岩土工程勘察的数字化技术与运用

阮 超

（河南民瑞岩土工程技术有限公司，河南 信阳 464000）

岩土勘察设计中对数字技术有一定的要求，从目前实际的设计形式要求看，如何进行技术分析就成了重点。数字技术在地质勘查中具有重要作用，从实际应用情况和要求等可知，如何进行技术分析就成了关键，应明确注意事项，做好管理。

1 岩土工程勘察数字化系统

为了能够有效降低勘查工作的调控难度，基于勘查过程自动化的相关要求，岩土勘查工作以计算机技术为核心，对其数字化做出研究。通过构建地质勘查数字化平台实现勘查与设计的结合。

1.1 传输系统

传输系统将测绘数据通过在实时平台的共享，有效提高了测绘信息的利用效率，是数字化系统中的重要组成部分。因此，勘查数字化技术中离不开计算机信息技术的支持。勘察人员与工程技术人员通过在建立在网络上专业的岩土工程信息平台进行交流，实现了信息的实时传输。

1.2 感应系统

在岩土工程的勘察工作中，有效的利用数字化技术，能够让岩土数据处理中心呈现出多元化的发展趋势。在这个过程中，为了能够对勘察区域实现自动智能化的探测，需要将电子传感器作为智能信号传输的基础设备，从而得到勘察区域的基本信息。

1.3 存储系统

在岩土工程的勘察过程中，大量地质数据会随着工程规模的增大而不断产生，而搭建数字化的信息平台，首要条件是必须有一个稳定的存储系统能够让调查人员对不同地区的地质数据进行分类，并将专业处理与分析后的结果进行存储。以便用户能够根据自身需求随时调阅，为用户提供直观有效的观测数据，充分发挥勘测资料的作用。巧妙地将GIS和CAD系统结合起来，通过数字模型建立三维立体模型，实现了数据处理与与加工的一体化。工程设计人员便能够在显示测量地物空间与属性信息的立体模型上面进行工程设计。

2 岩土工程勘察数字化技术的应用优势

2.1 进行数字化建模处理

目前，地质勘察工程数字化建模方法主要有不规则网络法和表面模型法，两者各有其优点和特点，而且两者在原理和模型的建立上存在较大差异，所采用的理论依据也存在较大差异。将这两种方法结合起来，构成了工程测量中数字化的主要实现方法。

（1）不规则网络法是一种简化的差值处理方法，它把有限的点连接起来，把整个区域分成相连的三角形面的网络。每个区域中的任意一点都是三角形区域的顶点，三角形边上或者三角形区域内。对没有在顶点上的任意点，则通过插值此点的数值属性来获得。因此，不规则网络法所形成的空间，是三维空间中单个线段的模型，但在整个空间中，每个三角形的位移是连续的，但又是不可微分的，每个顶点处面的法向量方向不同。关于存储，有许多种存储方式表现为不规则的网络结构，最常见的是相应地记录每个三角形、节点、边的信息。存储器采用动态指针的方式进行存储，包括三边指针和两边顶点指针。利用指针可以直接对用于每个顶点和确定的边进行定位，也可以在其中找到关于相邻三角形的信息。该结构的特点是，对每个三角形区域都要花费一定的时间来寻找其相关信息，并且在计算表面时，由于采用了一次方程线性差法进行区域划分，因此计算速度较快。但在对计算精度要求较高的工程中，为了提高计算精度，需要将区域划分成更小的三角形，这样虽然计算精度有所提高，但相应的速度却降低了。

（2）岩土工程测量数字化建模，也主要采用了表层膜法。其又称为表面模型法，它有着悠久的历史，在工程实践中的应用时间较长。以工程中使用的中外表面体模型为基础，对均匀质体进行建模，是一种较为精确的建模方法，也是目前使用较为广泛、较为常用的建模方法。采用表面法处理的数据源，是由监测点得到的若干列数据，这些数据是离散的，包含几何特征和属性特征的数据，结合质体表面的形状，然后利用数据解释结果重建地质体界面。这种方法的计算精度比较高，但反过来又会影响计算速度。而且建模时首先将线性插值法归为一类比较困难。建立数据模型时，可以对数据进行抽象化处理，将一系列具有相同属性的数据点按一定的规则连接起来，从而形成系统化的空间曲面，建模过程中常用的数学方法和图形方法。

2.2 数据库管理系统

（1）岩士勘测工程涉及到的数字化原始数据主要是相关工程的地理信息、空间结构.并且，岩土工程勘察数字化系统的总体结构包括地址信息采集、模型描述、特征描述、属性数据、地质模型、数据库、可视化管理、综合分析。

地质资料的收集过程都是通过实验的方式进行的，应根据操作规范，尽可能地收集地质有关资料。模型描述是进行模型选择和相关系数、特征设置，根据不同的工程项目选择不同的模型。属性数据的输入和判定，是指根据测量所得的数据进行属性相关数据输入。在整个数字化过程中，地质模型的建立是关键，它决定了数字化的准确性。可视化管理是将相关数据输出成图形，直观地进行分析研究，是下一部分“综合分析”的基础。

（2）数据库的概念模型在岩土工程测量数字化过程中，信息处理系统具有独特的特点，其主要任务是对数据进行分析和整理，并对信息和数据进行分析。要使数字化需求在功能上充分表达，首先要利用有关问题的概念数据，建立信息和数据的模型。勘察数据库的实体分为多种类型，主要包括详细文档资料、地形图、地层特征、钻孔特征等，它们是岩土勘察数字化的基础工作，是处理复杂数据和密集数据的系统。建立模型的过程主要是根据实际的需要和情况，充分考虑各个方面的情况，以便更准确地计算和分析。

（3）数据库的实现过程在沿途勘测工程的数据化过程是一个综合的过程，主要包括三类数据，即用户输入的原始数据、系统产生的中间数据、系统处理的最终数据。勘测点数据是原始数据的主要来源，勘测点数据又可分为测点信息属性数据、勘测点几何属性数据。它是指测量点的高度、地层厚度、孔隙度、含水率等与地质有关的参数。产生的中间数据主要有剖面数据、三维表面数据、地层数据等。

而且可能会有各种各样的中间数据产生最终数据，并最终实现最终数据的可视化结果。文档资料包括地质勘探报告等，图形资料包括连线剖面图、单孔柱状图等，这是数据库的实现结构。

2.3 实现岩土工程场地虚拟

数字化勘测的核心便是能够让勘测场地进行有针对性的虚拟显示，用数据库反映工程现场的相关信息。但是场地地理与地形信息等环节的虚拟显示必须在相应的环境下才能够实现。比如说，某工程所在的地理位置中，较为丰富的山川便成为制约其勘察的条件。因此便需要勘察人员首先以地层地质为重点对周围山川的相关资料进行收集，再通过虚拟勘察系统得到各数据之间的关系，最后，虚拟场地会根据输入的资料自动生成勘察人员所要要信息资料。

数字勘察技术有利于交点信息的获取，通过场地虚拟能够有效实现多层勘察，降低了重叠勘察的难度。近年来，数字化勘察技术因勘察结果的准确性高，有利于岩土工程的安全施工，克服了传统岩土勘察的不足，已成为当前岩土工程勘察的主流模式。

2.4 岩土工程的勘察模拟

岩土工程内的数据难以通过真实调查进行测量，通过数字化勘察技术对各种岩土数据进行严格的处理，再通过数字调查技术对岩土工程环境进行模拟，以获得整个工程的真实信息。对于岩土工程调查过程中的技术问题，可通过建立概念调查系统对其进行全面的研究，再通过数字控制快速获得勘察量。因此，岩土程程部为了获取复杂岩土工程的基本信息，通常会使用能够准确反映真实与模拟岩土工程之间的属性关系的数字模拟勘察技术。

2.5 进行一体化建设

数字技术应用阶段涉及的数据类型较多，用户在输入输出过程中要把握原始数据，以系统生成管理为前提，需要实现数据的有序处理。根据资料种类及实际情况等可知，应明确资料产生形式，结合原始资料及测点等可知，应掌握资料类型。在等值模型的基础上，以多种信息操作为前提，做好生成管理，最终的数据类型多种多样，主要是根据用户需要，生成包括图形和文档数据的中间数据。员工需要提前处理，掌握技术类别，做好具体管理，满足要求。

3 岩土工程勘察数字化技术的实际应用

数字系统具有智能感应，信号传输和数据存储等功能。它在测绘项目管理和相关信息处理中具有动态，安全和集群的特点，可以有效地保证测绘项目的实时机密数据传输。通过将数据库技术与工程设计技术相结合，提高信息传输效率，实现测绘工程设计的一体化，满足各地测绘工程的需要。

3.1 信号转换

地质勘探所获得的地质资料，如资料、文字、图形等，必须经过综合处理才能转化为有效的地质勘探资料，为工程设计和施工规划提供科学的参考依据。数字技术的优势是数据处理效率高和得到的信息统一。通过系统编程获得的原始测量信息可以直接转换为自然语言，再由人工识别和编辑来完成综合的信息转换。为了确保信息的即时性并提高信息的利用率，其在现有的传统绘图过程中，改变了多道工序的数据需要人工处理的不足。

3.2 数据处理

勘查工作的质量直接影响到工程建设的质量，并确保岩土结构的稳定性，因此地质勘测数据必须在工程设计和施工中充分利用。原始数据可以通过信号变换获得，该数据是抽象性的结果并且相对独立，通过GIS进行信息处理和分析，得到测绘对象的三维动态模型能够为岩土工程的设计和施工提供数字化监测的数字模型。在此基础上，数字探测器可以实现对项目施工现场的合理规划，建立远程监控系统，对区域的地质水文数据变化进行持续补充，自动对项目施工现场进行实时动态监测并处理与勘察工程相关的信息。

3.3 安全监控

信息技术的进步虽然增加了信息资产对社会生产的影响，但同样也使信息安全变得不安全。地质勘探数字技术的应用优势在于信息的安全性。当系统通过安全监测系统执行计划外的数字模式转换或数据处理时，系统将直接停止相关工作并将其报告给系统中心以消除系统运行的安全风险和程序漏洞。信息平台的权限管理能够让工作人员根据工作需要获得不同的信息权限，只能浏览与编辑相应权限下的信息，有效地保证信息的机密性，安全性和真实性。

4 结语

随着科技的不断进步，岩土测量技术的实际应用已达到要求，在后续测量阶段，受其他因素的影响，存在技术应用不合理的情况。为使技术在岩土工程勘察中得到全面的发展，必须提前推广应用。理解现代化信息技术的种类，推动岩土工程的全面进步，满足可持续发展的需要，是整个实施过程的目标。