軌道交通巖土工程勘察數(shù)據(jù)采集服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

唐 超 ，侯海倩 ，馬全明 ，胡曉飛

（1.北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，北京 100101；2.城市軌道交通深基坑巖土工程北京市重點實驗室，北京 100101）

1 發(fā)展現(xiàn)狀

軌道交通通常指的是在地面或者地下軌道上運行的交通。相較于傳統(tǒng)的公路建設(shè)或者其他城市工程施工建設(shè)的勘探情況，巖土勘察外業(yè)原始數(shù)據(jù)采集是工程地質(zhì)勘察過程中的一項基礎(chǔ)性工作，采集的原始數(shù)據(jù)是整個工程地質(zhì)勘察的第一手資料，也是工程地質(zhì)勘察信息化建設(shè)的數(shù)據(jù)源頭，數(shù)據(jù)的真實性和客觀性對巖土工程地質(zhì)成果的研究和整個工程建設(shè)具有重要意義。軌道交通巖土工程勘察產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，如何將勘察過程中采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地記錄并實時上傳尤為重要。隨著大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的巖土工程勘察外業(yè)數(shù)據(jù)的采集、編錄及勘察成果資料管理的方式已經(jīng)不能滿足日益更新的用戶需求。同時，呈現(xiàn)出很多工程勘察外業(yè)工作效率的弊端，如外業(yè)用紙筆記錄完之后，不能快速將外業(yè)數(shù)據(jù)直接數(shù)字化，形成的成果資料往往都是以紙質(zhì)檔案的形式存放，不利于二次利用，在數(shù)據(jù)重復(fù)錄入過程中容易出錯，甚至在施工過程中巖土勘察數(shù)據(jù)被人為篡改等，這些因素在不同程度上制約了巖土工程勘察行業(yè)的信息化發(fā)展。2017年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于開展工程質(zhì)量安全提升行動試點工作的通知》(建質(zhì)[2017]169號)，確定在北京等7省市進(jìn)行勘察質(zhì)量管理信息化試點，要求通過數(shù)據(jù)實時上傳等信息化監(jiān)管方式，推動勘察現(xiàn)場、實驗室行為和成果的質(zhì)量監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)化。無論是市場需求，還是國家政策層面，實現(xiàn)工程地質(zhì)勘察外業(yè)原始數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)的信息化處理[1-4]已經(jīng)是迫在眉睫。

筆者深入分析了軌道交通巖土工程勘察野外作業(yè)流程[5]，參考了該行業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)方法[6-10]，與工作在一線的項目負(fù)責(zé)人、工程師、描述員和司鉆員進(jìn)行了詳細(xì)溝通后，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，利用Java語言設(shè)計開發(fā)了軌道交通巖土工程勘察數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠為巖土工程勘察數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)保障，實現(xiàn)野外原始數(shù)據(jù)無紙化采集、成果資料信息化展示，形成勘察工程數(shù)據(jù)的一體化、智能化管理的智慧勘察生態(tài)圈，對后期的工程設(shè)計和決策具有十分重要的意義。

2 總體思路

2.1 建設(shè)目標(biāo)

1) 改善傳統(tǒng)紙質(zhì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，打通各項外業(yè)采集環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)連接，利用貫通的數(shù)據(jù)鏈路，使不同的內(nèi)外業(yè)處理人員能夠?qū)崟r查看上一工作人員的處理信息及工作情況，徹底消除勘察外業(yè)數(shù)據(jù)與內(nèi)業(yè)處理銜接的數(shù)據(jù)孤島。

2) 通過實時準(zhǔn)確地上傳數(shù)據(jù)，能保證數(shù)據(jù)的真實性、準(zhǔn)確性和實時性。同時，借助手機地理信息采集功能，可準(zhǔn)確獲得外業(yè)工作的情況，減少人為誤差，準(zhǔn)確上傳勘察位置。

3) 提升項目管理人員對現(xiàn)場施工和數(shù)據(jù)記錄情況的了解和監(jiān)管，順利完成工程地質(zhì)勘察項目從設(shè)計、施工到后期成果匯交的一體化、信息化過程。

2.2 總體框架

由于工程地質(zhì)勘察項目外業(yè)數(shù)據(jù)基本在戶外采集，項目相關(guān)管理人員需要在室內(nèi)及時進(jìn)行數(shù)據(jù)匯合處理，因此該系統(tǒng)基于BS+APP進(jìn)行整體系統(tǒng)架構(gòu)和開發(fā)，總體技術(shù)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 技術(shù)框架Figure 1 Technical framework

3 技術(shù)路線

3.1 PC端

系統(tǒng) PC端采用 SSH框架(Struts、Spring和Hibernate)進(jìn)行開發(fā)，從邏輯上將系統(tǒng)分為多層，如圖2所示。在表示層和控制層，采用JSP+Struts2作為頁面跳轉(zhuǎn)的流程引擎，Struts是基于 MVC(model view controller)設(shè)計模式的最為經(jīng)典的 Web應(yīng)用框架，通過它可以有效地實現(xiàn)頁面與頁面之間的流轉(zhuǎn)和控制；在業(yè)務(wù)層，采用 Spring保證組件之間的松耦合性，利用 Spring的依賴注入機制來保證組件之間完全解耦；在持久層，采用Hibernate實現(xiàn)對持久層的管理，并作為ORM(對象、關(guān)系、屬性)工具，Hibernate是一個面向Java環(huán)境的對象/關(guān)系型數(shù)據(jù)庫映射工具，進(jìn)行了MVC分層設(shè)計開發(fā)，提高程序的可擴(kuò)展性以及可維護(hù)性。

圖2 SSH框架Figure 2 Framework of SSH

3.2 手機端

系統(tǒng)手機端采用MVP + Retrofit2.0 + Rxjava框架進(jìn)行開發(fā)。MVC模式能夠滿足其復(fù)雜性和豐富性，更適合于服務(wù)器端的 Web開發(fā)，而 MVP(Model-View-Presenter)是MVC的改良模式。在MVP模式下，View層變得簡單，任務(wù)和Activity分離，不會導(dǎo)致內(nèi)存泄露，也不依賴于Activity的重建等，這些優(yōu)點更適合于APP的開發(fā)。

3.3 服務(wù)器端

系統(tǒng)的服務(wù)端數(shù)據(jù)庫采用體積小、運行快、總體成本低的MySQL5.5，移動端APP采用SQLite數(shù)據(jù)庫，開發(fā)語言采用跨平臺性較好的Java。

4 工作流程

軌道交通巖土工程勘察數(shù)據(jù)采集服務(wù)系統(tǒng)的最終目的是提供數(shù)據(jù)服務(wù)，服務(wù)器端的主要目的是進(jìn)行項目管理、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)對接。其中，數(shù)據(jù)對接的主要對象有政府勘察質(zhì)量監(jiān)管平臺、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)核查歸檔系統(tǒng)。APP客戶端的主要任務(wù)是數(shù)據(jù)采集，以及人員信息、工作信息的獲取等。

4.1 服務(wù)器端

服務(wù)器端設(shè)置管理員賬戶，管理員賬戶具備最高權(quán)限，可進(jìn)行企業(yè)相關(guān)信息管理、企業(yè)人員(角色分為審核人、項目負(fù)責(zé)人、技術(shù)負(fù)責(zé)人、機長、描述員)管理、項目綜合管理、數(shù)據(jù)管理等。服務(wù)器端具體工作流程如圖3所示。

圖3 服務(wù)器端工作流程Figure 3 Server workflow

4.2 客戶端

客戶端APP是外業(yè)數(shù)據(jù)采集的工具，主要用戶為機長和描述員，除了采集生產(chǎn)性數(shù)據(jù)外，還會對勘察人員的工作規(guī)范和安全生產(chǎn)等信息進(jìn)行記錄，具體流程如圖4所示。

5 應(yīng)用實踐

巖土工程勘測數(shù)據(jù)采集服務(wù)系統(tǒng)已在全國近 80個項目中得到了推廣應(yīng)用，充分證明了該系統(tǒng)的功能性和實用性。

5.1 服務(wù)器端

基于 BS構(gòu)架建立勘察信息服務(wù)平臺，對工程勘察的項目、人員、數(shù)據(jù)、勘察工作相關(guān)規(guī)范等進(jìn)行管理和發(fā)布，同時可以發(fā)布相關(guān)的政策法規(guī)、項目進(jìn)展、安全檢查、環(huán)境保護(hù)等信息。在項目管理中，實現(xiàn)項目基礎(chǔ)信息的設(shè)定和發(fā)布，同時將設(shè)計工作量上傳到服務(wù)器，指導(dǎo)外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作，使勘察工作外業(yè)采集的數(shù)據(jù)快速入庫和高效管理。

5.1.1 信息發(fā)布

在信息發(fā)布頁面(即系統(tǒng)的主頁)，項目負(fù)責(zé)人可以看到目前最新的勘察咨詢和相關(guān)政策，以及周邊各項目的進(jìn)展情況。一方面，方便項目負(fù)責(zé)人把控項目的進(jìn)展；另一方面，項目負(fù)責(zé)人可以根據(jù)政策變化，適當(dāng)調(diào)整項目的勘察要求。信息發(fā)布模塊頁面如圖5所示。

圖5 信息發(fā)布功能Figure 5 Information release function

5.1.2 項目管理

項目負(fù)責(zé)人在服務(wù)器端創(chuàng)建項目，并填寫項目的相關(guān)信息，然后可對項目進(jìn)行管理、打開或者關(guān)閉等操作。在項目管理里面，可以添加項目的鉆孔來開展后續(xù)的工作，待審核人審核通過該項目后，會產(chǎn)生唯一標(biāo)識的項目序列號，外業(yè)描述員通過關(guān)聯(lián)該項目序列號，可以進(jìn)入該項目，然后進(jìn)行相關(guān)工作和上傳數(shù)據(jù)。項目管理模塊的頁面如圖6所示。

圖6 項目管理功能Figure 6 Project management function

5.1.3 鉆孔發(fā)布

在項目開始之前，首先要設(shè)計項目的具體工作量，外業(yè)的描述人員關(guān)聯(lián)完項目后，成為該項目的描述成員，鉆孔數(shù)據(jù)要上傳到相應(yīng)的鉆孔中。巖土工程勘察工作的鉆孔任務(wù)一般有數(shù)十甚至上百個，因此系統(tǒng)設(shè)計了單孔任務(wù)發(fā)布和批量導(dǎo)入鉆孔的功能。鉆孔發(fā)布模塊的頁面如圖7所示。

圖7 工作量列表Figure 7 Workload list

5.1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)據(jù)導(dǎo)出與打印，目前巖土工程勘察項目有標(biāo)準(zhǔn)化的外業(yè)原始記錄班報表，傳統(tǒng)的勘察工作模式需要在外業(yè)描述完后再進(jìn)行匯總整理，需要大量重復(fù)性的記錄工作，容易在復(fù)錄過程中出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)在外業(yè)描述人員上傳數(shù)據(jù)后，可以直接進(jìn)行原始班報和現(xiàn)有數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的導(dǎo)出，大大減少了重復(fù)性的工作，提高了工作人員的工作效率。數(shù)據(jù)處理模塊導(dǎo)出頁面的格式如圖8所示。

圖8 導(dǎo)出工作表Figure 8 Data processing features

5.2 移動客戶端

工程地質(zhì)勘察外業(yè)數(shù)據(jù)錄入 APP分為信息管理模塊和勘察記錄模塊。

5.2.1 信息管理模塊

信息管理模塊可編輯用戶包含鉆探機長和勘察編錄人員，在信息管理模塊內(nèi)可以對項目信息、個人信息、時間信息、位置信息、相關(guān)數(shù)據(jù)狀態(tài)和鉆機信息進(jìn)行管理。同時，勘測院的信息服務(wù)平臺所發(fā)布的項目信息、勘察工作量信息，可以直接關(guān)聯(lián)到APP的信息管理模塊內(nèi)。項目信息管理的界面如圖9所示。

圖9 項目詳情Figure 9 Project details

5.2.2 勘察記錄模塊

在勘察記錄模塊中，客戶端編錄人員可以完善并記錄回次進(jìn)尺、巖土描述、取土記錄、標(biāo)貫記錄、動探記錄、水位記錄、取水記錄和其他備注記錄的信息等，所獲取的原始外業(yè)數(shù)據(jù)可以上傳到信息服務(wù)平臺進(jìn)行管理。鉆孔數(shù)據(jù)管理的界面如圖10 所示。

圖10 鉆孔列表、添加鉆孔Figure 10 Drill list and adding of drills

6 結(jié)語

該系統(tǒng)在軌道交通巖土工程勘察項目中，完成了信息化鉆孔記錄工作，能夠?qū)崟r獲取外業(yè)的第一手資料；同時在外業(yè)描述過程中，記錄現(xiàn)場的定位信息和時間信息，對外業(yè)工作的質(zhì)量和規(guī)范進(jìn)行監(jiān)督和核查。在鉆孔描述記錄的過程中，系統(tǒng)采用單選或者多選的方式進(jìn)行描述，節(jié)省了外業(yè)描述人員的記錄時間，并且規(guī)范了其描述用詞，為以后的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)自動化整理和分析打下了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；該系統(tǒng)接口開放，可以對接政府的工程勘察質(zhì)量管理部門，協(xié)助做好工程勘察的質(zhì)量監(jiān)管工作，在巖土工程勘察工作中能起到提高工作效率、提升工程質(zhì)量的良好作用。

由于一些客觀因素的影響，系統(tǒng)目前仍存在一定的不足，例如在系統(tǒng)開發(fā)過程中，會遇到手機GPS定位精度偏差較大、服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、外業(yè)描述人員操作不規(guī)范等問題。基于此，系統(tǒng)在鉆孔的精確定位上不能直接使用手機GPS定位的坐標(biāo)，需要導(dǎo)入后期測量人員的收孔坐標(biāo)作為鉆孔的精確定位信息。另外，由于巖土工程勘察數(shù)據(jù)的重要性，后期還需要對數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩赃M(jìn)行考慮，避免數(shù)據(jù)被截獲丟失，給勘察單位造成損失。

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，巖土工程勘察工作在不久的將來必定會取消紙質(zhì)記錄的工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理、報告生成、數(shù)據(jù)使用一體化的工作模式；巖土工程勘察數(shù)據(jù)采集服務(wù)系統(tǒng)作為工程勘察信息化的重要組成部分，在今后也將更加完善。