巖土工程勘察數字化技術應用探討

張紅儒

摘要：隨著計算機信息技術的發展，巖土工程勘察數字化技術逐漸得到廣泛應用。在分析了傳統勘察技術的不足，并介紹了巖土工程數字化勘察技術，在此基礎上重點分析討論了數字化勘察技術實現應用的關鍵技術，對于進一步促進巖土工程數字化勘察技術的研究和應用具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：巖土工程；數字化勘察；應用方法

中圖分類號：TU198+.2

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)13-0298-01

1引言

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，巖土工程技術人員較難直接利用它們再去分析場地中工程地質參數的分布規律，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、靜態的表達，這種表達描述空間構造起伏變化的直觀性差，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，也就越來越不能滿足工程的空間分析要求。

隨著計算機圖形處理技術的完善，已經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、巖土工程地質解釋以及空間分析和預測、地學統計和圖形可視化的一體化系統，繼而發展成為現代化、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行簡單的探討，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題

(1)勘察資料過于地質化。

由于部門長期的條塊分割，勘察、設計分散作業，加之巖土工程規范制定和新技術、新方法應用的滯后，以及專業設置過細，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轉化率較低，造成許多不應有的浪費和損失

(2)數字化地圖與數字化設計系統間不夠貫通。

地形圖是設計系統的底圖或稱基礎數據，由于數字化地圖中的某些環節技術條件不成熟，與CAD設計軟件的接口不匹配，很難順利實現對接，設計系統不得不重新將勘察資料數字化，影響了設計系統CAD的推廣應用。

(3)勘察信息數字化程度低。

勘察部門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。這一方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數字化勘察技術概述

數字化巖土工程勘察是指應用當代測繪技術、數據庫技術、計算機技術、網絡通信技術和CAD技術，通過計算機及其軟件，把一個工程項目的所有信息(勘察、設計、進度、計劃、變更等數據)有機地集成起來，建立綜合的計算機輔助信息流程，使勘察設計的技術手段從手工方式向現代化CAD技術轉變，作到數據采集信息化、勘察資料處理數字化、硬件系統網絡化、圖文處理自動化，逐步形成和建立適應多專業、多工種生產的高效益、高柔性、智能化的工程勘察設計體系。該技術體系用系統工程觀點，把勘察、設計的圖紙、圖像、表格、文字等以數字化形式存貯，供各專業設計使用。

3數字化巖土工程勘察應用實現的關鍵技術探討

3.1巖土工程數字化建模方法

巖土工程地質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精確的表示出工程地質體的外表面來表示均質地質體的建模方法，也是目前廣泛使用的建模方法。表面模型法的數據來源是通過測點獲得的一系列離散的測點資料，包括測點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體界面。可以抽象為把一系列同屬性的點按照一定的規則連接起來，構成網狀曲面片，進而確定整個地質體的空間屬性，有很多方法用來表示表面，常用的方法主要有數學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、規則格網法、等值線法、不規則格網法等，其中不規則格網法是本系統選用的模型表示法，將做詳細分析討論。

不規則格網法(TIN)是將區域內有限個點將區域劃分為相連的三角面網絡。區域中任意點落在三角面的頂點、邊上或三角形內，如果任意點不在頂點上，則該點的數字屬性值通常通過線性插值的方法得到(在邊上用邊的兩個頂點的高程，在三角形內則用三個頂點的高程)，所以TIN是一個三維空間的分段線性模型，在整個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，這里采用一個簡單的記錄方式是：對于每一個三角形、邊和節點都對應一個記錄，三角形的記錄包括三個指向它三個邊的記錄的指針，邊的記錄有四個指針字段，包括兩個指向相鄰三角形記錄的指針和它的兩個頂點的記錄的指針；也可以直接對每個三角形記錄其頂點和相鄰三角形。每個節點包括三個坐標值的字段，分別存儲X，Y，Z坐標。這種拓撲網絡結構的特點是：對于給定一個三角形，查詢其三個頂點屬性和相鄰三角形所用的時間是定長的。它在沿直線計算地形剖面線時具有較高的效率，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數字化巖土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空間數據，數據來源包括：

(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。

(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勘探資料。

經過篩選、處理的各勘探點包括地理、環境、土的物理力學指標在內的所有信息。

各類建筑場地的地層信息，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步驟實施構建：

①巖土工程勘察數據庫的概念模型設計。

巖土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數據密集、處理復雜的數據庫應用問題，為了能獲得反映信息世界的概念性數據模型，將與實體和聯系相關的功能與行為剝離出來，僅從現實世界中實體的數據側面來建立模型即研究數據對象與屬性及其關系，并在此基礎上建立相對應的數據庫表結構。

②數據庫建立實現。

巖土工程一體化系統的數據有三類：用戶輸入的原始數據、系統生成的中間數據及最終數據。原始數據由測點數據組成，而測點數據又由測點幾何屬性數據(位置)和測點信息屬性數據；中間數據包括根據原始數據系統自動生成的地層層面等值線模型、三維表面模型、剖面模型等，根據這些模型可以生成用戶需要的各種圖件，還可以進行各種信息查詢操作；最終數據種類繁多，主要是根據用戶需要由中間數據生成，包括圖形資料和文檔資料(如地質勘察報告等)。

4結語

對巖土工程勘察方法實施改進，逐步過渡到數字化勘察技術，并推廣其廣泛應用，這是勘察工程發展的必然趨勢，但是這其中還有一段很長的路要走，不僅僅是因為其中還有一些關鍵技術問題尚未完全攻克，而且我國目前在數字化勘察、勘探方面的專業人才也很匱乏，因此，必須加大數字化巖土工程勘察技術人才的培養，并加快該技術的研究應用，以真正實現巖土工程的數字化勘察的廣泛應用。