关于乌鲁木齐城市岩土工程勘察信息系统建立的设想

赵新平（乌鲁木齐市城市勘察测绘院 乌鲁木齐 830000）

关于乌鲁木齐城市岩土工程勘察信息系统建立的设想

赵新平
（乌鲁木齐市城市勘察测绘院 乌鲁木齐 830000）

岩土工程地质勘察报告资料是城市建设所必须的基础资料，开发利用这些多年积累的岩土工程地质勘察报告资料档案，通过现代信息技术手段，加以利用，建立乌鲁木齐城市岩土工程勘察地质数据库，用计算机手段加以管理，建立城市岩土工程勘察信息系统，可避免城市建设中重复勘探，节约资金、缩短建设工期以及为乌鲁木齐地方规范的编制提供依据。

岩土工程 勘察 信息系统 勘察报告 电子文档

单体岩土工程地质勘察报告资料不仅是城市建设所必须的基础资料，同时也是城市地下空间开发利用的重要资料。这些多年积累的勘察报告多已成为历史档案，开发利用这些多年积累的城市建设单体岩土工程地质勘察报告资料档案及相关建设档案，为城市规划选址、或初步勘察提供技术依据；同时为避免城市建设重复勘探节约资金、缩短建设工期提供依据；这些档案的有效利用，还可为乌鲁木齐地方规范的编制提供依据。如将这些档案中的单体岩土工程地质勘察报告通过现代信息技术手段加以利用，建立乌鲁木齐地区岩土工程勘察地质数据库，可为城市岩土工程勘察信息系统建立提供依据。

城建档案保存积累的建筑工程档案的数量众多，城建档案中的地形图、基础地质、水文地质、工程地质、地震地质、基坑验槽记录、地基处理记录等种类文件资料繁多，如将这些文件资料档案制成Excel电子表格，再转化为Oracle数据库，采用地理信息系统技术手段，将这些信息文件存储到计算机里，制成电子文档，为乌鲁木齐城市岩土工程勘察信息系统建立奠定基础，人们通过计算机技术迅速查询到可用信息。1998年11 月11日，乌鲁木齐市城市勘察测绘院和乌鲁木齐市城建档案馆双方签订协议，测绘院提供数字化地形图、档案馆提供勘察报告及上述有关档案资料，共同开发建立乌鲁木齐城市岩土工程勘察信息系统项目。以下是工作中对该项目建设的一些设想：

1　乌鲁木齐城市岩土工程勘察信息系统项目建立的历史回顾

为满足乌鲁木齐市城市规划和建设的需要，自1958年起，有关部门开始编制乌鲁木齐工程地质图。1960年前后，以乌鲁木齐旧市区为中心，进行了大面积的城市规划工程地质勘察，勘察面积200 km2，其成果精度不高，只能作为参考。1972年在原有工程地质资料及人防地道资料的基础上，又着手进行城市工程地质图的编制，由于技术力量薄弱，资料不足，编图工作缓慢，没有完成一幅可供使用的城市工程地质图。

1988年12月，新疆地矿局第二区域地质调查队、第一水文地质工程地质大队、遥感站完成了比例尺1∶50000《新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市城市综合勘察报告》，该成果主要涉及工程地质、水文地质、环境水文地质专业，工作范围包括市区及部分外围地区，面积1 489 km2，涉及米泉、头屯河、乌鲁木齐及西山煤矿等四个1∶50000比例尺的国际分幅，共投资地勘费370万元。使乌鲁木齐地区的区域地质、水文地质、工程地质、环境水文地质、灾害地质等方面取得了重要进展，首次对市区进行了区域地壳稳定性评价。

该成果为城市建设和规划、水资源及矿产资源的合理开发利用、环境保护和国土资源开发和整治等提供了多方位基础地质资料。该项成果紧密结合乌鲁木齐城市工作的特点和要求，首次编篡的地质系列图件及说明书，是一项开拓性工作。

21世纪，城市建设日新月异，传统的工程地质档案资料以人工为主的开发技术、手段和落后的工程地质档案资料管理模式已不能适应城市建设要求。工程地质勘察的对象是经历了漫长的地质历史年代而生成的地质体，而地质体的性状、特征与地理位置有关，因此，将GIS技术应用于工程地质档案开发，建立岩土工程地质信息系统，已成为工程地质档案资料开发工作的重点，可以有效地管理、方便地利用和灵活地处理工程地质资料，为规划设计提供建设场地工程地质条件的基础资料，它还便于进行工程地质科研和地区经验的总结。充分开发利用工程地质信息资源，可以减少人力、物力、财力的浪费，会产生明显的社会效益和经济效益。

乌鲁木齐市有独特的地形地貌特征及地层分布，通过工程地质档案数据分析，开展城市土体（如黄土状粉土、卵石、角砾等）工程地质特征及其分布规律研究、地基持力层的研究，掌握城市工程地质条件。挖掘数据，把握规律，进行工程地质档案数据库分类，可有利于发挥地理信息系统的功能。

目前，没有任何单位和个人对乌鲁木齐市建筑物地基与基础数据进行过系统开发和深入研究，因此开发工程地质档案数据库，利用工程地质档案地理信息系统开展信息咨询，十分必要。

2　乌鲁木齐城市岩土工程勘察信息系统项目目标实现的功能

（1）该信息系统应具有单体岩土工程勘察报告显示功能。将单体岩土工程勘察报告制成电子文档，内容包括拟建物性质、规模、属性等，其中勘探点地理坐标位置与城市独立坐标一一对应，电子文档格式制定应结合当地工程地质条件及所建立的标准层，以便转化为Oracle数据库，保证乌鲁木齐市地质数据的完整性。电子文档中还包括勘探点的地层名称、厚度、物理力学指标、水和土的腐蚀性指标等。

（2）该信息系统应具有地下空间信息查询功能。应能反映区域内勘探点的坐标位置、分布，地层分布状况，各层的物理力学性质指标，持力层状况；可自动生成剖面图；可利用专家思维，建立岩土工程勘察报告模板，自动生成勘察报告等。

（3）该信息系统应具有地下三维显示功能。应具有地下三维游览显示，可直观反映地层的动态变化。引进三维数据管理和可视化技术，建立三维地质结构模型，探索保证岩土工程地质勘察档案实际材料图精度方法，开发利用岩土工程地质勘察档案数据，完成三维可视化的地质信息决策平台。

（4）该信息系统应具有地下空间地质专项图分析功能。可建立多层图幅管理功能，应能管理工程地质分区图、地下水等值线分布图、地震断裂带分布图、地下采空区及人防地道分布图。

3　实现乌鲁木齐城市岩土工程勘察信息系统项目所应具有的资料

（1）城市大比例尺数字化地形图（1∶500-1∶5000数字化图）。乌鲁木齐市电子版的不同年代的各种比例山区、城区地形图、卫星影像图、新建各类电子版工程竣工地形图，主要由城市测绘勘察院提供。

（2）城市建设多年积累的工程地质勘察报告。各类岩土工程地质勘察报告、基坑验槽记录、基础设计图，主要由城建档案馆提供。

（3）区域地质背景资料。包括：基础地质、水文地质图、地震断裂带资料、采空区分布资料、地下管线资料等，此项资料应到有关地矿部门搜集。

4　实现乌鲁木齐城市岩土工程勘察信息系统项目方法

（1）选用ArcGIS或其他属于地理信息系统软件，并且具有下列基本功能：

①该系统软件应包括单体岩土工程勘察报告内容，应结合乌鲁木齐地区地层标准层，制定录入电子格式；还应包括各类专题图的自动生成格式。

②上述城建档案中的地形图、基础地质、水文地质、工程地质、地震地质、基坑验槽记录、地基处理记录等文件资料，整理成表格、图幅形式，分别录入计算机系统软件之中。

（2）实现该信息系统技术路线如下。

①工程地质勘探点（钻孔）数据质量分析；

②建设Excel建筑工程地质数据库；

③开展建筑物岩土体工程地质特征及其分布规律的研究，进行建筑地基分区和数据库分类；

④把Excel电子表格转化为Oracle数据库，确定典型工程地质钻孔；

⑤建设工程地质档案地理信息系统，完成三维地质建模工作；

⑥编勘探点（钻孔）平面分布图；编制水平比例尺1∶25000万，垂直比例尺1∶1000的典型二维工程地质剖面图；典型地段工程地质三维剖面图；建筑物地基土分区图；编制土层波速试验数据图；编制波速试验等值线图。

（3）实现该信息系统主要采用的是聚类分析法：

工程地质档案信息聚类分析的每一个阶段都和原始变量发生联系，而不是和变量的某种线性组合发生联系，因而便于直观的研究原始变量的作用，聚类分析的结果便于进行工程地质解释。

聚类分析是用一定的数学方法，将钻孔按照彼此相近的程度进行分类。表示钻孔相似程度的统计量及计算方法。

①表示两大类相似程度的统计量，聚类分析要求能求出表示钻孔之间相似程度的数字指标，用这种数字指标能把相似的钻孔归一类。按照计算数字指标的基本思路，表示相似程度的统计量可分为两大类：一类是把钻孔看作多维空间中的点，用点之间距离表示钻孔之间的亲疏关系（一般用d表示距离系数），距离越小表示关系越密切，距离越大表示关系越不密切；另一大类是用相似系数表示（cosθ是相似系数），相似系数愈大，关系愈密切。

②距离系数的计算方法，设有N个钻孔，每个钻孔有V个变量。如果我们把钻孔看作V维空间中的点（V为钻孔的变量个数），则第i个钻孔与第k个钻孔在V维空间中的距离为：

式中，Xij为第j个变量的观测值；N为钻孔数目；V为变量数。i=2，2，…，N，j=1，2，…，V。

③相似系数的计算方法：设有N个钻孔；每个钻孔有V个变量。我们可将每个钻孔看作V维空间中的一个向量，两个钻孔之间的相似程度可由两向量间夹角的余弦来表示，cosθ系数称为相似系数，cosθ系数的公式为：

式中，i，p=1，2，…，N，i，p为被比较的两个钻孔；N为钻孔总数；X为钻孔的观测值。

如果cosθ值趋近于1，表示钻孔i与钻孔P之间的差别很小，近于相似；如果cosθ=1，则表示两个钻孔完全相似。cosθ值愈小，表示两个钻孔之间的差别愈大，cosθ值等于零，则表示两个钻孔完全不一样，cosθ值为负值时，则表示负相关。

（4）相关系数的计算方法，相关系数r用下式计算：

式中，j，K=1，2，3，……V，为变量编号；N为钻孔数；r的取值范围是0≤|r|≤1。

5　实现该信息系统所需经费项目内容

（1）计算机系统软件开发。

（2）抄录、审核人员工资。

（3）必要的计算机设备。

（4）为验证该资料的真实性及盲区补充资料，所必须的勘探费用。

6　人员组织

成立编图小组机构，设抄录人员3～4位，计算机软件录入审核管理人员1～2位。设项目主持人1～2位，负责确定岩土工程地质档案数字化及其应用课题研究的目标、技术路线、研究内容；对所有研究项目进行指导，制定课题研究周期；负责计算机地质地理信息系统软件的引进。设项目负责人1～2位，负责工程地质勘察报告的复印、抄写、录入、统计工作；进行城市工程地质环境和建设工程相互影响问题的研究编辑工作；负责工程地质分区和比例尺1∶2.5万工程地质编图的研究工作。聘请专家顾问3～5位，主要为城市规划、工程地质、建筑工程、地震工程专业的长期工作专家。

7　结束语

1998年11月11日，乌鲁木齐市城市勘察测绘院和乌鲁木齐市城建档案馆双方签订协议，由测绘院提供数字化地形图、档案馆提供勘察报告及其它有关档案资料，共同研究开发建立乌鲁木齐城市岩土工程勘察信息系统项目。当时由于受软件技术发展水平的限制，曾于2003年一度停止，后于2009年10月开始，该项目继续进行至今。目前，计算机已录入完成了9千多份勘察报告，约3.5万多个勘探点。项目顺利开展，争取早日编制出乌鲁木齐地区工程地质分区成果图。

［1］田立慧.三维工程地质模型与可视化研究［D］.辽宁工程技术大学.2004.12.

［2］梁师俊.岩土工程地质勘察数字化技术与实现［D］.浙江工业大学.2006.04.

［3］史秋晶，胡伍生，刘丹萍.工程地质钻孔信息模型及数据库研究［J］.岩土力学.2007.04:758-762.

收稿：2016-04-06

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.04.005