融合數(shù)字化技術(shù)的巖土工程勘察探析

【摘要】文中分析了數(shù)字化系統(tǒng)、虛擬化勘察技術(shù)、數(shù)字建模技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)、信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用，針對(duì)巖土工程結(jié)構(gòu)勘察存在的問(wèn)題，提出數(shù)字技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用策略。

【關(guān)鍵詞】巖土工程；勘察技術(shù)；融合數(shù)字化；數(shù)字勘察

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU195" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）01-0114-03

0 引言

各行各業(yè)普遍采用技術(shù)革新升級(jí)來(lái)支持行業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)字化、智能化及信息化技術(shù)應(yīng)用范圍也在快速擴(kuò)大，為有效滿足建設(shè)項(xiàng)目對(duì)勘察精度不斷提高的需求，巖土工程勘察也應(yīng)當(dāng)積極順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)引進(jìn)高新技術(shù)。由于數(shù)字化技術(shù)在巖土工程勘察中應(yīng)用，可以發(fā)揮提高巖土工程勘察安全性與高效性等諸多積極作用，因此很有必要分析巖土工程勘察的重點(diǎn)難點(diǎn)，并探討各種數(shù)字化巖土工程勘察技術(shù)的具體應(yīng)用。

1 巖土工程勘察中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)的意義

1.1 提升巖土工程勘察效率

在巖土工程勘察中，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器非輔助人工作業(yè)，從而提高勘察的效率和質(zhì)量。各類(lèi)數(shù)字傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地質(zhì)條件，并利用迅速準(zhǔn)確地收集和傳輸數(shù)據(jù)，相比較傳統(tǒng)的對(duì)人工操作的完全依賴(lài)，其效率更高。同時(shí)，數(shù)字化技術(shù)可以持續(xù)跟蹤目標(biāo)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，為工程項(xiàng)目提供高質(zhì)量的勘察數(shù)據(jù)。

1.2 提升勘察數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

傳統(tǒng)的人工勘察可能存在主觀判斷和人為操作失誤導(dǎo)致的誤差，而數(shù)字化技術(shù)使用傳感器和激光掃描儀等設(shè)備，能夠以更精確和客觀的方式收集巖土參數(shù)數(shù)據(jù)，避免人為因素對(duì)結(jié)果的影響。通過(guò)使用自動(dòng)化測(cè)量和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以在不同時(shí)間和位置實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)采樣，并獲得大量相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)樣本。數(shù)字設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集周期更長(zhǎng)，信息更豐富。通過(guò)數(shù)字分析比對(duì)，得出結(jié)論的可能性更高，結(jié)果的準(zhǔn)確程度也獲得提升。與單次測(cè)量結(jié)果相比，采用這種方式處理的結(jié)論具有更強(qiáng)的可信度。

1.3 提升巖土工程勘察的安全性

相比傳統(tǒng)人工勘察，數(shù)字技術(shù)在保障工作安全和數(shù)據(jù)安全方面存在很多優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)人工勘察需要工作人員直接入場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，但部分危險(xiǎn)環(huán)境如陡峭山坡或潮濕不穩(wěn)定地質(zhì)條件下存在一定安全隱患。除此之外，傳統(tǒng)方法數(shù)據(jù)常以個(gè)人電腦或紙質(zhì)方式記錄儲(chǔ)存， 如果設(shè)備損壞或文件丟失會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可恢復(fù)。相比之下，數(shù)字技術(shù)可以將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)安全傳輸?shù)皆贫说戎付ù鎯?chǔ)中心，同時(shí)采用加密技術(shù)防止未經(jīng)授權(quán)訪問(wèn)，有效保障數(shù)據(jù)安全完整性。而且數(shù)字技術(shù)可通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備和自動(dòng)化傳感器實(shí)現(xiàn)無(wú)人采集，從而避免直接讓人員處于危險(xiǎn)中，大大降低事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

2 巖土工程勘探數(shù)字化技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 巖土工程勘探具有集群性

數(shù)字化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的集成和分析。通過(guò)整合來(lái)自不同設(shè)備和傳感器的數(shù)據(jù)，可以獲得更全面、準(zhǔn)確的勘探信息。同時(shí)，借助大數(shù)據(jù)分析和人工智能等技術(shù)，可以對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和挖掘，提取其內(nèi)在規(guī)律和趨勢(shì)，為工程師決策提供依據(jù)。集群性的數(shù)字化技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，多個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和交互，從而提高工作效率和降低可能的人為操作誤差。

2.2 巖土工程勘探具有動(dòng)態(tài)性

數(shù)字化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土工程勘探過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集。傳感器、無(wú)人機(jī)、激光掃描儀等設(shè)備可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)獲取各種參數(shù)和數(shù)據(jù)，如地質(zhì)構(gòu)造、地下水位、土壤含水量等。實(shí)時(shí)數(shù)字監(jiān)測(cè)也可以記錄整個(gè)工程建設(shè)過(guò)程中地質(zhì)條件的演變規(guī)律，這對(duì)工程驗(yàn)收和以后維護(hù)工作提供了重要參考。

3 基于數(shù)字化的巖土工程勘察技術(shù)分析

3.1 數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)

數(shù)字化系統(tǒng)通常由硬件和軟件兩部分組成。硬件包括各種傳感器、通信設(shè)備等，用于收集和傳輸數(shù)據(jù) ；軟件包括用于數(shù)據(jù)管理、處理和分析的應(yīng)用程序。數(shù)字化系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器和感應(yīng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境和對(duì)象的感知和數(shù)據(jù)采集。這些傳感器可以是光學(xué)傳感器、聲音傳感器、溫度傳感器等，用于獲取不同類(lèi)型的信息。數(shù)字化系統(tǒng)通過(guò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和共享。傳輸系統(tǒng)可以利用有線或無(wú)線通信技術(shù)，如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的連接和數(shù)據(jù)交換。數(shù)字化系統(tǒng)需要存儲(chǔ)和管理大量數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)系統(tǒng)可以采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、存儲(chǔ)和索引，以便后續(xù)查詢(xún)和分析。同時(shí)，數(shù)據(jù)處理技術(shù)可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)清洗、特征提取、模式識(shí)別等方面，從海量數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息。數(shù)字化系統(tǒng)還可以集成人工智能技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理等。通過(guò)這些技術(shù)，系統(tǒng)可以自動(dòng)學(xué)習(xí)和優(yōu)化，從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律和模式，并實(shí)現(xiàn)更精確的分析和決策。為了確保數(shù)字化系統(tǒng)的高效可靠運(yùn)行，需要進(jìn)行系統(tǒng)分析和優(yōu)化。這包括對(duì)系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)。

3.2 虛擬化勘察技術(shù)

通過(guò)虛擬化技術(shù)，可以將實(shí)際工程場(chǎng)地的信息以虛擬的形式呈現(xiàn)出來(lái)。這使得勘察人員可以通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)虛擬環(huán)境中的場(chǎng)地信息，而無(wú)需親自前往現(xiàn)場(chǎng)。在地形復(fù)雜的區(qū)域，如巖石工程中存在巖脈、河流等阻礙，傳統(tǒng)的數(shù)字化技術(shù)可能受到限制，而虛擬化技術(shù)可以通過(guò)模擬和重建地形，有效地克服這些障礙，為勘察提供更全面的信息。利用虛擬化技術(shù)，可以采集地層的各種信息，如地質(zhì)構(gòu)造、土壤性質(zhì)等，并將其轉(zhuǎn)化為虛擬站點(diǎn)數(shù)據(jù)。這些虛擬站點(diǎn)數(shù)據(jù)有利于存儲(chǔ)、傳輸和分析。虛擬站點(diǎn)數(shù)據(jù)可以與其他相關(guān)信息結(jié)合，如地質(zhì)地球物理勘測(cè)資料、遙感數(shù)據(jù)等，通過(guò)數(shù)據(jù)融合和模擬算法，生成勘察所需的全面信息。

3.3 數(shù)字化建模技術(shù)

數(shù)字化建模技術(shù)在巖石工程勘察中的應(yīng)用方式可以分為表面模型法和圖示模型法兩大類(lèi)。表面模型法通過(guò)離散點(diǎn)獲取信息，并構(gòu)建完整的地表網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)使用測(cè)量?jī)x器、激光掃描儀或遙感數(shù)據(jù)等采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以獲取地表上的離散點(diǎn)信息。然后，通過(guò)處理和分析這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)，生成高精度的地表模型。這樣的地表模型可以用于分析地形特征、地質(zhì)構(gòu)造、地表變形等。圖示模型法基于網(wǎng)格將場(chǎng)景細(xì)化為三角網(wǎng)格，并利用三角形的特征來(lái)分析地層剖面。通過(guò)采集大量的地質(zhì)資料和測(cè)量數(shù)據(jù)，如鉆孔數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)、重力數(shù)據(jù)等，可以構(gòu)建圖示模型。利用這些數(shù)據(jù)，可以生成具有空間關(guān)系的三維網(wǎng)格，用于建立地質(zhì)模型和分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)技術(shù)

在巖土工程勘察中，涉及的數(shù)據(jù)種類(lèi)繁多，數(shù)量龐大，包括地質(zhì)勘探、水文地質(zhì)、土壤力學(xué)等多個(gè)方面的數(shù)據(jù)。通過(guò)建立一個(gè)專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)整理、存儲(chǔ)和管理，可以方便快速地檢索和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，提高勘察工作的效率。在城市工程勘察中，需要收集不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，如地下水位、土質(zhì)成分、地下管線等。這些數(shù)據(jù)通常需要按時(shí)間進(jìn)行整理，并與地理位置信息關(guān)聯(lián)起來(lái)。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，可以有效地組織和管理這些數(shù)據(jù)，使其更易于查詢(xún)和分析。利用數(shù)據(jù)庫(kù)可以記錄和分析地基土的相關(guān)屬性和化學(xué)組成，如酸堿度、含水量、含鹽量等。通過(guò)建立與腐蝕性相關(guān)的指標(biāo)和模型，可以進(jìn)行腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

3.5 信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)

信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)是將各種類(lèi)型的信息如聲音、圖像、文本等轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸和處理。同時(shí)，在錄入信息時(shí)，數(shù)字化系統(tǒng)可以提供數(shù)據(jù)核驗(yàn)功能，確保輸入的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。在數(shù)字化采集過(guò)程中，還可以通過(guò)拍照功能將圖片與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，并插入水印來(lái)確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。水印可以包含時(shí)間、地點(diǎn)等信息，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供參考。數(shù)字化系統(tǒng)可將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為更簡(jiǎn)單的形式，如生成簡(jiǎn)單的草圖。這樣，使用者可以通過(guò)直觀的圖形了解數(shù)據(jù)的特征和趨勢(shì)。數(shù)字化系統(tǒng)還可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成簡(jiǎn)單的剖面圖，節(jié)省大量時(shí)間和人力成本。

4 巖土工程結(jié)構(gòu)勘察過(guò)程中存在的難點(diǎn)

4.1 巖土工程勘察信息分析評(píng)估存在差異

傳統(tǒng)的巖土工程勘察通常采用文字、圖紙等方式來(lái)表達(dá)信息，這種表達(dá)方式往往單一且容易產(chǎn)生歧義?？梢钥紤]引入多媒體技術(shù)，如三維模型、虛擬現(xiàn)實(shí)等，以更直觀、全面的方式表達(dá)勘察信息，提高信息的傳達(dá)效果和準(zhǔn)確性。不同的勘察團(tuán)隊(duì)可能采用不同的信息收集范圍和方法，這會(huì)導(dǎo)致勘察結(jié)果之間存在差異和不確定性。要解決巖土工程勘察數(shù)據(jù)質(zhì)量控制問(wèn)題，一個(gè)重要途徑是制定行業(yè)統(tǒng)一的勘察原則。同時(shí)，考慮到不同工程類(lèi)型的特點(diǎn)，針對(duì)各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域制定相應(yīng)的勘察細(xì)則和要求，以確?？辈爝^(guò)程和結(jié)果規(guī)范。還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的管理和質(zhì)量控制，建立完善的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和處理機(jī)制，確?？辈鞌?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信度。

4.2 對(duì)于巖土工程信息表達(dá)和流程設(shè)置更高要求

在現(xiàn)階段，巖土工程勘察的確存在一些問(wèn)題，比如安全風(fēng)險(xiǎn)因素復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和地質(zhì)勘察還不夠，同時(shí)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用能力有限，導(dǎo)致質(zhì)量和效益受損，還有一些工程地質(zhì)勘察的要點(diǎn)和管理流程被忽視。因此，需要在數(shù)字化地圖應(yīng)用中進(jìn)行改進(jìn)和完善，采用更加先進(jìn)的數(shù)字化地圖和勘察模擬方法，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)巖土工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度?？偟膩?lái)說(shuō)，在巖土工程勘察中應(yīng)用數(shù)字化地圖和模擬方法具有重要的意義。

5 數(shù)字化技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用策略

5.1 構(gòu)建科學(xué)合理的數(shù)字化系統(tǒng)

在構(gòu)建數(shù)字化系統(tǒng)時(shí)，需采用科學(xué)合理的架構(gòu)和技術(shù)。首先，應(yīng)考慮到巖土工程勘察的特點(diǎn)和要求，確定合適的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)巖土工程領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。其次，政府采購(gòu)可以促進(jìn)數(shù)字化技術(shù)在巖土工程勘察領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。政府和行業(yè)協(xié)會(huì)可以制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范巖土工程勘察數(shù)據(jù)管理和共享，鼓勵(lì)企業(yè)開(kāi)展數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新。最后，通過(guò)勘察協(xié)會(huì)建立數(shù)字化平臺(tái)、共建共享的方式，提高數(shù)字化技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用水平。通過(guò)數(shù)字化平臺(tái)，協(xié)會(huì)可以對(duì)勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理和分析，為成員單位提供數(shù)字化服務(wù)和產(chǎn)品，促進(jìn)勘察數(shù)據(jù)共建和共享。

5.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的搭建應(yīng)具有前瞻性

在設(shè)計(jì)和建立巖土工程勘察的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)，需要考慮到未來(lái)可能出現(xiàn)的新技術(shù)和需求。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)技術(shù)，如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理等。同時(shí)，要確保數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，適應(yīng)未來(lái)巖土工程勘察數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)和變化。此外，為了確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，應(yīng)采用合適的數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機(jī)制，并制定數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制流程。

5.3 優(yōu)化巖土勘察的流程環(huán)節(jié)

基于數(shù)字化技術(shù)，可以對(duì)巖土勘察的流程環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。首先，使用無(wú)人機(jī)、航空遙感或衛(wèi)星遙感技術(shù)，高效地獲取大范圍的地表形態(tài)數(shù)據(jù)和遙感圖像，節(jié)省勘察時(shí)間和人力成本。其次，利用三維激光掃描、地下雷達(dá)等先進(jìn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)勘察現(xiàn)場(chǎng)的全面、精確、非破壞性的測(cè)量，提高勘察的準(zhǔn)確性和效率。最后，結(jié)合自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以快速提取和分析大規(guī)模的勘察數(shù)據(jù)，減少人工處理的工作量和錯(cuò)誤率。

5.4 發(fā)揮勘察數(shù)據(jù)多層次利用的價(jià)值

數(shù)字化技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)勘察數(shù)據(jù)的多層次利用，充分發(fā)揮其價(jià)值。首先，通過(guò)將勘察數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)（GIS）進(jìn)行整合，可以在空間上展示和分析勘察數(shù)據(jù)與其他地理要素的關(guān)系，揭示地形、地質(zhì)、水文等因素對(duì)工程穩(wěn)定性的影響。其次，結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)大量的勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析，以發(fā)現(xiàn)規(guī)律和趨勢(shì)，并對(duì)工程設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。此外，將勘察數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，可幫助識(shí)別突出的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、預(yù)測(cè)未來(lái)的變化趨勢(shì)，為決策提供參考。

6 結(jié)語(yǔ)

高質(zhì)量、高水準(zhǔn)的巖土工程勘察，是促進(jìn)各種工程項(xiàng)目順利開(kāi)展的重要前提。我國(guó)巖土工程勘察技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，尤其是數(shù)字化巖土工程勘察技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，已經(jīng)展現(xiàn)出提升工程勘察效率與勘察安全性等諸多積極作用，因此巖土工程勘察單位應(yīng)加強(qiáng)數(shù)字化建模等數(shù)字化巖土工程勘察技術(shù)研究，通過(guò)不斷監(jiān)測(cè)和記錄工程勘察中各類(lèi)問(wèn)題，并制定有效的解決方案，實(shí)現(xiàn)自身業(yè)務(wù)水平不斷提高。

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[作者簡(jiǎn)介]徐寶良（1985—），男，河北東光縣人，本科，工程師，研究方向：地基基礎(chǔ)工程施工技術(shù)。