巖土工程勘察設(shè)計(jì)中CAD與GIS系統(tǒng)應(yīng)用研究

【摘 要】工程地質(zhì)調(diào)查與測(cè)繪、土試樣采取、原位測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)等巖土工程勘察是水利、道路、建筑、橋梁等工程設(shè)計(jì)與施工的重要基礎(chǔ)，因而巖土工程勘察設(shè)計(jì)就變得尤為重要。本文在對(duì)巖土工程勘察設(shè)計(jì)中所用到的CAD與GIS進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，找到CAD與GIS應(yīng)用的結(jié)合點(diǎn)，從數(shù)據(jù)信息庫(kù)建立與相關(guān)平面圖的編制方面研究二者的應(yīng)用，旨在對(duì)成圖效果加以提升。

【關(guān)鍵詞】巖土工程；勘察設(shè)計(jì)；CAD；GIS

如果巖土工程勘察不利，就會(huì)暴露出工程地質(zhì)不良的問(wèn)題，不管工程結(jié)構(gòu)的上部設(shè)計(jì)再優(yōu)質(zhì)再完善，也會(huì)對(duì)工程質(zhì)量留有嚴(yán)重的質(zhì)量安全隱患。多種形式與不同規(guī)模的工程施工都或多或少對(duì)地質(zhì)條件帶來(lái)一些影響作用，而地質(zhì)構(gòu)造的不同也會(huì)影響工程施工的進(jìn)程與質(zhì)量。進(jìn)行巖土工程勘察的目標(biāo)通常是弄清工程項(xiàng)目的地質(zhì)條件，研究其存在的地質(zhì)問(wèn)題，并對(duì)其加以正確評(píng)價(jià)。在巖土工程勘察設(shè)計(jì)真中經(jīng)常會(huì)用到CAD系統(tǒng)與參考GIS系統(tǒng)，如何將二者有效結(jié)合就成為當(dāng)前設(shè)計(jì)的技術(shù)難題，需要在對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用加以研究。

1.CAD與GIS的概述

1.1 巖土工程勘察中的CAD系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design）系統(tǒng)是美國(guó)Autodesk公司在上世紀(jì)八十年代開發(fā)，在多年的改進(jìn)與完善過(guò)程中，已經(jīng)在建筑、電氣、城市規(guī)劃、園林設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段以CAD系統(tǒng)而研制的巖土工程勘察軟件、治理設(shè)計(jì)計(jì)算軟件、勘察現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試軟件、地質(zhì)測(cè)繪軟件等方面也較為齊全，可廣泛用于巖土工程的勘察、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)繪等工作上。1.2巖土工程勘察設(shè)計(jì)中GIS系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）是新近研究的應(yīng)用系統(tǒng)之一，于空間位置信息資料管理方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因而被推廣與應(yīng)用在城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源配置、交通建設(shè)、巖土工程、地籍測(cè)繪等領(lǐng)域當(dāng)中。就巖土工程勘察設(shè)計(jì)而言，盡管GIS系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)間較短，然而其具有較快的發(fā)展速度。

2.巖土工程勘察設(shè)計(jì)中CAD與GIS的對(duì)比

CAD系統(tǒng)是現(xiàn)階段亞粘土工程勘察設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛、技術(shù)研發(fā)較為深入的軟件，而GIS在計(jì)算機(jī)硬件與軟件的輔助下，對(duì)地球表層空間的地理分布信息加以收集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示并描述。在巖土工程勘察設(shè)計(jì)中，CAD與GIS不但具有共同點(diǎn)，而且還存在一些不同點(diǎn)。

2.1 二者的共同點(diǎn)

通常二者的共同點(diǎn)體現(xiàn)在：它們都具備有效處理平面或者立體地理圖形的能力。以ARC/INRO中的TIN模塊為例，TIN模塊可以專項(xiàng)進(jìn)行地表模型生成、顯示、分析等一系列操作，通過(guò)產(chǎn)生不規(guī)則的三角網(wǎng)，對(duì)地表模型進(jìn)一步處理，還可以對(duì)立體化的地表模型加以顯示分析，像三維渲染、剖面提取、土方挖填與計(jì)算等。在現(xiàn)階段，CAD與GIS系統(tǒng)當(dāng)中都設(shè)置了一些具有強(qiáng)大功能的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，能夠有效對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行管理分析，其中有些是根據(jù)客戶機(jī)制內(nèi)容來(lái)設(shè)計(jì)的，因而就可為很多客戶搭建數(shù)據(jù)資源共享的數(shù)據(jù)信息庫(kù)。

2.2 二者的不同之處

2.2.1 體現(xiàn)的主要功能

運(yùn)用CAD應(yīng)用軟件能夠設(shè)置獨(dú)立的地理坐標(biāo)體系，并可以有效對(duì)地理坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然而其在地圖處理概念與功能方面存有缺陷，在巖土工程勘察設(shè)計(jì)中，CAD系統(tǒng)的功能除建立數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理數(shù)據(jù)之外，并以圖形、圖像的形式將結(jié)果表現(xiàn)出來(lái)，由于其不必對(duì)地圖及其對(duì)應(yīng)屬性加以綜合化管理，因而就不用設(shè)置較為復(fù)雜的查詢與疊加功能；GIS系統(tǒng)具備了良好的地圖數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、圖像疊加等能力，然而在輔助設(shè)計(jì)方面存有較大缺陷。

2.2.2 連接能力

一般而言，CAD系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)間僅有初步的連接，這就造成了很難將數(shù)據(jù)屬性以及對(duì)應(yīng)的地理試題融入CAD系統(tǒng)；而采取GIS系統(tǒng)可以一同處理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，如在用戶對(duì)一些空間數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時(shí)，GIS系統(tǒng)就會(huì)對(duì)有關(guān)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.2.3 分析能力

CAD系統(tǒng)在分析能力的缺乏使其很難對(duì)多數(shù)空間問(wèn)題進(jìn)行處理，如方案設(shè)計(jì)、巖土工程勘察設(shè)計(jì)中綜合評(píng)價(jià)工作，并且CAD系統(tǒng)并不能按照空間關(guān)系查詢，來(lái)對(duì)多幅圖進(jìn)行空間運(yùn)算；GIS的基本功能就是對(duì)空間數(shù)據(jù)信息的處理分析，因而其具有較強(qiáng)的空間問(wèn)題解決能力、綜合評(píng)價(jià)能力以及預(yù)察功效。

3.巖土工程勘察設(shè)計(jì)中CAD與GIS應(yīng)用研究

3.1 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)建立階段

在一定時(shí)期內(nèi)勘察企業(yè)所要進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目當(dāng)中，部分工程項(xiàng)目是鄰近的，甚至還會(huì)出現(xiàn)在同一場(chǎng)地的狀況，這就說(shuō)明一些在外業(yè)勘察中所得到的數(shù)據(jù)或者由室內(nèi)試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)是可以當(dāng)成經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)使用的。然而，在現(xiàn)階段，很多工程的勘察數(shù)據(jù)通常是以紙質(zhì)資料的方式進(jìn)行查詢的，對(duì)查詢工作造成諸多不便，對(duì)數(shù)據(jù)資源的有效利用帶來(lái)阻礙?？梢跃C合應(yīng)用CAD與GIS系統(tǒng)，建立與不斷更新巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)，將全部數(shù)據(jù)都錄入數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢與應(yīng)用，從而有效開展數(shù)據(jù)的查詢工作，如采用ArcGIS、MapGIS軟件，新建一個(gè)點(diǎn)形式文件來(lái)對(duì)勘察位置的信息記憶存儲(chǔ)，其后把每個(gè)勘察點(diǎn)的屬性信息輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣全部勘察點(diǎn)就能夠于同一地圖上進(jìn)行顯示，再GIS系統(tǒng)所具備的拓?fù)浞治龉δ?，就可以有效查詢到某些區(qū)域內(nèi)的歷史資料，在調(diào)出工程編號(hào)信息的基礎(chǔ)上，取出以往的歷史資料來(lái)參考巖土工程勘察設(shè)計(jì)。

3.2 平面圖與地質(zhì)剖面制作方面

在巖土工程勘察設(shè)計(jì)中，所用平面圖的設(shè)計(jì)大多是通過(guò)CAD系統(tǒng)來(lái)制成的，其實(shí)質(zhì)就是發(fā)揮CAD系統(tǒng)點(diǎn)、線、填充圖案等來(lái)實(shí)現(xiàn)繪圖的；應(yīng)用GIS系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)的渲染處、色彩填充等處理來(lái)表現(xiàn)地勢(shì)高低起伏、地形、地貌等特征，讓成圖更加形象具體，并且還可實(shí)時(shí)地各地物特征進(jìn)行查詢。地質(zhì)剖面圖作為巖土工程重要數(shù)據(jù)組成成分，對(duì)工程施工有著積極的借鑒意義。

3.3 CAD數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)之間的有效轉(zhuǎn)換

在巖土工程勘察設(shè)計(jì)當(dāng)中，大部分的圖形資料采用CAD數(shù)據(jù)格式進(jìn)行儲(chǔ)存的，要想將這些圖形文檔在GIS系統(tǒng)得到有效處理，就應(yīng)該對(duì)CAD與GIS的圖形數(shù)據(jù)格式進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換。當(dāng)前普遍用到的轉(zhuǎn)換方法為，在充分運(yùn)用GIS軟件平臺(tái)自帶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能的基礎(chǔ)上，在GIS系統(tǒng)中直接融入CAD數(shù)據(jù)。然而這種方法還在一些方面存有缺陷，需要采取有效對(duì)策加以改善，例如在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)圖形要素丟失、變形或者相關(guān)屬性信息缺乏等問(wèn)題，上述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問(wèn)題可以通過(guò)應(yīng)用FME軟件得到妥善處理。FME空間數(shù)據(jù)操作引擎，能夠有效對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)換、加載等操作，從而達(dá)到不同圖形數(shù)據(jù)格式之間相互轉(zhuǎn)換的目的。

4.結(jié)論

綜上，因GIS 與CAD 系統(tǒng)具有共同之處， 并且GIS 專業(yè)軟件與傳統(tǒng)巖土勘察軟件相比，在勘察數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理、地圖可視化效果及勘察點(diǎn)及建（構(gòu)）筑物空間分析功能等優(yōu)勢(shì)明顯，所以，將CAD 與GIS 結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用與巖土勘察查設(shè)計(jì)中是有效的技術(shù)措施，從而增加勘察設(shè)計(jì)的效率，提升成圖效果。

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