基于GIS的巖土工程勘察信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭麗麗

（太原建材地質(zhì)工程勘察院有限公司，山西 太原 030031）

巖土工程勘察主要是查明施工區(qū)域巖土層的類(lèi)型和分布、各巖土層的地質(zhì)構(gòu)造等。在實(shí)際勘察工作中常受到不同外界環(huán)境因素的影響，如水文地質(zhì)環(huán)境、降水、不良地質(zhì)環(huán)境等因素，將勘察數(shù)據(jù)和信息有效整合有利于巖土工程施工順利開(kāi)展。在此期間如果出現(xiàn)勘察數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，會(huì)直接影響工程的整體設(shè)計(jì)和施工，更為嚴(yán)重的是極易引發(fā)施工安全隱患。提高巖土工程勘察信息的全面性一直是巖土工程勘察中的重點(diǎn)，因此，巖土工程勘察信息系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。巖土工程勘察信息系統(tǒng)是有效預(yù)防巖土工程中出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的重要手段，因而巖土工程勘察信息系統(tǒng)成為了有關(guān)部門(mén)的調(diào)研重點(diǎn)。在我國(guó)，針對(duì)巖土工程勘察信息系統(tǒng)的研究中，盡管研究起步較早，但對(duì)于巖土工程勘察信息基數(shù)較大且大部分被分散存儲(chǔ)的現(xiàn)狀，導(dǎo)致研究普遍存在局限性，很難在真正意義上實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察信息的高效整合[1]。GIS技術(shù)的出現(xiàn)恰好的解決了出現(xiàn)的問(wèn)題，目前數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工程施工中，這為行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用提高了勘察設(shè)計(jì)階段不同工序之間的協(xié)調(diào)性，提高勘察數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、計(jì)算、存儲(chǔ)，從根本上提高巖土工程勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量。因此，本文進(jìn)行基于GIS的巖土工程勘察信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并通過(guò)分析其在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用情況，證明設(shè)計(jì)的有效性。通過(guò)將GIS技術(shù)應(yīng)用在巖土工程勘察信息系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)兩部分，致力于為巖土工程勘察信息系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供更加廣闊的發(fā)展空間。

1 基于GIS的巖土工程勘察信息系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

根據(jù)巖土工程勘察信息系統(tǒng)的跨地區(qū)應(yīng)用需求，巖土工程勘察信息系統(tǒng)硬件采用B/S模式，在系統(tǒng)硬件方面設(shè)計(jì)了服務(wù)器以及微控制器集成電路[2]。與此同時(shí)，配備硬盤(pán)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等一些基本硬件，但這些基本硬件不作為此次研究重點(diǎn)，以下將對(duì)上文提出的兩個(gè)核心硬件進(jìn)行詳細(xì)描述。

1.1 服務(wù)器

選用ArcGIS Server10.1型號(hào)的服務(wù)器設(shè)備為巖土工程勘察信息系統(tǒng)運(yùn)行提供硬件環(huán)境，ArcGIS Server10.1型號(hào)服務(wù)器的配置為雙核CPU，外設(shè)多個(gè)可擴(kuò)展處理器，安裝GIS軟件即可瀏覽巖土工程勘察空間數(shù)據(jù)信息，內(nèi)存大小為6GB，32GB硬盤(pán)。服務(wù)器的硬件環(huán)境配置，如表1所示。

表1 服務(wù)器的硬件環(huán)境配置

根據(jù)表1所示，ArcGIS Server10.1型號(hào)服務(wù)器擁有數(shù)據(jù)處理及現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列兩個(gè)選項(xiàng)，具備適應(yīng)任何系統(tǒng)應(yīng)用程序的通用能力，為巖土工程勘察信息系統(tǒng)運(yùn)行提供良好平臺(tái)。利用該硬件設(shè)備中的雙核多路實(shí)現(xiàn)加速器、存儲(chǔ)設(shè)備及巖土工程勘察信息之間的平衡，在最大程度上提高系統(tǒng)應(yīng)用程序的性能。

1.2 微控制器集成電路

本文設(shè)計(jì)的服務(wù)器采用了一種具有嵌入式-微控制器的集成電路，程序存儲(chǔ)器容量為256KB，RAM容量為48K的硬件平臺(tái)。本文主要對(duì)兩部分的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，一是本系統(tǒng)中的最小系統(tǒng)電路，二是系統(tǒng)中信息的采集以及解析電路。通過(guò)轉(zhuǎn)換芯片將模擬的信號(hào)信息轉(zhuǎn)換為空間上的數(shù)字化信號(hào)，采用具有HS處理技術(shù)的芯片，實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的信噪比、量子效率等，且數(shù)據(jù)采集速度較快，可以將獲取到的巖土工程勘察信息更加高效的轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息。

2 基于GIS的巖土工程勘察信息系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

基于GIS技術(shù)的巖土工程勘察信息系統(tǒng)中，軟件部分設(shè)計(jì)最主要的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)于巖土工程勘察信息的數(shù)據(jù)處理，對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)，包括：空間信息、屬性信息以及電子文檔數(shù)據(jù)信息等進(jìn)行相應(yīng)的存儲(chǔ)以及處理。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行多種巖土工程勘察信息數(shù)據(jù)的分析，將巖土工程勘察信息以集合的形式進(jìn)行存儲(chǔ)[3]。主要分為兩步流程，互相作用形成巖土工程勘察信息系統(tǒng)的軟件部分。

2.1 基于GIS迭代分析空間矢量數(shù)據(jù)

引入目前應(yīng)用較為廣泛的GIS系統(tǒng)矢量劃分獲取的巖土工程勘察數(shù)據(jù)，集合巖土工程勘察信息數(shù)據(jù)屬性要素（包括：勘察區(qū)名稱(chēng)、勘察區(qū)編號(hào)、勘察區(qū)面積及重點(diǎn)工作區(qū)等），生成支持GIS系統(tǒng)迭代分析的數(shù)據(jù)格式。以GIS作為巖土工程勘察信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)強(qiáng)有力工具，基于GIS分析巖土工程勘察信息屬性。巖土工程勘察空間信息屬性，如表2所示。

表2 巖土工程勘察空間信息屬性

結(jié)合表2所示，對(duì)巖土工程勘察空間信息進(jìn)行迭代分析。在GIS系統(tǒng)中，這一過(guò)程是極其復(fù)雜的，因此需要通過(guò)公式的表達(dá)對(duì)空間矢量數(shù)據(jù)迭代分析這一技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。設(shè)迭代分析空間矢量數(shù)據(jù)的表達(dá)式為，則其計(jì)算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，n指的是該地區(qū)的地質(zhì)條件參量，i指的是空間矢量數(shù)據(jù)迭代次數(shù)，為實(shí)數(shù)；ei 指的是在i次迭代下巖土工程勘察空間矢量數(shù)據(jù)的基本參數(shù)；fi指的是在i次迭代下巖土工程勘察空間矢量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度；S指的是巖土工程勘察條件變化的系數(shù)。通過(guò)公式（1）可以實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察空間矢量數(shù)據(jù)的分析，作為巖土工程勘察信息的模糊轉(zhuǎn)化過(guò)程及表達(dá)，為巖土工程勘察信息相互調(diào)用提出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 巖土工程勘察信息相互調(diào)用

在基于GIS迭代分析空間矢量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以屬性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)巖土工程勘察信息相互調(diào)用，實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察。運(yùn)用GIS系統(tǒng)中的三維成像技術(shù)可直觀的呈現(xiàn)巖土工程勘察的具體信息，對(duì)并其持續(xù)實(shí)施數(shù)據(jù)的人工智能處理，進(jìn)而起到提升巖土工程勘察信息相互調(diào)用的速率。巖土工程勘察信息相互調(diào)用示意圖，如圖1所示。

圖1 巖土工程勘察信息相互調(diào)用示意圖

結(jié)合圖1所示，通過(guò)巖土工程勘察信息相互調(diào)用，更好的指導(dǎo)巖土工程勘察工作的進(jìn)行。

3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

提出對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以具有相同特征的某巖土工程施工區(qū)域作為此次實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象。將其隨機(jī)劃分為兩組，在控制單一數(shù)據(jù)量不變的前提下，圈定10km2、15km2、20km2、25km2、30km2、35km2、40km2、45km2、50km2巖土工程勘察范圍，其它信息管理系統(tǒng)對(duì)勘察工作的影響可以忽略不計(jì)。第一步，應(yīng)用所設(shè)計(jì)的信息處理系統(tǒng)，采集巖土工程勘察工作范圍內(nèi)的有效數(shù)據(jù)信息，在大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，將該組數(shù)據(jù)定為實(shí)驗(yàn)組；第二步，應(yīng)用傳統(tǒng)信息處理系統(tǒng)重復(fù)上一步操作，所得數(shù)據(jù)為對(duì)照組。為防止突發(fā)事件對(duì)數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生影響，保持多種變量數(shù)據(jù)統(tǒng)一，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而判斷兩種信息系統(tǒng)對(duì)于巖土工程勘察信息的獲取能力。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)步驟，采集10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩種信息系統(tǒng)下的巖土工程勘察信息獲取量進(jìn)行對(duì)比，巖土工程勘察信息獲取量對(duì)比結(jié)果，如下表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

通過(guò)表3可得出如下的結(jié)論：實(shí)驗(yàn)組在相同勘察范圍內(nèi)巖土工程勘察信息獲取量明顯高于對(duì)照組，對(duì)于巖土工程勘察信息的獲取能力更強(qiáng)。因此，本文設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)可識(shí)別的巖土工程勘察信息更為全面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土工程勘察信息的良好統(tǒng)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于GIS的應(yīng)用下，開(kāi)展了巖土工程勘察信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式，驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中可更加全面的識(shí)別巖土工程勘察信息，為巖土工程勘察工作的順利開(kāi)展提供新發(fā)展方向，從根本上促進(jìn)巖土工程施工區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。但由于本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中未充分結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的綜合運(yùn)用，在后續(xù)研究中可以加入該技術(shù)在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的應(yīng)用，為巖土工程勘察信息系統(tǒng)提供全新的設(shè)計(jì)思路。