质基础、水土体地球化学背景及污染状况，评价南京市环境质量及环境容量，建立三维可视化地学信息管理与服务系统，实现全市地学数据的一体化管理和可视化表现，为城市规划、建设与管理提供基础数据和决策平台。

2.2 砂土液化方面

1993年美国利用GIS进行了砂土液化研究，借助ArcInfo软件将数据信息分层处理，实现了对区域砂土液化可视化管理与分析。南京大学地球环境计算工程研究所运用MapInfo对苏北某高速公路地段进行了液化分析，得出了液化危害性分布图，进行叠加和缓冲等空间分析，验证了GIS应用于砂土液化分析的可行性和所建分析模型的适用性。

2.3 GIS与地铁建设管理

国内很多高校/科研机构和企业，针对地铁建设和管理，开展了运用GIS的理论和应用研究。领域涉及城市轨道交通基础GIS系统设计、规划设计、虚拟现实和三维地质建模、地铁施工监理和变形监测、地铁周边土地利用规划、地铁隧洞开挖数字模拟、安全预警和事故应急预案等方面。

3 系统设计

图1 系统体系结构

3.1 体系结构

考虑系统可扩展性、可维护性以及伸缩性，采用3层体系架构，如图1所示，划分为数据层、业务逻辑层、用户界面层，分别负责提供数据访问、业务逻辑、用户交互等功能。系统采用C/S、B/S混合体系结构，以适应并支持局域网和广域网两种网络环境。

3.2 建设内容

(1)在南京市统一地理坐标基准下，将地铁多条线路上孤立、分散的工程地质资料，通过空间地理定位建立起空间联系，使得分散的资料在空间上形成一个有机整体；

(2)制定南京市统一的地铁工程地质勘察数据标准，各种工程勘察资料严格按标准要求进行整理和录入，建立南京市地铁工程地质勘察数据库；

(3)不断扩展、录入勘察资料，实现地质勘察数据库动态更新和反馈。提供多种基于属性和空间的查询、统计和分析功能，提高管理信息化水平；

(4)开展多种应用研究:利用数据库直接生成编制各种工程地质图形(如钻孔柱状图、剖面图、对比图等)；建立可视化的三维地质模型；地铁轨道范围内的地下管线分布情况展示；利用历史数据进行时间序列分析，回归分析，为地铁轨道监测提供预测依据；为地铁新线路规划设计提供辅助决策。

地铁工程地质勘察资料的处理流程如图2所示。

图2 信息处理流程

3.3 系统功能

以地理空间为纽带，开发形成基于GIS的地质勘察资料信息管理系统，将钻孔数据、构筑物数据、地形数据、地下管线数据等形成一个有机的整体。实现对各类信息进行检索、查询、分析。进行地层信息三维显示。主要功能包括:

(1)地图操作

放大、缩小和移动；图形要素分层显示、输出。

(2)资料管理

通过数据维护子模块完成数据录入、编辑、修改。资料包括钻孔信息、地铁项目信息、地层信息、地下管线、地形信息等。

(3)图形输入编辑

包括轨道、站点、地形地貌、地质构造、钻孔等。

(4)查询与统计

进行空间、属性以及空间和属性结合的查询、统计。实现快速、灵活、准确的查询与定位。

(5)空间分析

运用网络分析、缓冲分析、叠合分析等技术，结合城市轨道交通管理业务，在地铁工程地质勘察等各类数据的支撑下，进行复杂空间问题决策研究，模拟预测变化趋势等。建立不同形态的缓冲区，进行周边管线分布和预警研究。通过长期的轨道监测历史数据，建立回归分析模型，预测轨道沉降变化等。

(6)可视化表现

提供分层显示，不同要素选择显示等。以点、线为基本形态，以钻孔数据为基础，选用适当内插方法，将地质钻孔数据构成地层信息在三维空间中显示；构建三维模型，进行地下复杂空间结构与关系表达、分析。

4 结论与展望

将GIS技术应用于城市轨道交通管理，可以动态维护和更新地铁工程地质勘察资料；为地铁管理、运行和安全管理大量节省投入；通过实用、高效的空间分析和可视化技术，更好地为地铁管理、设计、规划提供辅助决策，有效提高管理信息化水平。随着虚拟现实、三维GIS、服务式GIS(Service GIS)、移动通讯技术快速发展和在城市轨道交通管理中的深入应用，城市轨道交通管理的信息化水平必将得到大力的提高。

[1]潘宁.地铁施工变形监测的数据分析及信息管理技术研究[D].上海交通大学硕士论文，2003

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Geological Survey of Urban Subway Project Information Management System Construction Based GIS

Zuo DuMei1，Chen Xin2，Zhong JinNing1
(1.Nanjing institute of surveying，mapping＆geotechnical investigation，Co.Ltd，Nanjing 210005，China；2.Jiangsu provincial bureau of surveying and mapping，Nanjing 210013，China)

The paper introduced application status of geographic information systems(GIS)of domestic and foreign subway engineering geological investigations.Discuss system design，construction，content，functionality and prospect of city's subway engineering geological investigation information management.

GIS；subway project；geological survey；information manager system

1672－8262(2010)02－164－03

P208，P628.4

A

2009—12—29

左都美(1969—)，男，高级工程师，从事测量、遥感与GIS应用研究及管理工作。