工程勘察内外业一体化信息管理平台设计与应用

宋广，吴芮，安亚杰

(河南省水利勘测有限公司，河南 郑州450003)

0 引言

岩土工程地质勘察是工程设计的基础和前提，传统的地质勘察工作大致分为三部分：一是外业收集数据、内业分析整理、制图编写报告。外业数据采集以纸质记录为主，效率低，易出错，部分仪器可自动记录，但数据分散，不易处理。二是内外业工作交叉分步进行，外业工作无法同时进行数据处理，当场分析检查困难，内外业不同步导致难以及时发现并及时解决野外问题。三是外业数据反馈慢，技术质量管控人员，难以对现场技术工作进行及时有效地指导和管控。传统勘察工作内外业分离的工作模式存在时效慢、效率低、协同少和管控难等问题。

近些年，随着移动互联网、云计算、物联网、3S技术、数据库等信息技术的发展，基于GIS“一张图”的外业数据采集信息化技术取得重大成果，推进了工程勘察信息化建设迈上新台阶。因此，如何从公司的实际情况着眼，通过数字化建设科技探索，促成工程勘察内外业一体化，成为岩土工程师热切关注的问题。

1 总体设计及关键技术

1.1 平台架构

工程勘察内外业一体化信息管理平台由Web管理后台、移动APP端两部分组成，两者之间的数据互通互联，由Web管理后台统一管理，基于B/S与C/S架构，综合利用GIS平台，采用SOA设计思想，基于MVC WebAPI三层框架开发。主体采用实体框架Entity Framework,系统架构包括应用服务层、业务服务层、数据信息层3个层面与2个体系。为外业采集和内业生产提供系统服务。工程勘察内外业一体化平台总体框架如图1所示，具体分析如下。

图1 管理平台总体架构图

数据信息层。数据层是整个系统的数据支撑与保证，主要提供数据访问和存储等各项数据的管理服务，是工程勘察内外业一体化信息管理平台的数据中心。构建工程勘察库，包括项目、地质、空间、成果文件、平台管理等数据。

业务服务层。业务服务层主要包括“一张图”综合服务、业务构件、单点登录服务、工作流引擎、数据模型、加解密服务以及各应用系统的应用等几部分服务。

应用服务层。应用服务层由Web管理端与APP移动端两部分构成。移动端APP使用对象为外业数据采集人员，用于巡查前查看规划线路、在巡查过程中进行工程设置、数据采集、数据管理、导航等功能。Web管理端使用对象为各级管理人员，主要负责前期的项目设置、地图管理、外业勘探设置以及数据采集后的展示、分析汇总、格式转换、成果生成等工作。

安全保障体系。安全保障体系是维护平台正常运行与应用的根本，能够提升管理平台抗风险与防入侵的能力，包括访问、网络、服务器、数据、运行等方面的防护。

标准规范体系。标准规范体系是支撑平台搭建与持续运行的基础，是加强应用协同、数据共享、成本控制及平台扩展的需要，同时也是提升项目建设效率、平台优化、持续改进的需要。

1.2 数据库设计

根据工程勘察业务流程及平台功能运行需求，结合了EF的框架体系，运用SQL Server存储数据。其优点在于易用性、切合分布式架构的可扩展性、与IDE及服务端软件紧密结合。数据库采用多源基础数据，对数据进行获取、存储、加工、分析，收集整合影像图、地质图、构造图、项目地图等专题信息，按照一定的标准进行数据融合并存入相应的数据表中，同时多媒体数据以路径方式存储，极大节约了数据库存储空间并提升了访问速度。

整个平台涉及创建工程及项目、选择参与人员、多源数据融合、发布地图、移动端数据采集、web端补充完善等多个环节，数据的流转过程如图2所示。

图2 平台的数据流转图

1.3 关键技术

1.3.1 多源异构数据融合

工程勘探数据来源多样，这为数据分析与应用带来难度，为了把不同来源、格式、比例尺、多投影方式或大地坐标系统的地理空间数据在逻辑上或物理上的有机集中，从而实现地理信息的共享，特设计了一套数据的整合方案。该方案利用数据标准化技术对元数据进行收集、解析、加工、存储及关联分析等处理，通过坐标参考体系与投影方式转换、数据格式转换、地理要素语义融合等一系列措施，基于GIS平台搭建，实现数据的展示与统计、计算、应用分析、制图等功能。

1.3.2 一张图综合服务

将基础地理及业务数据和服务，集成到统一的地图上，实现多维度、多角度、多层次、多方位地展示与监管工程勘察情况，形成工程勘察内外业一体化一张图综合展示服务，使所有相关人员能够在统一的平台上直观、动态及时地实现信息共享，并通过Web端和移动端进行展示与预警，更好地为综合监管、智能运营、辅助决策服务，真正实现了图数相接，图数入库、权属落地的目标。

1.3.3 集成多类技术方法

充分利用统计分析、分片上传、GIS、数据格式转换等多项技术，实现数据上传、融合、汇聚、分析评估的智能化数据分析过程，形成了一系列的工程勘察技术标准。集成多类技术包含：实现了CAD图纸在GIS平台的显示问题，解决了CAD图纸在GIS平台线型、字体不能正确表达的问题；依据用户需求，可绘制钻孔柱状图、监测日报等报告、图表；打通了与岩土勘察软件、岩土设计软件、三维建模软件的数据接口，系统可将平台的钻孔数据转换为理正、slope等软件的接口文件；对多媒体文件采用分片上传、断点续传的方式，将所有上传的多媒体文件，按照一定的大小，将整个文件分割成多个数据块来进行分别上传，上传完成再由服务器对所有上传文件进行汇总整合成原始的文件，分片上传不仅可以避免网络环境不好引起重新上传的问题，同时还使用多线程对不同切片数据进行并发送，提升了发送效率，降低发送的时间。

2 功能模块

工程勘察内外业一体化信息管理平台包括Web管理后台、移动APP两个子系统，两者一内一外，相辅相成。

2.1 信息管理平台Web管理后台

Web管理后台从工程勘察业务需求出发，注重提供直观、真实、全面、高效的工程勘察信息。管理后台的服务对象是工程勘察决策指挥人员，核心功能模块包括一张图、工程、数据、成果、设备、系统等管理模块。

一张图模块。一张图模块是将录入系统的工程显示在一张图上，结合工具栏和菜单栏中各项操作工具和分析工具实现任意图层的叠加、平移、缩放、搜索、定位、属性查看、测量、浏览、截图、空间分析、书签、图例展示等。

工程管理模块。工程项目是系统的核心，根据水利工程的特点，系统建立了工程、阶段、部位三级目录。一个工程可以对应有多个阶段，各阶段可以对应多个工程部位。工程的属性信息中有工程的类别、等级、规模、所在区域、所属流域、状态等信息。工程模块包括工程项目设置、参与人员等数据的管理。

数据管理模块。数据管理模块主要针对外业采集的基础数据进行管理操作、包括对勘探点、地层模板、地质测绘、施工地质、土工试验等数据的增删改查，同时提供标准化、规范化处理，满足决策人员对采集的信息进行审核、调整，为成果导输出提供保障。

成果管理模块。成果管理主要针对整理后的采集数据成果批量导出，包括图表、多媒体文件、空间数据导出。

设备管理。包括车辆管理和物探设备管理功能。

系统管理模块。对政区、流域、用户、标准与规范进行统一管理，并提供相应的管理维护界面。角色类型分为系统、项目两大类，系统类角色控制菜单的访问，项目类角色决定对某个工程进行细节控制，为不同用户分配不同的系统和项目角色，实现分级分权分项目管理。

2.2 信息管理平台移动APP

工程勘察内外业一体化管理平台移动端基于 Android Studio环境进行设计，集GPS定位、地质素描、地质罗盘、数据暂存、数码相机等功能于一体的智能勘察采集移动端。方便了外业人员在复杂的作业环境下使用，革新了工程勘察信息采集的传统模式。主要模块如下：

一是空间信息采集。基于GIS平台，运用GPS定位、遥感、移动互联网等技术手段，可快速定位用户当前位置，进行空间信息采集。二是属性数据上传。实现外业地质要素信息的上传，包括勘探数据、地层测绘数据、原位试验及土木实验数据等信息的上传、同时可以在网络环境不好情况下使用暂存功能，待网络环境稳定后进行批量上传。三是成果管理模块。可对采集的信息进行查看、更新、重新上传等操作。

3 综合平台应用

综合平台于2020年11月正式投入运用。系统运行平稳，使用频率高，广泛应用在南水北调中线工程总干渠河南段、小浪底北岸灌区工程、白龟山水库大坝安全评价工程等几十个大中型项目中。工程涵盖枢纽、灌区、引调水、水库、水生态与景观、河道治理等多种工程类型，在这些工程的地质勘察实际运用中提高了地质工程师和工程勘察决策人员的工作效率。

外业人员可以应用智能设备的GPS定位和导航功能，在野外快速定位自己位置并找到勘察地质目标，同时可以利用现场拍照和视频录制等手段，实现了全过程数字化服务与管理。

工程勘察管理人员使用Web后台进行数据汇总分析、报表生成、数据格式转换、批量出图等功能，实现了对勘察业务的实时动态管理。

4 结语

综上所述，工程勘察内外业一体化信息管理平台基于Web管理端和移动APP端，实现野外工程勘察信息的电子采集，不仅可以减少地质工程师外业编录的工作量，而且可以进行作业成果的电子化记录归档，同时还可以将历史钻孔数据直接导入导出，减少数据采集与生产环节的工作量，推动了内外业管理流程的现代化与标准化。进一步提升地质勘察的进度和质量，促进了河南省水利行业信息化水平向前发展。工程勘察内外业一体化信息管理平台虽然已成功应用于实际工程中，但由于时间、研究范围的原因，还有需要改善的地方，怎么在更广范围内实现智慧化建设还没太多探索，这些需要更多的投入，把人工智能、大数据，物联网、BIM+GIS技术与工程勘察进行深度融合，推动水利信息化向智慧化稳步前进。