岩土工程勘察信息化处理的架构与实施

任治军，任亚群，葛海明，戴洪军

(江苏省电力设计院， 南京 211102)

岩土工程勘察信息化处理的架构与实施

任治军，任亚群，葛海明，戴洪军

(江苏省电力设计院， 南京 211102)

岩土工程专业的信息化处理是实现岩土专业从粗放型勘察到精细化勘察的关键环节。本文从电力行业岩土工程勘测设计的实际出发，在理顺岩土专业工作流程的基础上，分析了岩土工程专业信息化建设的思路，从勘察策划、外业数据采集、室内岩土试验、内业资料整理到勘察资料的归档，全过程依托AutoCAD、数据库、GPS设备、GIS系统，实现岩土工程勘察的信息化处理，并重点介绍了符合江苏院实际情况的勘测全过程信息化处理架构与实施方案。

巢岩土工程勘察；信息化架构；实施方案。

1 概述

近年来随着计算机技术的广泛应用，国内勘测设备制造企业和软件开发企业紧密结合勘察设计单位的需求，针对岩土工程勘测的各个环节研发了外业数据采集、室内土工试验数据采集和勘测数据处理软件，这些设备和软件提高了整个勘察设计行业装备和应用新技术的水平，为岩土工程勘测工作提供了极大的便利，也促使岩土工程勘测工作逐步形成了以数据库为核心，通过标准化、信息化途径向一体化产业体系方向转变的趋势。岩土工程专业的信息化建设是实现岩土专业从粗放型勘测到精细化勘测的关键环节。

由于目前的岩土工程勘测设备或软件是基于岩土工程勘测过程中单个环节设计的，虽然解决了某些数据采集、数值计算和绘制图件的问题，但仍出于分散作业的状态，在整个岩土工程勘测过程中，没有体现勘测过程控制理念，也就无法从“信息流”、“任务流”的角度实现岩土工程勘测全过程的信息化。

今年是我院“信息化建设年”，在专业室标准化建设、苏电岩土勘测系统研发逐步完成、新仪器设备引进的背景下，如何从江苏院勘测设计的实际情况出发，通过信息化建设年的科技攻关，实现岩土工程勘测全过程信息化，成为岩土专业技术人员迫切关注的课题。

2 岩土工程勘测全过程信息化构想

岩土工程勘测全过程信息化包含勘测手段、作业过程和成果应用三个层次的信息化。也就是说，要从岩土工程勘测作业流程出发，全面梳理岩土工程勘测任务接受、方案策划、现场作业、内业整理、提交成品到最终资料归档和资料再利用的整个过程中产生的各类数据，依托现有设备和软件，通过补充开发相应软件，把整个勘测设计过程有机地联系起来，在计划(Plan)、实施(Do)、检查(Check)和提交(Input)四个重要环节中体现需求与响应的闭合，方可达到全过程信息化的目的。

基于此目的，我们将岩土工程勘测全过程信息化构想概况为“三步走方案”：第一步，建立一个合理、全面的岩土工程勘测数据库，能实现基于此数据库和通用Autocad平台下的数值分析、图形处理；第二步，针对辅助设计软件录入信息需求和现场作业需求，开发基于移动办公设备的岩土工程外业数据集成采集系统，取代传统的纸质记录，该系统以岩土工程策划过程提交的各类测试任务为参照，指导现场外业数据的有序采集，形成内业整理软件所需数据，并将计划与实施过程中的差异客观地进行记录，便于分析方案的实施情况；第三步，引进GIS平台，以岩土工程勘测数据库为基础资料来源，通过地理信息平台，实现岩土工程勘测成果的集成和积累，并基于GIS系统强大的空间分析功能，为岩土工程数据的深度利用提供资料与分析手段。

3 苏电岩土工程勘测系统

我院自20世纪90年代起技术骨干自主研发了针对岩土工程勘测多个环节的专用程序，在当时的背景下为提高工效、降低劳动强度、减少质量差错、增加成品资料CAD出图率做出了很大的贡献。但随着计算机技术的发展和设计要求的提高，这些针对多个环节的解决方案已经不能满足工程实践要求。2007年起苏电岩土勘测系统的设计与开发启动，经过两年多的探索与实践，已完成了系统的设计和工程试运行，目前已通过内部鉴定。

苏电岩土勘测系统的设计以江苏院勘测过程控制流程为主要设计思路，理顺了岩土工程勘测全过程的数据流，以关系型数据库为基础，通过分解过程需求进行系统主要功能设计，在系统整体功能设计上还考虑了多项目设计任务的并行处理，主界面见图1。

图1 苏电岩土勘测系统主菜单界面

本系统提供了岩土工程勘测过程中工程属性信息管理、人力资源配置、方案策划、数据采集、数值分析计算、绘制图件和成果管理的全部功能，是岩土工程室支撑性专业应力程序。其主要特色是：

⑴以项目管理思想统筹工程数据管理，从勘测任务下达到具体技术人员完成勘测设计任务，通过工程项目树型结构和相应的功能模块组合即可完成，多项目同时推进时其优势更加明显。图2为工程管理子程序界面。

图2 苏电岩土勘测系统之工程管理界面

⑵项目策划模块基于CAD环境进行勘探方案设计，顺利实现勘探孔类型、坐标、计划深度等勘测设计方案信息的自动采集，实现图形化单孔勘测任务设计，将传统的勘测大纲编制和测试任务设计有机结合起来，使勘测任务设计趋于经济合理、严格受控，并奠定了勘测全过程信息化的基础。

⑶数据采集模块则为外业勘测数据的统一录入提供了标准的输入方式，对静力触探试验、土工试验等可自动采集的数据提供了任意定制数据格式的导入功能，显示了本系统的灵活性。

图3 苏电岩土勘测系统之数据采集界面

⑷内业整理模块是苏电岩土勘测系统的核心，在此模块中将完成勘探孔分层、参数统计、分析评价等工作。本模块中利用标准土层和单孔勘测数据实现了图形化分层功能，使得单孔分层变得直观、高效(图4)；在数理统计中将统计源数据和统计结果窗口并列，便于设计人员对统计结果分析并方便地实现异常数据的剔除(图5)。

图4 苏电岩土勘测系统之内业整理(钻孔分层)

图5 苏电岩土勘测系统之内业整理(数理统计)

⑸系统设计中考虑了江苏院MIS的相互关系，针对任务下达和成果提交等MIS流程环节，在江苏院全面推行MIS系统的情况下，系统可通过Web Services数据通讯协议，直接获取MIS中的工程信息和人员信息，在不增加设计人员的操作步骤的情况下，实现了管理系统与专业技术系统的无缝对接。

⑹实现历史数据的“一键式”导入，为苏电格式勘测数据的顺利入库提供了完美的解决方案，可在短期内完成历史数据的整理入库，为盘活现有勘测资源奠定了基础。由于苏电格式勘测数据是电力行业标准数据格式之一，因此在行业内具有较高的推广价值。

4 苏电外业数据集成采集系统

在进行苏电岩土勘测系统研发过程中，手工录入的数据采集方式是制约工作效率的主要问题之一。虽在实现方案上已经进行了各种优化，但并不是最佳解决方案。

岩土工程勘测外业的野外手簿记录是沿袭了地质领域的一贯做法，“纸质手簿、铅笔记录”成为了行业的约定俗成，这种现状在今天的信息时代已经显得落后而低效。我们认为，观念认同上的落后是导致这个问题迟迟得不到解决的主要根源。测绘专业从纸质手簿到电子手簿再到GPS实时数据采集，数据记录方式早在多年前已完成了革命性的变革，生产实践中并没有产生因为记录手段的革新导致数据失真或丢失的灾难性后果，因此，岩土专业在信息化采集的道路上不能因噎废食。

地质野外手簿经过多年工程实践已形成了一套相对固定的表格式手簿体系，这为手簿的电子化提供了标准化的数据结构雏形。在进行苏电岩土勘测系统“项目策划”模块开发中，项目的详细策划方案是指导外业采集的依据性文件，受此情况启发，采集系统可直接从苏电岩土勘测系统中获取测试任务，并通过任务信息提示，指导现场勘测作业，同时实现数据采集、存储、查询与传输，形成钻孔描述记录、钻孔班报、土样标签、送样单等数据表格。

从送电线路终勘定位工作的实际需求出发，苏电外业数据采集系统的另外一个重要功能就是实现线路终勘过程中岩土工程信息的电子采集。采集软件的功能设计可参照作业流程上进行组织，岩土信息采集的一般流程见图6。同时还需结合线路终勘定位内业整资的实际要求，编制相应的数据处理程序，可实现外业采集和内业整理的高效统一，大大降低主勘人劳动强度，缩短成品提交周期，更好、更快地为设计做好服务。

图6 外业采集系统处理流程图

外业集成数据采集系统基于移动办公设备(手持GPS系统)和配套软件，实现野外岩土信息的电子采集，不仅可以从根本上消除由个人习惯及其它因素引起的记录内容不全、字迹模糊不清、描述不准及存档混乱等现象，而且可以减少地质编录人员的重复劳动，同时还有利于岩土和钻探作业成果的电子化归档与查询。更重要的是，可通过多种任务分解下达，解决岩土信息传递不及时、不准确问题，野外岩土记录信息可以直接导入苏电岩土勘测系统，减少数据采集环节工作量，能有效提高内业资料整理效率，促进勘测外业管理的规范化，进一步提升岩土工程勘察的质量与进度，促进行业进步。

5 苏电岩土GIS系统

地理信息系统(GIS)技术应用于岩土工程资料的管理和分析当中，为多源数据的集成管理、地质资料可视化与分析以及地质资料的共享提供了良好的平台，极大的促进了岩土工程信息化建设。经过多年的发展，现有的GIS软件已发展为集资料数据管理、空间分析解释、三维建模分析等多个功能于一体的综合性信息管理服务平台，从知识管理的角度，可作为江苏院勘测设计资料集成平台，为今后的企业发展助力。

苏电岩土GIS平台的建设思路也在逐步探索中日益清晰，通过研究其主要需求，苏电岩土GIS应在以下几个方面重点进行研究：

⑴基础地理数据管理：

高精度、多属性的矢量化基础地理数据获取代价昂贵，必须考虑多源数据融合技术的应用。苏电岩土GIS平台基础地理数据类型应兼容以下类型：

栅格影像数据：支持通用影像和ECW压缩图像，并能灵活地对影像数据进行配准和纠正；

数字高程模型数据：支持通用DEM数据格式，并能够以GRD点集为基础建立DEM模型；

矢量地形图数据：支持Auto CAD、MicroStation等绘图软件的矢量数据文件；

Google Earth数据：利用Google Earth Map API组件可在线读取Google Earth数据，将该数据作为基础地理数据的重要组成部分，有机结合到GIS平台中；

GIS平台数据管理方式应能实现地理数据集的灵活配置和管理，用户可根据工程实际情况定制各类基础地理数据的配置，并可进行灵活管理。

⑵数据库设计方案

GIS系统涉及的数据量大、关系复杂、需要实时进行动态更新，要想有效地存储、管理和使用这些数据就必须首先对这些数据按一定方式进行分类。按照使用方式和作用不同，在纵向上可将这些数据划分为不同的层，即原始资料数据层、基础数据层、模型数据层、成果资料数据层，其抽象层次依次由低到高。整个数据库各层次数据之间的关系如图7所示。

图 7 GIS数据库各层次关系图

原始数据层：是基于苏电岩土工程勘测数据库内各种测试数据等原始资料。这一层次的数据作为系统最原始资料保存不允许更改。

基础数据层：是指系统进行常规分析评价、三维建模所使用的基础数据的集合，包括地理空间数据、遥感影像数据、钻孔数据、工程地质数据标准规范数据等。这一层次的数据是基于原始数据层的数据经标准化处理或重新解释后得到，只有授权用户可以修改。

模型数据层：是指三维地质结构模型、基础模型的数据集合，其中各类模型都是由用户基于基础数据层的数据自行构建，可根据需要进行修改。

成果数据层：是指系统生成的各类成果资料的数据集合，包括有关专业的成果图件、报告、三维模型分析结果。这一层次的数据由用户基于基础数据层数据和模型数据层的模型进行分析而得到，允许进行编辑修改。

⑶三维地质建模及综合应用

GIS系统作为勘察设计企业勘测成果沉淀平台而言，在知识管理上具有其更专业的优势，这种优势主要体现在基于GIS平台上的空间专业分析及其三维建模综合应用。

三维地质建模及模型的综合应用是GIS软件在岩土工程界的重要研发方向。目前，就我院在三维地质模型的应用上主要集中在以下几个方面：①三维地质模型在岩土工程勘测、测试和检测中的应用。根据勘测设计过程中的各种实用需求，对不同精度三维地质模型进行相适应的综合利用，比如提取虚拟钻孔和基坑模拟开挖等；②三维地质模型在辅助设计中的应用，包括复杂地质条件下的基础辅助设计和有限元数值模拟计算，其中有限元数值模拟计算是应用中的难点；③数字化成果提交。针对业主对勘测设计成果提交方式的新要求，应利用GIS平台提供的功能，拓展专业服务范畴。

6 结论

⑴岩土工程勘测方案的设计、数据的采集处理和知识的沉淀利用是岩土工程勘测全过程信息化的关键组成部分。勘测全过程信息化“三步走方案”中第一步是基础，第二步和第三步属于延伸应用，方案完成后，不仅可以实现勘测作业全过程严格受控，而且将从根本上解决岩土勘测过程中的信息孤岛和信息失控问题。

⑵“苏电岩土工程勘测系统”作为三步走方案的重要支撑软件，从功能设计、实现方式等方面均体现了其专业性，软件性能、效率和友好性均在国内同类软件中处于领先地位，为岩土工程勘测全过程信息化提供了基本的保证。

⑶外业数据的采集集成是未来岩土工程勘测行业软硬件发展的必然趋势，手持GPS、PDA等移动办公设备大多采用Windows CE或Windows Mobile操作系统，具备良好的二次开发的基础，外业采集系统甚至可集成于WM系统手机平台上更适合现场人员携带。

⑷GIS软件的平台选择和专业拓展是岩土工程专业信息化发展水平高低的重要影响因素，积极稳妥和适度超前的发展思路应该贯彻到系统建设全过程中。

[1]王丹．对工程勘察信息化的几点认识[J]．中国工程勘察设计，2005，(9)．

[2]乔平，柳忠杰，李德柱．工程地质勘察信息资源研究与应用[J]．铁道工程学报，2007，2．

Implement & Frame Construction of Informationization Treatment of Geotechnical Engineering Reconnaissance

REN Zhi-jun, REN Ya-qun, GE Hai-ming, DAI Hong-jun
(Jiangsu Electric Power Design Institute, Nanjing 211102, China)

Geotechnical information processing is a key link for geotechnical specialty to transform from extensive survey to precise survey. Based on the geotechnical engineering practice and working process of power industry, this thesis analyzes the idea of geotechnical engineering information construction. From survey planning, fi eld survey data collection, geotechnical experiments,office information classification to filing, the whole process can be relied on AutoCAD, database, GPS equipments and GIS system to achieve geotechnical engineering information processing. Also the architecture and solutions of geotechnical engineering information processing for Jiangsu Electric Power Design Institute are introduced as a key part.

geotechnical survey; information architecture; solutions.

TP39

B

1671-9913(2011)01-0023-05

2010-11-18

任治军(1977-)，男，工程硕士，工程师，注册土木工程师(岩土)，从事岩土工程勘测设计工作，院二级专家。