巖土工程勘察智能信息化技術(shù)研究現(xiàn)狀

李伯瀟，蘭陽

（1.青島城市學(xué)院，山東 青島 266000；2.青島海川建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 青島 266000）

0 引言

不斷增加的建設(shè)施工項目，會嚴(yán)重影響自然環(huán)境，為確保自然和人類之間可以和諧相處，有關(guān)單位需認(rèn)真對待巖土勘察，全面掌握地質(zhì)情況，進(jìn)而降低自然災(zāi)害針對社會造成的影響。將智能信息化技術(shù)、專業(yè)性技術(shù)應(yīng)用于巖土工程勘察，為確?？辈斓陌踩?，有關(guān)工作人員不僅要具備嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真地工作態(tài)度，還應(yīng)采取智能信息化技術(shù)，才可以保證勘察結(jié)果的精確性，進(jìn)而為建設(shè)工程提供正確的投資方向，保證工程項目安全與投資效益[1]。

1 巖土工程勘察概述

我國近些年不斷增多的建筑工程項目，在進(jìn)行工程項目建設(shè)前，均會勘察項目所地，借助獲得的勘察了解建設(shè)場地的巖土種類及地質(zhì)情況，進(jìn)而可以為施工單位提供相應(yīng)的參考。因為中國幅員遼闊，各地的地形存在較大差別，并且有很多種類特殊的巖土，在一定程度上加大了巖土工程的復(fù)雜程度。對此，進(jìn)行展巖土工程勘察，可有效處理各種地質(zhì)問題造成的不良影響，不僅能將隱患及時消除，而且能防止發(fā)生不必要的工程事故，保證工程安全、順利地進(jìn)行。有關(guān)巖土工程勘察，主要對象是巖體與土體。因為地質(zhì)在形成與演變的過程中，不同類型的巖體在不同地質(zhì)作用下，會演變?yōu)閺?fù)雜結(jié)構(gòu)與具有復(fù)雜地應(yīng)力場環(huán)境的巖體，加之位于的地區(qū)不同，所以存在一定的地質(zhì)作用差異，進(jìn)而不同地區(qū)巖體存在較大的特性差別。

2 簡析巖土工程勘察信息化發(fā)展方向

2.1 云計算

其主要指的是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實時交互之后，調(diào)配和反饋動態(tài)處理資源。在以往外業(yè)工作中難以及時獲得計算技術(shù)的支持，需要通過內(nèi)業(yè)判斷分析之后修正現(xiàn)場錯誤，或是重新布置外業(yè)工作。技術(shù)人員借助云計算技術(shù)，能根據(jù)外業(yè)工作實際需要，以手機(jī)、電腦、等方式使用互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心連接，依據(jù)需求遠(yuǎn)程進(jìn)行實時計算獲得虛擬結(jié)果，用于交互校對數(shù)據(jù)的正誤及質(zhì)量，防止資源發(fā)生重復(fù)浪費(fèi)[2]。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)

以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的“人—機(jī)—物”之間的信息交互。針對工程勘察而言，屬于融合專業(yè)設(shè)備、技術(shù)員，獲得、傳送、儲存及分析地質(zhì)體信息的活動，通過物聯(lián)網(wǎng)技能通過復(fù)位實驗設(shè)備、鉆機(jī)狀態(tài)建立獲得數(shù)據(jù)、記錄外業(yè)數(shù)據(jù)、獲得實驗室土工數(shù)據(jù)等，避免手動二次輸入和人工干預(yù)，保證數(shù)據(jù)的客觀性和真實性，防止造價或是手誤問題。

2.3 人工智能

以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，擴(kuò)展與延伸人的智能方法、理論、技術(shù)和使用的思維模式，而且能依據(jù)變化的環(huán)境因素予以科學(xué)具體反饋的一種技術(shù)。其專業(yè)性主要表現(xiàn)在專業(yè)技術(shù)員針對數(shù)據(jù)的分析和解讀，該項技術(shù)能通過自主學(xué)習(xí)、獨立判斷、自行修正等模式，依據(jù)設(shè)定的專家預(yù)案庫，解讀和錄入信息化數(shù)據(jù)，對生成的圖件、表格和報告等邏輯成果進(jìn)行自動化處理。相關(guān)技術(shù)員僅需要在校驗時加以人工干預(yù)即可。

2.4 建筑信息模型

將工程項目整個周期中每個不同階段的資源、工程信息及過程集成于同一個模型，為工程參與各方提供使用便利。作為建筑工程前期重要階段的工程勘察，其數(shù)據(jù)能為施工監(jiān)測、地基基礎(chǔ)、使用監(jiān)測等階段提供所需數(shù)據(jù)，并成為主要工程信息應(yīng)用于BIM系統(tǒng)[3]。

3 簡析巖土工程勘察智能化技術(shù)存在的主要問題

3.1 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)重復(fù)性錯誤

以往巖土工程勘察流程得到的紙質(zhì)數(shù)據(jù)，在將其進(jìn)行數(shù)字化的過程中很容易出現(xiàn)重復(fù)錄入工作，從而引發(fā)錄入錯誤問題。對此，應(yīng)該完成一次錄入、避免紙質(zhì)化工作。

3.2 外業(yè)數(shù)據(jù)的可靠性真實性

外業(yè)數(shù)據(jù)以及行為數(shù)據(jù)的可靠真實性，很容遭受人為因素帶來的影響，指派專門的工程師進(jìn)行全程跟蹤需消耗較高勞動成本。應(yīng)采取長期無人監(jiān)控多鉆機(jī)勘察全過程的智能信息化技術(shù)。

3.3 難以分節(jié)點對項目管理過程審查

以往在進(jìn)行勘察工程項目時缺少清楚的審查節(jié)點，需建立智能信息化系統(tǒng)，具備方面進(jìn)行審查的功能，以跟進(jìn)項目進(jìn)程。

3.4 復(fù)雜的外業(yè)錄入和室內(nèi)數(shù)據(jù)傳送流程

部分勘察軟件與設(shè)備中的外業(yè)及內(nèi)業(yè)環(huán)節(jié)是彼此孤立的，在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化時會涉及很繁雜的流程，需明確數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)流程與格式，采取信息化、一體化系統(tǒng)技術(shù)。

3.5 總結(jié)勘察項目相對復(fù)雜

因為項目會涉及繁多的數(shù)據(jù)類型，在分析總結(jié)時應(yīng)做到數(shù)據(jù)簡化分析。

3.6 宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)難度大

勘察項目所涉及的實測數(shù)據(jù)、地勘數(shù)據(jù)較多，以此支撐分析區(qū)域地質(zhì)條件，一方面要保證數(shù)據(jù)有效共享，另一方面還需分析挖掘數(shù)據(jù)。對此，可以通過人工智能算法同地質(zhì)統(tǒng)計理論相結(jié)合提升分析工作的精準(zhǔn)度和效率。

4 簡析巖土工程勘察智能信息化技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 智能化視頻監(jiān)控采集技術(shù)

該項技術(shù)在我國的起步相對較晚，比如，視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)已運(yùn)用到智能交通領(lǐng)域，和圖像處理技術(shù)、計算機(jī)視覺技術(shù)、人工智能等相結(jié)合，是一個綜合性系統(tǒng)工程。當(dāng)前，我國部分學(xué)者就工程勘察現(xiàn)場特征，深入分析勘察外業(yè)現(xiàn)場視頻采集儀器需要滿足的各方面要求，對此常用的視頻采集設(shè)備，在此基礎(chǔ)上開發(fā)勘察外業(yè)現(xiàn)場智能化視頻采集系統(tǒng)[4]。

4.2 智能化勘測技術(shù)

第一，RTK。這是代表性的測量技術(shù)信息化，主要用于定位、定線，特別是進(jìn)行斷面測量放樣可以達(dá)到厘米級定位，相比以往通過全站儀、控制點和水準(zhǔn)儀等具有更快的測量速度。

第二，超站儀技術(shù)。其屬于以往使用的全站儀進(jìn)行智能化測量的產(chǎn)物，通過安卓系統(tǒng)、測圖成圖軟件以及處理云平臺，匯聚電子測速儀，可以同時對水平角、距離以及高差等數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，依托移動網(wǎng)絡(luò)可以實時互通數(shù)據(jù)，及時傳回外業(yè)成果進(jìn)行內(nèi)業(yè)加工與處理。

4.3 數(shù)字圖像技術(shù)

這一項技術(shù)主是依托光學(xué)攝像頭拍攝工程勘察現(xiàn)場，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析。以勘察鉆孔電視技術(shù)為例，通過下入井內(nèi)的電纜把攝像頭的后置光源，實現(xiàn)信號的采集，通過轉(zhuǎn)換光電信號，在顯示器上呈現(xiàn)實時鉆井圖像。除此之外，數(shù)字智能化圖像技術(shù)的代表——二維碼圖像識別技術(shù)，借助二維碼可以跟蹤管理錄入信息和進(jìn)行土工試驗樣品的有效識別，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于勘察工地。

4.4 地質(zhì)數(shù)字建模技術(shù)

通常現(xiàn)場勘察采集到的鉆孔資料相對零散，為方便數(shù)據(jù)處理及整體分析，一些勘察單位會把獲得鉆孔資料，以計算機(jī)建模方式對巖土工程進(jìn)行3D地質(zhì)建模。

第一，三維巖土信息技術(shù)。現(xiàn)階段，數(shù)據(jù)進(jìn)行二維分析和管理的技術(shù)已經(jīng)基本成熟，而且人們也尤為關(guān)注三維巖土工程、三維地下空間以及數(shù)字工程等方面的研究院工作。例如,三維巖土工程信息系統(tǒng)，可以達(dá)到地層建模從剖面至三維、三維建筑物建模、柱狀顯示三維鉆孔、管理查詢數(shù)據(jù)、分析工程數(shù)值之間的有機(jī)融合[5]。

第二，地質(zhì)建模。當(dāng)前常見的建模方法主要分為不規(guī)則網(wǎng)格法、表面模型法等。針對數(shù)字表面模型。其主要是指借助測點的屬性及幾何特征數(shù)據(jù)，使用數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)解釋并對地質(zhì)體界面較重構(gòu)，從而形成網(wǎng)狀曲面片。至于前者是指把區(qū)域范圍內(nèi)相對有限的點，對區(qū)域?qū)崿F(xiàn)相連的三角面網(wǎng)格進(jìn)行劃分。任意的區(qū)域內(nèi)部點會落于三角面的邊、三角形的頂點或是圖形內(nèi)，且圖形內(nèi)部的點進(jìn)行插值處理，由此可見不規(guī)則網(wǎng)格法屬于一個三維空間分段線性模型[6]。

4.5 勘察資料信息化系統(tǒng)

關(guān)于勘察資料信息化系統(tǒng)，其屬于信息化呈現(xiàn)內(nèi)業(yè)勘察工作的常見形式，大部分勘察單位將其用于處理勘察資料儲存、管理等工作。把紙質(zhì)勘察資料進(jìn)行統(tǒng)一掃描、錄入和數(shù)字化處理，進(jìn)一步整合成信息化的電子數(shù)據(jù)庫。這樣能夠?qū)㈨椖孔鳛閱挝?，讓勘察檔案信息實現(xiàn)信息化，通常會基于商用檔案管理軟件結(jié)合實際需求進(jìn)行二次開發(fā)，主要應(yīng)用在檔案管理人員的日常業(yè)務(wù)工作，如檔案歸檔、審批及編目等，用戶還能實現(xiàn)瀏覽、查閱與借讀電子檔案。

5 結(jié)語

不斷進(jìn)步的信息化技術(shù)，推動技術(shù)實現(xiàn)扁平化，促進(jìn)信息快速傳播，突破傳統(tǒng)技術(shù)桎梏，針對組織靈活性、管理分權(quán)程度提出較高要求。基于互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，無論是數(shù)據(jù)共享程度還是范圍均有所提高，實現(xiàn)巖土工程勘察工作信息化，從本質(zhì)上來講是廣泛使用與共享數(shù)據(jù)，以此提高巖土工程勘察水平，讓巖土工程勘察更智能化。