城市區(qū)域多巖土勘察工程的信息綜合提取與多系統(tǒng)耦合建模與分析

岳玉梅

中冶沈勘工程技術(shù)有限公司 遼寧 沈陽 110135

近年來，地理信息系統(tǒng)作為存儲、查詢、顯示地理信息的主要手段已經(jīng)被大規(guī)模的熟知和認(rèn)可，并且廣泛應(yīng)用在城市的規(guī)劃和建設(shè)中。同時BIM技術(shù)的推進，數(shù)字城市等的發(fā)展，巖土勘察領(lǐng)域也逐步向可視化及信息化發(fā)展。因此，本文結(jié)合二維巖土工程地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理與三維地質(zhì)模型的可視化這兩個功能，擺脫只能實現(xiàn)對單項工程建模的現(xiàn)狀，滿足了城市區(qū)域多巖土勘察工程的信息綜合提取與多系統(tǒng)耦合建模的需求，利用多系統(tǒng)的融合，整體反應(yīng)區(qū)域類工程分布及地層地質(zhì)信息，大大提高地質(zhì)數(shù)據(jù)管理和地下規(guī)劃的效率。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

沈陽市巖土工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)（如圖1所示）為3層體系架構(gòu)，主要分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表現(xiàn)層，是以Client/Server（客戶機/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)建立的信息系統(tǒng)，采用組件開發(fā)的形式進行實現(xiàn)。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；業(yè)務(wù)邏輯層實現(xiàn)對數(shù)據(jù)層執(zhí)行操作；表現(xiàn)層提供使用界面及可視化瀏覽與結(jié)果分析。

1.2 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)不僅要求實現(xiàn)一般二維單項工程的數(shù)據(jù)管理和分析還要實現(xiàn)多項工程綜合三維模型建立和空間分析的功能，包括：

1）基于多個地質(zhì)工程的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一建立了沈陽市的標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)土層信息表，有利于了解并且統(tǒng)籌規(guī)劃整個城市的地下土層情況。

2）打破理正巖土工程勘察軟件只可以實現(xiàn)單項工程的數(shù)據(jù)處理這一弊端，針對理正軟件巖土工程數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的格式，設(shè)計了巖土工程對象的數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多個工程的數(shù)據(jù)的融合表達。

3）采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，實現(xiàn)了信息綜合提取與多系統(tǒng)耦合，基于ArcEngine二次開發(fā)并集成了地質(zhì)體模型建立的三維顯示，實現(xiàn)多方位的可視查詢與分析功能。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)來源

城市巖土勘察工程信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括以統(tǒng)一管理的格式為shape的矢量地圖數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)測繪地理信息數(shù)據(jù)和采用理正巖土工程地質(zhì)勘察CAD輸出的格式為ACCESS巖土工程數(shù)據(jù)。整體采用西安80坐標(biāo)系。

2.2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)以沈陽市巖土勘察工程數(shù)據(jù)為空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用PostgreSQL 8.3作為數(shù)據(jù)庫平臺，ArcSDE為數(shù)據(jù)庫引擎，實現(xiàn)空間、屬性數(shù)據(jù)的使用和管理。

巖土工程地質(zhì)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫含有82個屬性表，以字母d開頭表格代表工程地質(zhì)信息數(shù)據(jù),包含不良地質(zhì)、構(gòu)造，斷層；以字母g開頭表格代表表格屬性數(shù)據(jù),包含對照表、配置表、表格表頭信息等;以字母z_c開頭表格代表膨脹度屬性數(shù)據(jù)取樣、水質(zhì)、質(zhì)檢等信息;以字母z_g頭表格代表巖體風(fēng)化度、潮濕度、可塑性及鉆孔孔徑和水位土、層信息等;以字母z_y開頭的表格是載荷、靜探、動探、液化等信息;以z字母開頭的表格鉆孔數(shù)據(jù)的空間位置信息。

3 數(shù)據(jù)接口的多系統(tǒng)耦合

為了將大量的巖土勘察工程數(shù)據(jù)充分利用，并實現(xiàn)對工程中的城市地質(zhì)體進行大規(guī)模區(qū)域的三維可視化建模、工程信息的管理和理正巖土勘察CAD專項應(yīng)用，就必須涉及到的問題：數(shù)據(jù)的融合和建立巖土勘察工程建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。本文在研究多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上改進了數(shù)據(jù)模型的組織結(jié)構(gòu)對巖土勘察工程進行描述，該數(shù)據(jù)模型反映了巖土工程在空間的變化軌跡、鉆孔點取樣的空間位置及其屬性特征。

3.1 巖土勘察工程數(shù)據(jù)模型

巖土工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)需要用到鉆孔數(shù)據(jù)、土層數(shù)據(jù)、剖線數(shù)據(jù)和工程信息數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)庫中主要的表為鉆孔數(shù)據(jù)表、土層數(shù)據(jù)、剖線數(shù)據(jù)和工程信息數(shù)據(jù)（z_ZuanKong、z_g_TuCeng、p_PouXian和x_GongCheng）。三維建模時，只需要有Dcollar數(shù)據(jù)和土層數(shù)據(jù)便可以單項工程的三維模型，其他幾項數(shù)據(jù)作為巖土工程勘察中常使用的數(shù)據(jù)表，因此，為了多項工程數(shù)據(jù)融合及大區(qū)域數(shù)據(jù)管理，需將這些數(shù)據(jù)接口重新設(shè)計。

3.2 巖土勘察工程數(shù)據(jù)庫與多系統(tǒng)耦合

本系統(tǒng)中巖土勘察工程數(shù)據(jù)需要與三個系統(tǒng)進行融合，分別為：①剖面圖繪制；②理正巖土勘察軟件；③巖土工程三維可視化系統(tǒng)。

3.2.1 剖面圖繪制系統(tǒng)接口設(shè)計與數(shù)據(jù)融合

基于AutoCAD的剖面繪制系統(tǒng)主要通過手動和自動選擇單項工程鉆孔點，并連成線狀成剖面線段后，存入Access數(shù)據(jù)庫表中。而本系統(tǒng)中則需要跨區(qū)域跨工程的手動選擇鉆孔點，并且需要重新生成融合原多個工程數(shù)據(jù)的工程信息。因此，在原p_PouXian剖線表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行了字段和內(nèi)容上的修改使數(shù)據(jù)可以為系統(tǒng)所使用。

3.2.2 理正巖土勘察軟件數(shù)據(jù)接口設(shè)計與數(shù)據(jù)耦合

理正巖土勘察軟件一直都是處于一個單一數(shù)據(jù)信息為單一工程服務(wù)的狀態(tài)，沒有形成區(qū)域內(nèi)的巖土工程數(shù)據(jù)的合并應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)之間沒有相互依存作用，不能顯示其共性和差異性。而巖土工程的特點應(yīng)該是在區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)明確、信息量豐富、數(shù)據(jù)層次明顯、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性強、數(shù)據(jù)共享高效性強和適合不同層次的。如圖1所示，為多系統(tǒng)耦合設(shè)計過程。為了讓用戶在同一平臺上操作基礎(chǔ)巖土工程GIS系統(tǒng)，提出理正與本系統(tǒng)的融合使用。在技術(shù)上，基于理正Access數(shù)據(jù)庫的表框架，將通過多項工程提取到的鉆孔點重新組合編號，形成新的鉆孔編號（zkbh）字段。

圖1 多系統(tǒng)融合設(shè)計過程

3.2.3 巖土工程三維可視化系統(tǒng)接口設(shè)計與數(shù)據(jù)融合

巖土工程三維可視化系統(tǒng)采用鉆孔表和土層表的信息來實現(xiàn)三維地層模型的建立，但是在區(qū)域建模時，由于不同工程件存在鉆孔編號、土層信息數(shù)據(jù)格式的差異不能滿足自動建模的要求，因此需要設(shè)計統(tǒng)一的鉆孔編號來替換單個工程中的編號字段。

4 多工程信息綜合管理

系統(tǒng)從GlS整體性考慮，圍繞系統(tǒng)應(yīng)用的共性特征，針統(tǒng)一體系結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一信息分類編碼、統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換格式、統(tǒng)一接口規(guī)范等問題，同時還對地理信息的空間定位、系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)通信與系統(tǒng)互連、系統(tǒng)的安全與保密等方面提出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化要求，以達到數(shù)據(jù)共享的目的，并為系統(tǒng)互操作打基礎(chǔ)。

綜合了二維數(shù)據(jù)管理和三維模型可視化的優(yōu)勢，不僅可以實現(xiàn)一般意義上數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改和查詢，二三維模型的聯(lián)動顯示為使用者提供便利的屬性查詢功能。除此之外，本系統(tǒng)在對土層數(shù)據(jù)的管理方面創(chuàng)新的將城市土層進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)不同工程中的土層數(shù)據(jù)中提取出沈陽市的標(biāo)準(zhǔn)地層數(shù)據(jù)，將從整體的角度對城市地層進行管理和決策應(yīng)用。

5 功能實現(xiàn)與實例應(yīng)用

本研究以沈陽市區(qū)內(nèi)6個巖土工程勘察項目為例，包括：沈陽新世界會展中心、萬科春河項目、萬科春河項目2期、沈陽世茂新世界一期商業(yè)樓盤、中一集團皇朝萬鑫大廈、萬科彩電塔地塊。共布設(shè)鉆孔3248個，區(qū)域南北約15.2公里，東西約4.9公里，將工程鉆孔數(shù)據(jù)、土層數(shù)據(jù)、工程信息等地質(zhì)信息作為管理對象，如圖2所示，該系統(tǒng)與理正系統(tǒng)耦合，實現(xiàn)理正數(shù)據(jù)的自動入庫管理。以ArcGIS Engine以及c#作為系統(tǒng)的開發(fā)平臺和工具，初步建立起具有實用性和可行性的沈陽市巖土工程地質(zhì)數(shù)據(jù)多系統(tǒng)耦合建模信息管理系統(tǒng)。如圖3所示，本系統(tǒng)與三維可視化系統(tǒng)耦合，實現(xiàn)二維與三維模式的交互式使用。

圖2 本系統(tǒng)與理正巖土勘察CAD耦合使用

圖3 本系統(tǒng)與三維可視化系統(tǒng)耦合建模結(jié)束語

采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過數(shù)據(jù)接口的多系統(tǒng)耦合，實現(xiàn)多工程信息綜合管理。綜合二維和三維的優(yōu)勢，為使用者提供便利的同時，為城市地層綜合管理和決策也提供了很大的數(shù)據(jù)支持。