GIS在巖土工程中的應(yīng)用探析

李盛斌,閆竹玲

（延安大學(xué)建筑學(xué)院,陜西延安,716000）

我國經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為工程建設(shè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，與此同時(shí)，信息數(shù)據(jù)隨之快速增長，這無疑加大了巖土工程工作人員的管理難度，而GIS憑借其良好的兼容特性和空間延伸特性，不僅可以大大改善了工作效率，節(jié)約了大量人力、物力，還可以有效解決巖土工程難題，雖然存在些許不足，但是其應(yīng)用效果和發(fā)展態(tài)勢良好，需要我們不斷創(chuàng)新加以完善。

1 GIS概述

1.1 簡介

GIS是地理信息系統(tǒng)的簡稱，是一項(xiàng)極為重要且特定的空間信息系統(tǒng)，但當(dāng)下并未形成統(tǒng)一定義，本文理解如下：GIS屬于技術(shù)系統(tǒng)范疇，是在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的共同支持下，采集地球中部分或整個(gè)表層空間內(nèi)分布的地理數(shù)據(jù)，并加以存儲、管理、運(yùn)算得出分析結(jié)果，然后將其顯示和描述出來。其作用對象既包括地理空間中的實(shí)體數(shù)據(jù)，如屬性、圖形、空間定位、遙感圖像等多種數(shù)據(jù)，也包括數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，其中數(shù)據(jù)主要用于分析特定地理區(qū)域間各種過程或者現(xiàn)象，然后通過數(shù)據(jù)處理解決較為復(fù)雜的管理、決策、規(guī)劃等問題。

1.2 我國GIS發(fā)展現(xiàn)狀

GIS在我國巖土工程中的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代，經(jīng)歷了解析、數(shù)字化、信息化三個(gè)測繪階段，而且隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，特別是在鐵路、公路、跨海橋隧、大壩等大規(guī)模建設(shè)項(xiàng)目的推動下，GIS在巖土工程領(lǐng)域中的作用逐步攀升，不僅應(yīng)用日益廣泛，而且為實(shí)現(xiàn)巖土工程信息化帶來了契機(jī)。當(dāng)下GIS在巖土工程領(lǐng)域中的應(yīng)用主要涉及獲取空間數(shù)據(jù)、巖土工程勘察、地下工程、地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)、環(huán)境評價(jià)等多方面，其之所以能夠取得技術(shù)性突破，主要取決于日趨完善和成熟的GIS軟件系統(tǒng)，以及不斷提高的商用化程度，當(dāng)下常用的GIS軟件多達(dá)400余種，國際市場中研發(fā)和供應(yīng)GIS軟件的單位也不下300家，其中我國著名GIS軟件有MAP/ GIS、CITYSTAR、GEOSTAR等。

2 GIS在巖土工程中的應(yīng)用

2.1 GIS在獲取空間數(shù)據(jù)中的應(yīng)用

空間數(shù)據(jù)是地理空間位置、方向、形狀、大小、幾何拓?fù)潢P(guān)系的代表，是對現(xiàn)實(shí)世界的信息表達(dá)和分層，也是GIS技術(shù)的操作對象，有GIS“血液”之稱，因此獲取空間數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)GIS應(yīng)用價(jià)值的根本前提，其通常有三種形式，即體方式、面方式和點(diǎn)方式，其中體方式主要有3D地震技術(shù)、CT掃描等；面方式主要有集成傳感、遙感、激光掃描、攝影測量、SAR / In SAR、地圖掃描數(shù)字化等；點(diǎn)方式主要有GPS技術(shù)、鉆孔勘探、工程測量、礦井測量等。當(dāng)下GIS空間數(shù)據(jù)獲取的應(yīng)用和發(fā)展趨向于三維空間分析和可視化研究。如在規(guī)劃甘肅省不同區(qū)域內(nèi)公路工程的困難指數(shù)時(shí)，就綜合運(yùn)用了遙感圖像和Arc-View技術(shù)建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，獲取了準(zhǔn)確的空間數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，從而為該項(xiàng)規(guī)劃提供了科學(xué)參考。

2.2 GIS在巖土工程勘察中的應(yīng)用

長期以來，我國巖土工程勘察一般以鉆探為主，并結(jié)合技術(shù)人員的自身經(jīng)驗(yàn)推測勘察情況，然后根據(jù)勘探點(diǎn)的深度和密度獲取相應(yīng)的勘探結(jié)果，但是自然環(huán)境相對復(fù)雜，難以預(yù)測，致使勘察信息既有限又有誤，大大降低了勘探精度和廣度，嚴(yán)重制約著巖土工程勘探管理水平的提高。而GIS的應(yīng)用推動了巖土工程勘察地理信息系統(tǒng)的建立，打破了傳統(tǒng)勘察模式的局限性，大大提高了工程勘察效率和質(zhì)量。

巖土工程勘察地理信息系統(tǒng)通常分為數(shù)據(jù)錄入、運(yùn)用軟件、二次開發(fā)、運(yùn)行系統(tǒng)四個(gè)階段，具體而言就是以GIS為平臺，將先前獲取的大量鉆孔信息輸入到相應(yīng)的軟件中，然后利用軟件功能就勘察的每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過接口數(shù)據(jù)文件暢通數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)各專業(yè)以及設(shè)計(jì)部門之間的數(shù)據(jù)共享，從而強(qiáng)化彼此間的溝通與協(xié)作，既能提高工作效率，節(jié)約時(shí)間和人力，又可以提高勘察結(jié)果的精確度，。該系統(tǒng)不僅可以描述勘察區(qū)域內(nèi)巖土工程的基本情況，而且具有分類存儲、綜合統(tǒng)計(jì)、查詢檢索、實(shí)時(shí)處理等功能，工作人員可以通過雙向查詢屬性和圖形，獲取空間數(shù)據(jù)分析結(jié)果，從而為區(qū)域規(guī)劃、勘察設(shè)計(jì)等決策提供科學(xué)的參考依據(jù)，如該系統(tǒng)為大慶油田進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃、地下輸油管道防腐、化工項(xiàng)目選址、地層模型等帶來了顯著效益。由于巖土工程勘察的信息資源十分寶貴，利用價(jià)值很高，特別是能夠重復(fù)利用，而GIS系統(tǒng)能夠有效存儲和管理龐大的信息資源，從而為共享地理信息奠定基礎(chǔ)。

2.3 GIS在地下工程中的應(yīng)用

隨著社會進(jìn)步和科技發(fā)展，人類工程活動不再僅停留在地表范圍，而將其延伸到了地下，如地下商場、地鐵、地下礦山、過江隧道等地下工程，而且對地下空間和資源的利用廣度和深度逐漸加大，但是該類工程的隱蔽性較強(qiáng)，涉及的數(shù)據(jù)多而雜，此時(shí)基于GIS系統(tǒng)的USIS（地下空間信息系統(tǒng)）應(yīng)運(yùn)而生，它的誕生和應(yīng)用促使GIS的優(yōu)勢得以真正發(fā)揮。當(dāng)下USIS主要被應(yīng)用于城市地下空間規(guī)劃，就是利用USIS了解地下空間現(xiàn)狀及其發(fā)展空間，從而控制發(fā)展規(guī)模，合理安排空間布局，確定其交通形式等。此外還可利用USIS強(qiáng)大的信息資源和管理功能，用于分析和規(guī)劃地下管網(wǎng)空間，以免因施工建設(shè)不當(dāng)引發(fā)不必要的事故和損失。

雖然USIS起步較晚，尚未得到廣泛應(yīng)用，但是利用三維USIS可以通過采集和存儲地質(zhì)勘查、城市規(guī)劃等各種分布于地下空間的地理信息，并加以管理和分析，對地下巖土工程信息進(jìn)行動態(tài)、綜合管理，從而提高地下空間數(shù)據(jù)的可視化程度，為巖土工程勘察、城市規(guī)劃等提供重要的決策依據(jù)，可見USIS發(fā)展和應(yīng)用前景十分廣闊。

2.4 GIS在地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)中的應(yīng)用

2.4.1 地震

地震災(zāi)害突發(fā)性很強(qiáng)，難以預(yù)測，是破壞性最大的自然災(zāi)害，雖然世界各國一致致力于研究監(jiān)測和預(yù)報(bào)地震，但尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，但是當(dāng)下部分專家學(xué)者嘗試選擇利用GIS研究在不同震感程度下建筑物結(jié)構(gòu)的損害程度，以及管網(wǎng)抵抗地震的能力，如基于GIS的地震損失預(yù)測和火災(zāi)蔓延模型，融合先進(jìn)的GIS和地震研究成果形成的四川省地震災(zāi)害預(yù)測與評估系統(tǒng)等，該系統(tǒng)可以科學(xué)預(yù)測和評估地震影響力，從而為救災(zāi)工作和恢復(fù)重建提供有力依據(jù)。

2.4.2 砂土液化

砂土液化原因眾多，且與空間位置聯(lián)系密切，因此引入GIS十分必要，國外學(xué)者基于GIS系統(tǒng)，分析砂土液化的歷史因素和地理因素，獲取了大量信息，然后借助相關(guān)軟件加以處理，最終劃分出六個(gè)圖層，提高了砂土液化管理的透明度，也引導(dǎo)同行記載了更多相關(guān)信息，以此有效規(guī)避砂土液化問題。我國在研究砂土液化時(shí)，利用GIS系統(tǒng)Map Info分析典型路段的液化信息，由此得出液化危害性分布圖，以及不同危害程度的圖像，而且得到了很多有效的分析數(shù)據(jù)，因此在砂土液化研究中引入GIS不僅可行而且適用性良好。

2.4.3 滑坡

滑坡群和類型多種多樣，雖然都是由意外因素引起的，會造成一定的危險(xiǎn)，但彼此間相對容易區(qū)別，且在速度和時(shí)間上存在差異，該種自然災(zāi)害也和空間位置聯(lián)系密切，而利用GIS系統(tǒng)可以記錄大量災(zāi)害信息，并分析滑坡原因，根據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果半定量或定量評價(jià)災(zāi)害范圍，并得出滑坡災(zāi)害的危險(xiǎn)系數(shù)。其實(shí)多數(shù)情況下，科學(xué)家普遍利用GIS中的DEM技術(shù)，模擬滑坡的位置及形式，并將其以圖形和圖像的形式展示出來，或者利用數(shù)字模型，勾繪山脊和溝谷的界線，同時(shí)借助切坡面信息，對滑坡災(zāi)害深層做出評價(jià)。概括的講，就是利用GIS分門別類的管理和分析滑坡災(zāi)害信息，提前評估滑坡風(fēng)險(xiǎn)，并對其生成因素、影響程度、與周邊環(huán)境的關(guān)系等進(jìn)行分析。

由于自然災(zāi)害發(fā)生頻繁，其破壞性影響不容忽視，應(yīng)高度重視防災(zāi)減災(zāi)工作，而GIS在評價(jià)地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用效果顯著，因此應(yīng)充分利用GIS系統(tǒng)，挖掘?yàn)?zāi)害影響因素，在災(zāi)害易發(fā)地建立綜合模型，用于監(jiān)測災(zāi)害和預(yù)報(bào)災(zāi)害，以此為緊急部署和救援工作提供科學(xué)依據(jù)。

3 GIS在巖土工程中的發(fā)展趨勢

3.1 硬件

立足于當(dāng)下巖土工程對GIS系統(tǒng)的新需求，以及GIS的些許不足而言，未來的GIS工作狀態(tài)和環(huán)境會有所改善，像分布式計(jì)算機(jī)環(huán)境、手指跟蹤和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等的發(fā)展會促使相關(guān)問題研究更為快捷、簡便而科學(xué)。

3.2 軟件

三維GIS應(yīng)該是未來的研究熱點(diǎn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、三維地質(zhì)代碼等得到統(tǒng)一和完善，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，像人工智能、信息論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等多種模型會相繼建立，以此提高三維GIS在巖土工程中的應(yīng)用價(jià)值。

3.3 3S集成

綜合運(yùn)用GIS、GPS和RS的3S集成應(yīng)是未來的研究熱門和重點(diǎn)技術(shù)，且當(dāng)下GIS和RS以完成無縫結(jié)合狀態(tài)，但是相信在不久的將來必將會實(shí)現(xiàn)GIS、GPS和RS的完美集成，切實(shí)解決巖土工程中的難題。

4 結(jié)束語

總之，GIS在巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，作用也不斷凸顯，不僅利于巖土工程作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量的提高，還可以獲取和積累大量地理信息數(shù)據(jù)，為巖土工程勘察、災(zāi)害評價(jià)、城市規(guī)劃等提供有力的參考依據(jù)，因此GIS在巖土工程的應(yīng)用和發(fā)展前景尤為廣闊。

[1]龔國龍.GIS在巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用[J].硅谷,2013(08).

[2]宋桂榮.GIS地理信息系統(tǒng)在巖土工程中的應(yīng)用研究[D].沈陽建筑學(xué),2012(25).

[3]賈男.GIS在巖土工程勘察中的應(yīng)用綜述[J].黑龍江科技信息,2011(25).

[4]李鵬遠(yuǎn),包春燕.GIS在巖土工程中的開發(fā)與應(yīng)用[J].山西建筑,2011(10).

[5]李衛(wèi),李海平.淺談GIS技術(shù)及其在巖土工程中勘測中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2012(15).