城市工程地質(zhì)勘察鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

牟今容，曾玉清，張楊

（湖南省自然資源事務(wù)中心，長(zhǎng)沙410007）

1 引言

城市工程地質(zhì)勘察鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)是指利用城市地質(zhì)勘察鉆孔資料將工程勘察項(xiàng)目信息、鉆孔信息、試驗(yàn)信息及其各種關(guān)聯(lián)關(guān)系以屬性表、屬性字段及索引的方式表示出來(lái)的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)不僅可滿足數(shù)據(jù)易創(chuàng)建、易存取、易擴(kuò)充的需要，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、匯總等多種功能。

本文依托“湖南省長(zhǎng)株潭城市群核心區(qū)地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目，建成了包含長(zhǎng)株潭地區(qū)7 962份工勘資料、252 036個(gè)鉆孔、涉及21張屬性表的工程地質(zhì)勘察鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)，重點(diǎn)介紹建設(shè)城市工程地質(zhì)勘察鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的方法及取得的經(jīng)驗(yàn)，可為其他城市開(kāi)展相關(guān)工作提供借鑒和參考。

2 鉆孔數(shù)據(jù)概念模型

湖南省長(zhǎng)沙株潭城市群城市工程地質(zhì)勘察鉆孔多來(lái)源于工民建、公路、橋梁、軌道工程等項(xiàng)目在勘察階段完成的鉆孔，為了評(píng)價(jià)鉆孔揭露的主要巖土層，還進(jìn)行了取樣試驗(yàn)和原位測(cè)試。這些勘察成果數(shù)據(jù)大部分以該項(xiàng)目完成的巖土工程地質(zhì)勘察報(bào)告的形式集中體現(xiàn)。

經(jīng)大量工程地質(zhì)勘察報(bào)告的認(rèn)真分析，按照?qǐng)?bào)告中工程基本信息→鉆孔基本信息→鉆孔分層數(shù)據(jù)→試驗(yàn)數(shù)據(jù)的順序，清理勘察項(xiàng)目完成的鉆孔數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及各種關(guān)系，建立了鉆孔數(shù)據(jù)概念模型[1]（見(jiàn)圖1）。

圖1 工程項(xiàng)目與鉆孔之間的實(shí)體-聯(lián)系圖（E-R圖）

3 鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)分類與屬性表設(shè)置

清理工程地質(zhì)勘察報(bào)告中的鉆孔數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類并設(shè)置對(duì)應(yīng)的屬性表。按照不同的數(shù)據(jù)設(shè)置了工程施工信息表1張，鉆孔基本信息表1張，鉆孔分層信息表1張，場(chǎng)地分層信息表1張，物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、顆粒分析試驗(yàn)等試驗(yàn)數(shù)據(jù)表若干，如圖2所示[2]。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)中屬性表展示

3.2 屬性表關(guān)聯(lián)與數(shù)據(jù)索引編碼

屬性表之間通過(guò)工程索引編碼和鉆孔索引編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)。工程施工信息表與鉆孔基本信息表、場(chǎng)地分層信息表通過(guò)工程索引編碼關(guān)聯(lián)，鉆孔基本信息表與鉆孔分層信息表、各試驗(yàn)數(shù)據(jù)表之間通過(guò)鉆孔索引編碼關(guān)聯(lián)，如圖3所示。

圖3 鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)屬性表關(guān)聯(lián)情況（部分）

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)索引編碼時(shí)，以一個(gè)工程為單位建立工程索引編碼，該工程中勘察完成鉆孔的索引編碼為工程索引編碼+3位數(shù)值型的鉆孔流水號(hào)。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)屬性表內(nèi)容

數(shù)據(jù)庫(kù)中屬性表數(shù)量多，字段類型多樣，為規(guī)范數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一各類數(shù)據(jù)屬性表的數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱、代碼、類型、長(zhǎng)度、約束條件、單位等，設(shè)置了數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)基本格式[3]。

由于收集到的地質(zhì)資料勘察時(shí)間、勘察目的、依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)致鉆孔數(shù)據(jù)屬性命名、勘察階段劃分、參數(shù)取值、參數(shù)量綱等不統(tǒng)一。為方便建庫(kù)人員準(zhǔn)確無(wú)誤地錄入鉆孔數(shù)據(jù)，有必要依據(jù)國(guó)家規(guī)范、相關(guān)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)填寫(xiě)內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范統(tǒng)一。主要包括以下內(nèi)容：（1）規(guī)范部分字段的填寫(xiě)內(nèi)容，比如，原資料中勘察階段出現(xiàn)“詳細(xì)勘察”“施工圖設(shè)計(jì)勘察”“詳細(xì)工程地質(zhì)勘察”等幾種不同叫法，實(shí)為同一種勘察階段，在鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)時(shí)，統(tǒng)一按“詳細(xì)勘察”錄入，將“施工勘察”“補(bǔ)充測(cè)定”“施工中的勘察”“工程建設(shè)勘察”統(tǒng)一按“施工勘察”進(jìn)行錄入。字段項(xiàng)“勘察階段”填寫(xiě)內(nèi)容有這4種選項(xiàng)：可行性研究勘察、初步勘察、詳細(xì)勘察、施工勘察。（2）規(guī)定了字段填寫(xiě)的類型。比如，所有的時(shí)間按年月日格式列出，如2004-02-18；字段項(xiàng)“原坐標(biāo)系名稱”應(yīng)填寫(xiě)鉆孔原始坐標(biāo)系的空間坐標(biāo)系名稱和高程基準(zhǔn)，且空間坐標(biāo)系與高程基準(zhǔn)之間用“/”隔開(kāi)。（3）統(tǒng)一了巖土參數(shù)的量綱，避免錄入的數(shù)據(jù)單位不統(tǒng)一。比如，原資料中“巖土密度”單位為“g/cm3”“kg/m3”等，現(xiàn)統(tǒng)一按單位為“g/cm3”的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息錄入，不同單位的數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。（4）規(guī)范了巖土參數(shù)的取值指標(biāo)。巖土參數(shù)的統(tǒng)計(jì)值較多，比如，平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)值等，在鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)中統(tǒng)一填寫(xiě)“巖土密度”“含水量”“重度”“孔隙比”“塑性指數(shù)”“液性指數(shù)”“壓縮模量”“壓縮系數(shù)”的平均值，填寫(xiě)“內(nèi)摩擦角”“黏聚力”的標(biāo)準(zhǔn)值等。

4 鉆孔數(shù)據(jù)質(zhì)量機(jī)檢功能設(shè)計(jì)

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)表、屬性字段之間通過(guò)主鍵關(guān)聯(lián)，這樣可利用字段項(xiàng)之間的邏輯關(guān)系來(lái)控制數(shù)據(jù)質(zhì)量。完成鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)后，思考字段之間存在的邏輯關(guān)系，開(kāi)發(fā)了機(jī)檢功能。主要包括以下3個(gè)方面：

1）鉆孔坐標(biāo)正確性檢查（見(jiàn)圖4）。包括：（1）坐標(biāo)位數(shù)檢查，如西安80坐標(biāo)系下，X坐標(biāo)應(yīng)為6，為整數(shù)，Y坐標(biāo)應(yīng)為7，為整數(shù)。（2）坐標(biāo)地理位置檢查，檢查坐標(biāo)點(diǎn)是否位于某一市或者某個(gè)行政區(qū)等指定范圍內(nèi)。（3）同一項(xiàng)目中編號(hào)相鄰的2個(gè)鉆孔坐標(biāo)距離檢查。同一項(xiàng)目完成的鉆孔大多比較集中，可通過(guò)計(jì)算編號(hào)相鄰的2個(gè)鉆孔之間的距離，判斷坐標(biāo)之間的距離是否超過(guò)檢測(cè)值（可自行設(shè)定），如超過(guò)則提示用戶檢查坐標(biāo)對(duì)錯(cuò)。

圖4 坐標(biāo)正確性檢查功能展示

2）鉆孔分層數(shù)據(jù)邏輯性檢查。包括：（1）鉆孔基本信息表中的“鉆孔深度”應(yīng)與鉆孔分層信息表中該鉆孔“層底埋深”最大值相等。（2）鉆孔分層信息表中某層的層底埋深-上層層底埋深=該層的地層厚度，某層層底標(biāo)高-上層層底標(biāo)高=該層地層厚度，層底標(biāo)高=鉆孔孔口標(biāo)高-層底埋深。

3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)值域檢查。包括：（1）試驗(yàn)段的起始、終止深度均不超過(guò)鉆孔深度。（2）試驗(yàn)段長(zhǎng)度不超過(guò)檢測(cè)值，如可將標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的貫入深度檢測(cè)值設(shè)定為30 cm，輕型圓錐動(dòng)探的貫入深度檢測(cè)值設(shè)定為30 cm，重型和超重型圓錐動(dòng)探的貫入深度檢測(cè)值設(shè)定為10 cm。（3）試驗(yàn)結(jié)果不超過(guò)檢測(cè)值，如以百分比為單位的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)在0~100、土巖樣的密度等性質(zhì)指標(biāo)不超過(guò)經(jīng)驗(yàn)取值等。

通過(guò)機(jī)檢功能判斷以上邏輯關(guān)系，輸出檢查結(jié)果，來(lái)方便用戶改正，高效避免人為誤差。

5 結(jié)論

本文高度總結(jié)了“湖南省長(zhǎng)株潭城市群核心區(qū)地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目在建立鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)方面取得的經(jīng)驗(yàn)和成果。主要內(nèi)容如下：

1）從工程地質(zhì)勘察資料著手，理清了鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要過(guò)程包括：建立數(shù)據(jù)概念模型，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)，完成數(shù)據(jù)分類與屬性表設(shè)置、屬性表關(guān)聯(lián)與數(shù)據(jù)索引、屬性表內(nèi)容設(shè)計(jì)等，最終利用大量鉆孔資料建立了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）提出的數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)表關(guān)聯(lián)及索引方法實(shí)現(xiàn)了鉆孔資料中眾多基本信息、分層信息、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等的有序管理，以及數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的便捷索引。尤其在設(shè)計(jì)幾十張屬性表中幾百個(gè)字段項(xiàng)的填寫(xiě)內(nèi)容方面，積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要表現(xiàn)在：規(guī)范字段的填寫(xiě)內(nèi)容、格式，統(tǒng)一巖土參數(shù)的量綱，規(guī)范巖土參數(shù)的取值指標(biāo)等。

3）利用字段特征及字段之間的邏輯關(guān)系開(kāi)發(fā)的鉆孔數(shù)據(jù)質(zhì)量機(jī)檢功能能使建庫(kù)人員迅速便捷地查找出數(shù)據(jù)之間邏輯錯(cuò)誤，縮短了人工檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量的時(shí)間。