城市工程地质勘察钻孔数据库结构设计

牟今容，曾玉清，张杨

（湖南省自然资源事务中心，长沙410007）

1 引言

城市工程地质勘察钻孔数据库是指利用城市地质勘察钻孔资料将工程勘察项目信息、钻孔信息、试验信息及其各种关联关系以属性表、属性字段及索引的方式表示出来的综合数据库。该数据库不仅可满足数据易创建、易存取、易扩充的需要，还可实现数据查询、统计、汇总等多种功能。

本文依托“湖南省长株潭城市群核心区地质资料信息服务集群化产业化”项目，建成了包含长株潭地区7 962份工勘资料、252 036个钻孔、涉及21张属性表的工程地质勘察钻孔数据库，重点介绍建设城市工程地质勘察钻孔数据库的方法及取得的经验，可为其他城市开展相关工作提供借鉴和参考。

2 钻孔数据概念模型

湖南省长沙株潭城市群城市工程地质勘察钻孔多来源于工民建、公路、桥梁、轨道工程等项目在勘察阶段完成的钻孔，为了评价钻孔揭露的主要岩土层，还进行了取样试验和原位测试。这些勘察成果数据大部分以该项目完成的岩土工程地质勘察报告的形式集中体现。

经大量工程地质勘察报告的认真分析，按照报告中工程基本信息→钻孔基本信息→钻孔分层数据→试验数据的顺序，清理勘察项目完成的钻孔数据、试验数据及各种关系，建立了钻孔数据概念模型[1]（见图1）。

图1 工程项目与钻孔之间的实体-联系图（E-R图）

3 钻孔数据库结构设计

3.1 数据分类与属性表设置

清理工程地质勘察报告中的钻孔数据、试验数据后，再对数据进行分类并设置对应的属性表。按照不同的数据设置了工程施工信息表1张，钻孔基本信息表1张，钻孔分层信息表1张，场地分层信息表1张，物理力学性质试验、三轴压缩试验、颗粒分析试验等试验数据表若干，如图2所示[2]。

图2 数据库中属性表展示

3.2 属性表关联与数据索引编码

属性表之间通过工程索引编码和钻孔索引编码进行关联。工程施工信息表与钻孔基本信息表、场地分层信息表通过工程索引编码关联，钻孔基本信息表与钻孔分层信息表、各试验数据表之间通过钻孔索引编码关联，如图3所示。

图3 钻孔数据库属性表关联情况（部分）

设计数据索引编码时，以一个工程为单位建立工程索引编码，该工程中勘察完成钻孔的索引编码为工程索引编码+3位数值型的钻孔流水号。

3.3 数据库属性表内容

数据库中属性表数量多，字段类型多样，为规范数据表结构，统一各类数据属性表的数据项名称、代码、类型、长度、约束条件、单位等，设置了数据表结构基本格式[3]。

由于收集到的地质资料勘察时间、勘察目的、依据标准不同，导致钻孔数据属性命名、勘察阶段划分、参数取值、参数量纲等不统一。为方便建库人员准确无误地录入钻孔数据，有必要依据国家规范、相关行业技术标准规范，对数据项填写内容进行规范统一。主要包括以下内容：（1）规范部分字段的填写内容，比如，原资料中勘察阶段出现“详细勘察”“施工图设计勘察”“详细工程地质勘察”等几种不同叫法，实为同一种勘察阶段，在钻孔数据库建设时，统一按“详细勘察”录入，将“施工勘察”“补充测定”“施工中的勘察”“工程建设勘察”统一按“施工勘察”进行录入。字段项“勘察阶段”填写内容有这4种选项：可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察、施工勘察。（2）规定了字段填写的类型。比如，所有的时间按年月日格式列出，如2004-02-18；字段项“原坐标系名称”应填写钻孔原始坐标系的空间坐标系名称和高程基准，且空间坐标系与高程基准之间用“/”隔开。（3）统一了岩土参数的量纲，避免录入的数据单位不统一。比如，原资料中“岩土密度”单位为“g/cm3”“kg/m3”等，现统一按单位为“g/cm3”的数据进行信息录入，不同单位的数据应进行坐标转换。（4）规范了岩土参数的取值指标。岩土参数的统计值较多，比如，平均值、标准差、变异系数、标准值等，在钻孔数据库中统一填写“岩土密度”“含水量”“重度”“孔隙比”“塑性指数”“液性指数”“压缩模量”“压缩系数”的平均值，填写“内摩擦角”“黏聚力”的标准值等。

4 钻孔数据质量机检功能设计

关系型数据库的数据表、属性字段之间通过主键关联，这样可利用字段项之间的逻辑关系来控制数据质量。完成钻孔数据库设计后，思考字段之间存在的逻辑关系，开发了机检功能。主要包括以下3个方面：

1）钻孔坐标正确性检查（见图4）。包括：（1）坐标位数检查，如西安80坐标系下，X坐标应为6，为整数，Y坐标应为7，为整数。（2）坐标地理位置检查，检查坐标点是否位于某一市或者某个行政区等指定范围内。（3）同一项目中编号相邻的2个钻孔坐标距离检查。同一项目完成的钻孔大多比较集中，可通过计算编号相邻的2个钻孔之间的距离，判断坐标之间的距离是否超过检测值（可自行设定），如超过则提示用户检查坐标对错。

图4 坐标正确性检查功能展示

2）钻孔分层数据逻辑性检查。包括：（1）钻孔基本信息表中的“钻孔深度”应与钻孔分层信息表中该钻孔“层底埋深”最大值相等。（2）钻孔分层信息表中某层的层底埋深-上层层底埋深=该层的地层厚度，某层层底标高-上层层底标高=该层地层厚度，层底标高=钻孔孔口标高-层底埋深。

3）试验数据值域检查。包括：（1）试验段的起始、终止深度均不超过钻孔深度。（2）试验段长度不超过检测值，如可将标准贯入试验的贯入深度检测值设定为30 cm，轻型圆锥动探的贯入深度检测值设定为30 cm，重型和超重型圆锥动探的贯入深度检测值设定为10 cm。（3）试验结果不超过检测值，如以百分比为单位的试验结果应在0~100、土岩样的密度等性质指标不超过经验取值等。

通过机检功能判断以上逻辑关系，输出检查结果，来方便用户改正，高效避免人为误差。

5 结论

本文高度总结了“湖南省长株潭城市群核心区地质资料信息服务集群化产业化”项目在建立钻孔数据库方面取得的经验和成果。主要内容如下：

1）从工程地质勘察资料着手，理清了钻孔数据库结构设计的主要过程包括：建立数据概念模型，设计数据逻辑结构，完成数据分类与属性表设置、属性表关联与数据索引、属性表内容设计等，最终利用大量钻孔资料建立了关系型数据库。

2）提出的数据分类、数据表关联及索引方法实现了钻孔资料中众多基本信息、分层信息、试验数据等的有序管理，以及数据与数据之间的便捷索引。尤其在设计几十张属性表中几百个字段项的填写内容方面，积累了实践经验，主要表现在：规范字段的填写内容、格式，统一岩土参数的量纲，规范岩土参数的取值指标等。

3）利用字段特征及字段之间的逻辑关系开发的钻孔数据质量机检功能能使建库人员迅速便捷地查找出数据之间逻辑错误，缩短了人工检查数据质量的时间。