GIS在工程勘察信息系统中的应用

朱永志 程书昌

（化学工业第一勘察设计院有限公司，河北 沧州 061000）

工程地质勘察是工程建设的首要环节，是获得工程场地相关数据的主要途径，为具体施工提供有效参照资料，为进一步制定符合标准的施工技术提供依据，从而促使工程取得最佳的经济、社会与环境效益[1]。

随着科技的快速进步，传统地质行业勘察工作与计算机信息化技术的结合也越来越密切。地勘工作学者结合计算机技术对地质勘察工作进行研究，并提出了许多前沿性科学算法以及技术指导方案，其中以GIS技术（Geographic Information System）为代表性的空间信息科学技术对目前工程地质勘察领域的影响最为深刻[2]。

GIS技术在地质领域的应用极大地推进了现代地质勘察工作的进展，能够将传统的地质图纸从简单的二维展示变成三维立体化展示，将复杂的地质结构直观地展示出来，不仅能够增加图纸的可读性，更有利于辅助设计人员进行相关方案设计，解决了传统地质勘察工作单一的问题，为工程建设的前期准备创造了有利条件。

因此，本文基于GIS技术，对其在工程勘测中的具体应用进行探讨，以期为相关领域的研究提供一定的参考。

1 GIS技术在工程勘测中的具体应用

1.1 数据管理中的应用

工程地质勘察是工程建设的先决条件，勘察内容包括地质、地形地貌、地层、岩性、地下水位，以及各种物探、化探、土工实验等核心业务基础数据。数据来源一部分通过野外现场测绘得到，另一部分通过实验或计算获取。工程勘察成果数据类型较多，包括办公文档、CAD图纸、遥感影像、Excel表格或其他专业数据类型等。但不同类型的数据格式难以被地质工作者直接利用，需要基于GIS将勘察工作中涉及的地理、地质、监测、实验、计算等数据纳入一体化平台进行统一管理，通过数据信息模型为岩土工程勘察工作提供全面化的数据支撑[3]。

通过制订成果资料数字化工作标准、规范、质量控制体系、质检体系、数据备份机制等规范的工作流程，基于工作流程将勘察成果数据划分为空间数据和属性数据两部分，根据专业分别存储到对应的数据库中，共同组成数据管理主体，制订统一的数据共享机制，逐步建成统一开放、共享共用、持续更新的智慧岩土勘察数据库，实现多源异构勘察数据资源的有效整合。

1.2 地质三维建模中的应用

三维地质建模是一种基于勘探钻孔、地质剖面图、地质平面图、地表等值线、物探资料等稀疏数据进行空间插值形成地质立体模型的三维可视化方法，其本质是一个用于模拟地下空间结构和地质现象的数学建模过程[4]。由于地质结构的复杂性和不确定性，获取各种勘察数据难度大、成本高，且因数据来源广、形式多，使得工程勘察大量数据资料呈不连续的特点。在此背景下，基于GIS将各种原始数据（钻孔、剖面、地震数据、地质图、地形图、物探数据、工程勘察数据、水文监测数据等）整合归纳后建立数字化模型，直观反映工程地质构造形态、构造关系以及地质体内部属性变化。

GIS可视化将科学计算可视化与地学相结合，基于三维数字化模型展现虚拟的真实地质环境，为地质工作者提供了一种简单、方便、快捷的方式辅助其理解地质体情况，帮助地质工作者准确分析实际地质问题、开展工程设计与施工，降低工程风险。此外，基于模型的数值模拟和空间分析能够辅助投资方或设计方进行科学决策和风险规避。

1.3 数据可视化中的应用

数据分析与可视化是衡量平台生命力的重要指标之一。基于系统中的工程地质数据库、地理空间数据库、实验数据库、专题地质图件库等，结合地形图、室内试验、现场调查等资料，通过空间分析、统计分析、归纳提取等手段进行拓展应用，形成三维地层、剖面等可视化成果，为工程勘察提供直观、系统、科学的管理工具。

通过GIS技术可以将工程勘察获得的数据转换为形象直观的、便于进行交互分析的地下地质结构空间形态的立体图和剖面图形[5]。基于GIS开发的工程勘察信息系统支持地质三维场景浏览和地质体信息查询检索功能，能够解决海量数据管理与利用问题，实现数据的拓展应用，达到对已有工程数据高效共享和充分利用的目的。

1.4 成果图件输出中的应用

勘察报告中包括综合工程地质图、综合工程地质柱状图、工程地质分区图、强风化、中风化、微风化基岩面等高线图、场坪标高切面图、核岛基底标高切面图、钻孔柱状图、综合水文地质图、综合水文地质柱状图、实测水文地质剖面图、抽水试验成果图、压水试验成果图等大量复杂烦琐的图件编绘工作。该部分工作以往均采用手工方法进行绘制，存在图件绘制烦琐、后续修改麻烦等问题。

基于GIS搭建的工程勘察信息系统运用内置各种专业图纸编绘辅助功能，将GIS中的图元信息和属性信息直接输出为CAD图纸，能够减轻设计人员设计绘图的工作量，达到提高成图质量、优化设计结果的效果，从而克服了传统手工绘制普遍存在的成图慢、效率低、难以满足实际生产需要等缺点，有效提高了绘图的工作效率、绘制的准确率，并使绘制出来的图形能够真正符合编写实际地质生产报告的需求。

1.5 数据共享中的应用

基于WebGIS（网络地理信息系统）将数据库中管理的岩土工程专题数据与GIS提供的基础地理数据进行有效结合，可以实现岩土工程数据的空间可视化，减少对基础地理数据的更新和维护成本，缩短系统开发周期。基于WebGIS进行成果数据共享可以实现全国工程勘察数据网络发布，并进行实时更新，推进地质勘察工作与“互联网+”的融合。

2 项目应用

拟建场地位于华北平原的东部某地，基底构造单元为沧县隆起中的兴济凸起区，区域内属构造稳定地块，地层成因类型为冲、洪积，场地地面高程2.95～7.32 m。根据本次勘察揭露场地20 m范围内的地层，除表层人工填土（Q4ml）外，按时代成因可分为第四系全新统陆相冲积（Q4a）l、陆相冲积与沼泽相沉积（Q4h+a）l及上更新统陆相冲积（Q3a）l黏土、粉质黏土、粉土、粉砂。根据场地地层岩性及物理力学性质指标，可进一步细化。

将相关数据录入系统，通过在数据处理、地质建模、数据分析、专业计算、成果图件输出等工作阶段的应用，基于GIS开发的勘察信息系统展现了极大的优越性，同时也很大程度上提高了工程勘察工作的效率，提升了勘察地质工作的信息化水平。

系统运算效果如图1所示。

图1 工程勘察项目应用

3 结语

基于GIS研发专业的勘察信息系统，包括地质学、数学、计算机信息科学、三维建模、虚拟与现实等众多学科领域，系统的研发具有较大的理论指导意义和实用价值。通过在勘察项目中的全流程应用表明，与传统的勘察数据整理方法相比，GIS技术具有较高的可靠性和经济性，在工程勘察的数据管理、模型构建、可视化、成果自动输出、计算分析、数据共享等领域具有不可替代的技术优势。基于GIS技术可以构建更加高效合理的工程勘察信息系统，能够缩短工程勘察周期、优化勘察数据整合流程，为工程建设提供强有力的数据支撑，也为未来工程勘察信息化平台的建设确定了良好的优化方向。