數字化巖土勘察工程技術(shù)的應用
摘要：我國_工.程建設的項目多，規模犬，地形、地質(zhì)條件復雜，工程勘察行業(yè)在全面建設小康社會(huì )的過(guò)程中任務(wù)繁重，迫切需要先進(jìn)技術(shù)。同時(shí)，我國已經(jīng)步入社會(huì )主義市場(chǎng)經(jīng)濟體制，社會(huì )主義法制日臻完善，市場(chǎng)日趨成熟，綜合國力明顯提高，有條件對科技開(kāi)發(fā)予以更多投入。隨著(zhù)計算機信息技術(shù)的發(fā)展，巖土工程勘察數字化技術(shù)逐漸得到廣泛應用。本文分析了傳統勘察技術(shù)的不足，并介紹了巖土工程數字化勘察技術(shù)，在此基礎上重點(diǎn)分析討論了數字化勘察技術(shù)實(shí)現應用的：是鍵技術(shù)，對于進(jìn)一步促進(jìn)巖土工程數字化勘察技術(shù)的研究和應用進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：巖土工程;數字化;勘察;信息化;應用技術(shù)
1、概述
巖土工程勘察是工程設計的先決條件。一般巖土工程信息，包括地形地貌、地層界面、斷層、地下水位、風(fēng)化層厚度以及各種物探、化探資料，這些資料只是一些 離散的數據，巖土工程技術(shù)人員較難直接利用它們再去分析場(chǎng)地中工程地質(zhì)參數的分布規律，更何況傳統的巖土工程資料分析和解釋一般都局限于二維、靜態(tài)的表達，這種表達描述空間構造起伏變化的直觀(guān)性差，往往不能充分揭示它們空間變化的規律，難以使人們直接、完整、準確地理解，也就越來(lái)越不能滿(mǎn)足工程的空間分析要求。
隨著(zhù)計算機圖形處理技術(shù)的完善，已經(jīng)完全可以集成以巖土工程建模、巖土工程數字化、巖土工程數據庫管理、巖土工程特性分析、巖土工程地質(zhì)解釋以及空間分析和預測、地學(xué)統計和圖形可視化的一體化系統，繼而發(fā)展成為現代化、信息化為一體的巖土工程勘察數字化新體系。本論文就將主要對數字化的巖土工程勘察進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討，以期和同行分享。
2、巖土工程勘察方法概述
2.1傳統的巖土工程勘察方法存在的問(wèn)題
2.1.1勘察資料過(guò)于地質(zhì)化由于主管部門(mén)長(cháng)期的條塊分割，勘察、設計分散作業(yè)，加之巖土工程規范制定和新技術(shù)、新方法應用的滯后，以及專(zhuān)業(yè)設置不規范統一，巖土工程本身的特殊性等原因，設計與勘察之間脫鉤多，使得勘察提供的巖土工程信息通常以設計人員難以理解的形式出現，而且勘察也較難參與設計的全過(guò)程;設計人員也因知識的局限，很難深層次理解巖土工程勘察信息，因而勘察成果在設計中的使用效果不大，造成許多不應有的浪費和損失。
2.1.2勘察成果的數字化與數字化設計系統間不夠貫通勘察成果的數字化是設計系統的底圖或稱(chēng)基礎數據，由于數字化的某些環(huán)節技術(shù)條件不成熟和不規范，與CAD設計軟件的接口不匹配，很難順利實(shí)現對接，設計系統不得不重新將勘察資料數字化，并大大影響了勘察成果中CAD的推廣應用。
2.1. 3 勘察信息數字化程度低勘察單位提供的勘察信息往往以圖紙、表格、文字等形式為主，內容上定性描述較多。這一： 面造成設計人員對于勘察信息難于準確理解，另一方面造成對勘察信息處理、利用上的困難。
2.2數字化勘察技術(shù)概述數字化巖土工程勘察是指應用當代測繪技術(shù)、數據庫技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)和CAD技術(shù)，通過(guò)計算機及其軟件，把一個(gè)工程項目的所有信息(勘察、設計、進(jìn)度、計劃、變更等數據)有機地集成起來(lái)，建立綜合的計算機輔助信息流程，使勘察設計的技術(shù)手段從手工方式向現代化集成 CAD技術(shù)轉變，作到數據采集信息化、勘察資料處理數字化、硬件系統網(wǎng)絡(luò )化、圖文處理自動(dòng)化，逐步形成和建立適應多專(zhuān)業(yè)、多工種生產(chǎn)的高效益、高柔性、智能化的工程勘察設計體系。該技術(shù)體系用系統工程觀(guān)點(diǎn)，把勘察、設計的圖紙、圖像、表格、文字等以數字化形式存貯，供各專(zhuān)業(yè)設計使用，達到快速、高效、準確的應用勘察成果目的，大幅度降低由于勘察成果的低效使用引起的設計變更，及其他工程質(zhì)量問(wèn)題，有效的節約社會(huì )成本資源。
3、數字化巖土工程勘察應用實(shí)現的關(guān)鍵技術(shù)探討
3.1巖土工程數字化建模方法巖土工程地質(zhì)建模的方法目前采用的主要有表面模型法，表面模型法(也叫數字表面模型)的歷史較早，它的基本內容就是通過(guò)精確的表示出工程地質(zhì)體的外表面來(lái)表示均質(zhì)地質(zhì)體的建模方法，也是目前廣泛使用的建模方法。表面模型法的數據來(lái)源是通過(guò)測點(diǎn)獲得的一系列離散的測點(diǎn)資料，包括測點(diǎn)的幾何特征數據和屬性特征數據，然后利用數據解釋結果重構地質(zhì)體界面�？梢猿橄鬄榘岩幌盗型瑢傩缘狞c(diǎn)按照一定的規則連接起來(lái)，構成網(wǎng)狀曲面片，進(jìn)而確定整個(gè)地質(zhì)體的空間屬性，有很多方法用來(lái)表示表面，常用的方法主要有數學(xué)模型法和圖示模型法，本論文主要討論圖示模型法。常用的圖示模型法有邊界表示法、規則格網(wǎng)法、等值線(xiàn)法、不規則格網(wǎng)法等，其中不規則格網(wǎng)法是廣泛選用的模型表示法，詳細探討如下：
不規則格網(wǎng)法(TIN)是將區域內有限個(gè)點(diǎn)將區域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò )。區域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內，如果任意點(diǎn)不在頂點(diǎn)上，則該點(diǎn)的數字屬性值通常通過(guò)線(xiàn)性插值的方法得到(在邊上用邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的高程，在三角形內則用三個(gè)頂點(diǎn)的高程)，所以TIN是一個(gè)三維空間的分段線(xiàn)性模型，在整個(gè)區域內連續但不可微。有許多種表達TIN拓撲結構的存儲方式，這里采用一個(gè)簡(jiǎn)單的記錄方式是：對于每一個(gè)三角形、邊和節點(diǎn)都對應一個(gè)記錄，三角形的記錄包括三個(gè)指向它三個(gè)邊的記錄的指針，邊的記錄有四個(gè)指針字段，包括兩個(gè)指向相鄰三角形記錄的指針和它的兩個(gè)頂點(diǎn)的記錄的指針;也可以直接對每個(gè)三角形記錄其頂點(diǎn)和相鄰三角形。每個(gè)節點(diǎn)包括三個(gè)坐標值的字段，分別存儲x，Y，z坐標。這種拓撲網(wǎng)絡(luò )結構的特點(diǎn)是：對于給定一個(gè)三角形，查詢(xún)其曼個(gè)頂點(diǎn)屬性和相鄰三角形所用的時(shí)間是定長(cháng)的。它在沿直線(xiàn)計算地形剖面線(xiàn)時(shí)具有較高的效率，當然可以在此結構的基礎上增加其它變化，以提高某些特殊運算的效率。
3.2數字化巖±勘察工程數據庫系統基于GIS的巖土工程勘察涉及到的原始數據主要為地理信息方面的空間數據和非 間數據，數據來(lái)源包括：
3.2.1基礎地理數據這些數據主要包括
(1)自然區劃圖。該圖反映被研究區域的地理區劃、河流、道路、居民區、山川、公共設施等等自然地理信息。
(2)地形、地貌圖。該圖反映被研究區域的自然地貌情況。
3.2.2 巖土工程勘察數據這些數據主要包括所研究區域的工程地質(zhì)勘探資料。經(jīng)過(guò)篩選、處理的各勘探點(diǎn)包括地理、環(huán)境、土的物理力學(xué)指標在內的所有信息。各類(lèi)建筑場(chǎng)地的地層信息，比如液化等級、液化指數、特征周期、年代、沉積相等。結合上述分析，數字化巖土勘察工程數據庫系統可以按以下幾個(gè)步驟實(shí)施構建：
(1)巖土工程勘察數據庫的概念模型設計。
巖：工程勘察數據庫管理作為巖土工程勘察數字化系統的一項基礎工作是一個(gè)數據密集、處理復雜的數據庫應用問(wèn)題，為了能獲得反映信息世界的概念性數據模型，將與實(shí)體和聯(lián)系相關(guān)的功能與行為剝離出來(lái)，僅從現實(shí)世界中實(shí)體的數據側面來(lái)建立模型即研究數據對象與屬性及其關(guān)系，并在此基礎上建立相對應的數據庫表結構。
(2)數據庫建立實(shí)現。
巖土工程一體化系統的數據有三類(lèi)：用戶(hù)輸入的原始數據、系統生成的中間數據及最終數據。原始數據由測點(diǎn)數據組成，而測點(diǎn)數據又由測點(diǎn)幾何屬性數據(位置)和測點(diǎn)信息屬性數據;中間數據包括根據原始數據系統自動(dòng)生成的地層層面等值線(xiàn)模型、三維表面模型、剖面模型等，根據這螳模型可以生成用戶(hù)需要的各種圖件，還可以進(jìn)行各種信息查詢(xún)操作;最終數據種類(lèi)繁多，主要是根據用戶(hù)需要由中間數據生成，包括圖形資料和文檔資料(如勘察報告等)。
3.3數字化巖土勘察的規范化目前，巖土勘察按行業(yè)主要有鐵路、公路、航務(wù)及工民建等。鐵路勘察行業(yè)處于領(lǐng)導地位的有中鐵第一勘察設計院(現歸屬中國鐵建)、鐵道第二勘察設計院(現歸屬中國中鐵);公路勘察行業(yè)處于領(lǐng)導地位的有中交第一公路勘察設計研究院(總部位于西安)、中交第二公路勘察設計研究院 (總部位于武漢);航務(wù)勘察行業(yè)處于領(lǐng)導地位的有中交第一航務(wù)1：程勘察設計院(總部位于天津)、中交第二航務(wù)工程勘察設計院(總部位于武漢)。
雖然各行業(yè)已有相應的勘察規范，但僅局限于對勘察于段、勘察理論和勘察技術(shù)的規定，對勘察成果數字化這一領(lǐng)域還是一片空白。實(shí)際工程活動(dòng)中，各個(gè)勘察設計院均有自己的一套軟件系統，及成圖數字化軟件，但相同的行業(yè)在不同的地域或相同的地域在不同的行業(yè)對巖土勘察成果的數字化流程、要求、程序軟件均存在較大差異。這就導致了同行業(yè)規范框架下生成的成果卻雜相叢生，難以和現已規范程序化的設汁軟件接軌，直接導致了勘察成果的高效使用。
所以，各行業(yè)的巖土勘察對成果的數字化應采用統一的標準，可指定唯一的機構(On中國勘察設計協(xié)會(huì ))組織各行業(yè)的主要成員對勘察成果數字化程序和軟件進(jìn)行匯編，并可向社會(huì )各界進(jìn)行邀請參與，制定套統一標準的勘察成果數字化程序軟件，各行業(yè)或單位在應用時(shí)僅選擇適合于本行業(yè)的規范，在輸入通過(guò)勘察手段獲得的相應的參數后，即可數字化生成統一標準的勘察成果資料，并與現行的設計程序軟件耦合，便于高效的應用勘察成果，有效的提高勘察設計生產(chǎn)效率，降低社會(huì )資源成本，并國際領(lǐng)先的勘察設計軟件進(jìn)行接軌。
4、結束語(yǔ)
從對巖土工程勘察方法實(shí)施規范改進(jìn)，逐步過(guò)渡到數字化勘察技術(shù)的制定，并推廣其廣泛應用，這是勘察工程發(fā)展的必然趨勢。但是這其中還有一段很長(cháng)的路要走，不僅僅是因為各行業(yè)和地域空間范圍的主管機構存在差異性，而且我國目前在數字化勘察、勘探方面的專(zhuān)業(yè)人才也很匱乏，因此，必須鼓勵數字化巖土工程勘察技術(shù)人才的培養，并推進(jìn)該技術(shù)的研究應用，以真正實(shí)現巖土工程數字化勘察的廣泛應用，迅速與國際上先進(jìn)的巖土勘察接軌，提高我國巖土工程勘察行業(yè)的生產(chǎn)和競爭能力。
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