巖土工程地質結構特點及勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設計應用

李小明

（九江地質工程勘察院，江西 九江 332000）

我國的地質問題一直是學界研究的重點，因其具備復雜多變的地貌、發(fā)展迥異的各地地質環(huán)境，在這一環(huán)境下進行垃圾填埋、跨地區(qū)調水、建設樓房等，對于巖土工程地質結構的工程師來說，都是極大的挑戰(zhàn)。巖土工程的產(chǎn)生源于土木工程的實際需要，它將地質學和力學兩大學科進行結合，對工程師的技術要求較高，具有很強的學術性和實用性。

巖土工程地質的側重點在于解決生產(chǎn)和建設活動中出現(xiàn)的巖土技術問題，在工程的開發(fā)和運營過程中要求工程師做到實時監(jiān)督工程目標，對地質條件進行勘察，需要工程師對整個工程的建設、開發(fā)及后續(xù)的運行管理等方面的安全問題負責[1]。因此，巖土工程地質結構就具備了重視觀察、重視實際應用的特性。在工程正式開始前，巖土工程地質的工程師需要通過勘察地質、地形、地貌，并整合勘察數(shù)據(jù)，判斷地下的地質結構全貌，預測在施工過程中會遇到哪些問題，對斷層、深溝、地下巖石的種類都要做出科學的預判，同時，通過勘察數(shù)據(jù)，幫助施工團隊打造施工方案，做到綜合運用物探、洞探等工程技術手段，明確地質結構的優(yōu)勢方向。設計勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對巖土工程地質的開發(fā)和研究有極大幫助。

1 巖土工程地質結構特點

巖土工程地質結構具有復雜多變的特點，因此在巖土工程開發(fā)過程中使用勘察工具，經(jīng)常會勘察出大量數(shù)據(jù)資料與信息。巖土工程工作的推進，離不開對這些勘察數(shù)據(jù)進行分析和處理。如果不對勘察數(shù)據(jù)進行分析，就無法深入了解到地質內(nèi)部的結構，也無法對其作出有效的判斷，進而會影響到整個工程的開展。工程概況、預施工地地質情況、勘探設備狀況、現(xiàn)場模擬測試、室內(nèi)模擬實驗等幾個方面，組成了巖土工程地質數(shù)據(jù)勘察[2]。在完成數(shù)據(jù)勘察后，需要整理信息，整合全部數(shù)據(jù)，做出工程實施報告，通過巖土工程技術及時向施工單位做出反饋，并輔助其進行相關方面的整改。

因此，使用勘察數(shù)據(jù)是巖土工程地質的硬性需求。而在巖土工程地質的開采設備和勘察設備都更新?lián)Q代的同時，勘察數(shù)據(jù)的采集、整理和處理仍存在處理方法落后、效率差等問題。這是因為巖土工程地質結構的數(shù)據(jù)勘察處理辦法，存在分析速度較慢的問題，無法適應新時代的新需求。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 選擇能夠搭載虛擬服務器的CPU

設計勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，需要硬件設備的支持和網(wǎng)絡環(huán)境的搭建。從投資、使用度等方面考慮，選用普通的P Ⅱ300 計算機就可以滿足系統(tǒng)搭建的需求，同時需要用到的設備還有：能夠搭載虛擬服務器的CPU。

虛擬服務器的使用方法為通過整合線下的物理存儲服務器，將服務器中數(shù)據(jù)進行采集和分析對比，利用虛擬化技術，將多臺設備通過資源分配方法，整合到一臺配置較高的虛擬服務器中，通過數(shù)據(jù)資源共享模式，將多區(qū)域的物理服務器轉化為虛擬服務器的運作能源[3]。如圖1 所示。

圖1 虛擬服務器運行方法

如圖所示，物理服務器的數(shù)據(jù)運算功能通過虛擬化技術匯總到虛擬服務器中，而虛擬服務器的虛擬機在VMware VirtualCenter 平臺進行運行。主板的CPU 性能決定了虛擬服務器的運算能力，虛擬機的運行效率受CPU 主頻參數(shù)影響。CPU 主頻的參數(shù)影響著整個服務器的工作效率。CPU 的運算能力越強，意味著它的主頻越高。因此在勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設計中，必須保證搭載虛擬服務器的CPU 內(nèi)核有足夠大的空間進行運算。所以需要使用能夠滿足需求的大內(nèi)存CPU。

CPU 的選擇方法如下：假設搭載的服務器應對CPU 的最大使用率為6023，那么在整合物理服務器過程中，需要使用的虛擬機的CPU 運算能力至少為1.2GHZx5 %=6GHZ，那么在選用CPU 時，應當選用定值不低于主頻為6GHZ（即運算能力為1x2x6=12GHZ）的雙核CPU。

通過合理運算，選取更適合本次系統(tǒng)設計的CPU 完成虛擬系統(tǒng)服務器的搭建，為本次勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設計提供良好的硬件支持。

2.2 固態(tài)硬盤設計

在設計巖土工程勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的過程中，因為巖土工程勘察數(shù)據(jù)通常具有保密性質，因此需要對存儲數(shù)據(jù)使用的固態(tài)硬盤進行保密化處理。

對硬盤進行保密化處理設計，主要集中在對硬盤用戶的身份驗證環(huán)節(jié)進行設計，因為使用者的身份信息是公開的，而用戶身份則會受到固態(tài)硬盤內(nèi)部的用戶表和權限表的檢測。可以使用yubikey5 系列的USB 安全密鑰加固硬盤數(shù)據(jù)，安全密鑰能夠生成板載RSA1024 位和2084 位安全密碼，同時具備雙因素身份認證令牌，能夠有效降低固態(tài)硬盤的使用風險。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 相似勘察數(shù)據(jù)計算模型設計

將從巖土工程地質結構勘察中得到的數(shù)據(jù)，使用字母符號或者數(shù)字符號來代替相關數(shù)據(jù)的實際名稱。將這些數(shù)據(jù)進行定性，并使用代碼的方式將其標識，對數(shù)據(jù)的規(guī)范化有一定的幫助，同時也能縮短數(shù)據(jù)整理時間，對規(guī)范行業(yè)起到一定的示范作用，也有助于提升后期在系統(tǒng)中查詢、搜索的工作效率[3]。比如不同地層在數(shù)據(jù)庫中就可以使用代碼來表示，代碼的設置見表1。

表1 不同地層的數(shù)據(jù)代碼

由表1 可知，統(tǒng)計數(shù)據(jù)的對象主要是指不同位置的地層名稱，每一層地質結構都代表了不同的土質特性和積層強度，通過數(shù)字代碼將地層剖面直觀化展示。使用規(guī)范化數(shù)據(jù)統(tǒng)計方式，能夠更快捷地完成對相似數(shù)據(jù)區(qū)分的計算。對相似數(shù)據(jù)進行區(qū)分，需要對數(shù)據(jù)集分類后進行計算。計算方法如下：

用T 來代表地質勘察數(shù)據(jù)來源中一個數(shù)據(jù)節(jié)點，稱它其中的連續(xù)子序列為satisfy，而T 中所有來源為n 的satisfy 集合定義為S（T，n），假設兩個地質勘察數(shù)據(jù)Q4-1（數(shù)據(jù)A）和Q4-2（數(shù)據(jù)B）的相似程度定義為：

用D 代指數(shù)據(jù)間的關聯(lián)性，則關聯(lián)性可定義為：

通過上述定義公式，可以看出數(shù)據(jù)的相似程度計算取決于n的取值，即數(shù)據(jù)的來源，通過數(shù)據(jù)的上傳渠道和所在區(qū)域，通過計算，能夠對數(shù)據(jù)A 與數(shù)據(jù)B 的相似程度進行區(qū)分。構建區(qū)分數(shù)據(jù)相似度的計算模型。

3.2 設置功能模塊

為給巖土工程地質勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，為此建立了數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的建立流程見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)庫建立流程

如圖3 所示，建立數(shù)據(jù)庫，首先要對數(shù)據(jù)進行分析和整理，然后分析數(shù)據(jù)的功能和數(shù)據(jù)庫的具體使用目的，最后完成數(shù)據(jù)庫的建立。巖土工程地質勘察經(jīng)過整理，已按照地質、地層等特征進行整理和匯總，初步建立了數(shù)據(jù)庫構架。

巖土工程地質勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)依托數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)支持，可以開始對數(shù)據(jù)進行分析和處理。完成對數(shù)據(jù)的采集和整理后，利用大數(shù)據(jù)技術，構建多個數(shù)據(jù)模塊。分成子系統(tǒng)和母系統(tǒng)，在將各個模塊進行分類的同時，發(fā)掘這些數(shù)據(jù)和信息之間的時間、空間關聯(lián)，并進行連接；通過不同模塊的組成，完成勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設計。利用代碼，設置數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的基本功能。使用系統(tǒng)硬件，完成整個地質勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的搭建。

4 實驗論證分析

4.1 實驗準備

使用的CPU 為Intel core i5，CPU 內(nèi)核/線程為10/20，時鐘速度5.2GHZ，使用CPU 搭載虛擬服務器A1，三臺不同區(qū)域的物理服務器代號為B1、B2、B3 作為環(huán)境支持，完成實驗測試環(huán)境搭建。傳統(tǒng)設計下的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)同樣會參與實驗，進行比較。

4.2 實驗過程及結果

實驗目的是驗證勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的處理速度，是否能夠滿足巖土工程地質開發(fā)的相關工作。將本文設計的系統(tǒng)與其他兩種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的搜索結果進行比較。首先將5GB 大小的原始勘察數(shù)據(jù)加入系統(tǒng)中，進行數(shù)據(jù)處理。隨后依次向系統(tǒng)中導入原始勘察數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小為10GB、15GB、20GB、25GB、30GB，記錄每次處理數(shù)據(jù)的速度。為保證實驗的準確性，在數(shù)據(jù)處理完成后，清除系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)，重新導入不同規(guī)模的勘察數(shù)據(jù)進行實驗。實驗結果取三次實驗的平均值。結果如下：

圖3 不同系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)時長

由圖3 可以看出，本文設計的勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在處理大量數(shù)據(jù)時，處理時間明顯少于傳統(tǒng)設計下的勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)?？梢姳疚脑O計的地質勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在巖土工程地質開發(fā)過程中，有較高的實用性。

5 結束語

結合巖土工程地質結構特點，完成勘察數(shù)據(jù)處理這一設計要求。本文的地質勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠有效運用到實際的巖土工程工作中，而存在的不足之處，將在日后通過對算法、巖土工程相關知識的進一步學習來彌補，使勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠更好地為巖土工程服務。