GIS在巖土工程中的應用探析

李盛斌,閆竹玲

（延安大學建筑學院,陜西延安,716000）

我國經濟突飛猛進的發展，為工程建設帶來了前所未有的發展機遇，與此同時，信息數據隨之快速增長，這無疑加大了巖土工程工作人員的管理難度，而GIS憑借其良好的兼容特性和空間延伸特性，不僅可以大大改善了工作效率，節約了大量人力、物力，還可以有效解決巖土工程難題，雖然存在些許不足，但是其應用效果和發展態勢良好，需要我們不斷創新加以完善。

1 GIS概述

1.1 簡介

GIS是地理信息系統的簡稱，是一項極為重要且特定的空間信息系統，但當下并未形成統一定義，本文理解如下：GIS屬于技術系統范疇，是在計算機硬件系統和軟件系統的共同支持下，采集地球中部分或整個表層空間內分布的地理數據，并加以存儲、管理、運算得出分析結果，然后將其顯示和描述出來。其作用對象既包括地理空間中的實體數據，如屬性、圖形、空間定位、遙感圖像等多種數據，也包括數據間的相互關系，其中數據主要用于分析特定地理區域間各種過程或者現象，然后通過數據處理解決較為復雜的管理、決策、規劃等問題。

1.2 我國GIS發展現狀

GIS在我國巖土工程中的應用始于20世紀80年代，經歷了解析、數字化、信息化三個測繪階段，而且隨著我國基礎建設的快速發展，特別是在鐵路、公路、跨海橋隧、大壩等大規模建設項目的推動下，GIS在巖土工程領域中的作用逐步攀升，不僅應用日益廣泛，而且為實現巖土工程信息化帶來了契機。當下GIS在巖土工程領域中的應用主要涉及獲取空間數據、巖土工程勘察、地下工程、地質災害評價、環境評價等多方面，其之所以能夠取得技術性突破，主要取決于日趨完善和成熟的GIS軟件系統，以及不斷提高的商用化程度，當下常用的GIS軟件多達400余種，國際市場中研發和供應GIS軟件的單位也不下300家，其中我國著名GIS軟件有MAP/ GIS、CITYSTAR、GEOSTAR等。

2 GIS在巖土工程中的應用

2.1 GIS在獲取空間數據中的應用

空間數據是地理空間位置、方向、形狀、大小、幾何拓撲關系的代表，是對現實世界的信息表達和分層，也是GIS技術的操作對象，有GIS“血液”之稱，因此獲取空間數據是實現GIS應用價值的根本前提，其通常有三種形式，即體方式、面方式和點方式，其中體方式主要有3D地震技術、CT掃描等；面方式主要有集成傳感、遙感、激光掃描、攝影測量、SAR / In SAR、地圖掃描數字化等；點方式主要有GPS技術、鉆孔勘探、工程測量、礦井測量等。當下GIS空間數據獲取的應用和發展趨向于三維空間分析和可視化研究。如在規劃甘肅省不同區域內公路工程的困難指數時，就綜合運用了遙感圖像和Arc-View技術建立了相應的數據模型，獲取了準確的空間數據和分析結果，從而為該項規劃提供了科學參考。

2.2 GIS在巖土工程勘察中的應用

長期以來，我國巖土工程勘察一般以鉆探為主，并結合技術人員的自身經驗推測勘察情況，然后根據勘探點的深度和密度獲取相應的勘探結果，但是自然環境相對復雜，難以預測，致使勘察信息既有限又有誤，大大降低了勘探精度和廣度，嚴重制約著巖土工程勘探管理水平的提高。而GIS的應用推動了巖土工程勘察地理信息系統的建立，打破了傳統勘察模式的局限性，大大提高了工程勘察效率和質量。

巖土工程勘察地理信息系統通常分為數據錄入、運用軟件、二次開發、運行系統四個階段，具體而言就是以GIS為平臺，將先前獲取的大量鉆孔信息輸入到相應的軟件中，然后利用軟件功能就勘察的每個作業環節進行設計，并通過接口數據文件暢通數據傳遞，實現區域內各專業以及設計部門之間的數據共享，從而強化彼此間的溝通與協作，既能提高工作效率，節約時間和人力，又可以提高勘察結果的精確度，。該系統不僅可以描述勘察區域內巖土工程的基本情況，而且具有分類存儲、綜合統計、查詢檢索、實時處理等功能，工作人員可以通過雙向查詢屬性和圖形，獲取空間數據分析結果，從而為區域規劃、勘察設計等決策提供科學的參考依據，如該系統為大慶油田進行區域規劃、地下輸油管道防腐、化工項目選址、地層模型等帶來了顯著效益。由于巖土工程勘察的信息資源十分寶貴，利用價值很高，特別是能夠重復利用，而GIS系統能夠有效存儲和管理龐大的信息資源，從而為共享地理信息奠定基礎。

2.3 GIS在地下工程中的應用

隨著社會進步和科技發展，人類工程活動不再僅停留在地表范圍，而將其延伸到了地下，如地下商場、地鐵、地下礦山、過江隧道等地下工程，而且對地下空間和資源的利用廣度和深度逐漸加大，但是該類工程的隱蔽性較強，涉及的數據多而雜，此時基于GIS系統的USIS（地下空間信息系統）應運而生，它的誕生和應用促使GIS的優勢得以真正發揮。當下USIS主要被應用于城市地下空間規劃，就是利用USIS了解地下空間現狀及其發展空間，從而控制發展規模，合理安排空間布局，確定其交通形式等。此外還可利用USIS強大的信息資源和管理功能，用于分析和規劃地下管網空間，以免因施工建設不當引發不必要的事故和損失。

雖然USIS起步較晚，尚未得到廣泛應用，但是利用三維USIS可以通過采集和存儲地質勘查、城市規劃等各種分布于地下空間的地理信息，并加以管理和分析，對地下巖土工程信息進行動態、綜合管理，從而提高地下空間數據的可視化程度，為巖土工程勘察、城市規劃等提供重要的決策依據，可見USIS發展和應用前景十分廣闊。

2.4 GIS在地質災害評價中的應用

2.4.1 地震

地震災害突發性很強，難以預測，是破壞性最大的自然災害，雖然世界各國一致致力于研究監測和預報地震，但尚未取得實質性進展，但是當下部分專家學者嘗試選擇利用GIS研究在不同震感程度下建筑物結構的損害程度，以及管網抵抗地震的能力，如基于GIS的地震損失預測和火災蔓延模型，融合先進的GIS和地震研究成果形成的四川省地震災害預測與評估系統等，該系統可以科學預測和評估地震影響力，從而為救災工作和恢復重建提供有力依據。

2.4.2 砂土液化

砂土液化原因眾多，且與空間位置聯系密切，因此引入GIS十分必要，國外學者基于GIS系統，分析砂土液化的歷史因素和地理因素，獲取了大量信息，然后借助相關軟件加以處理，最終劃分出六個圖層，提高了砂土液化管理的透明度，也引導同行記載了更多相關信息，以此有效規避砂土液化問題。我國在研究砂土液化時，利用GIS系統Map Info分析典型路段的液化信息，由此得出液化危害性分布圖，以及不同危害程度的圖像，而且得到了很多有效的分析數據，因此在砂土液化研究中引入GIS不僅可行而且適用性良好。

2.4.3 滑坡

滑坡群和類型多種多樣，雖然都是由意外因素引起的，會造成一定的危險，但彼此間相對容易區別，且在速度和時間上存在差異，該種自然災害也和空間位置聯系密切，而利用GIS系統可以記錄大量災害信息，并分析滑坡原因，根據統計和分析結果半定量或定量評價災害范圍，并得出滑坡災害的危險系數。其實多數情況下，科學家普遍利用GIS中的DEM技術，模擬滑坡的位置及形式，并將其以圖形和圖像的形式展示出來，或者利用數字模型，勾繪山脊和溝谷的界線，同時借助切坡面信息，對滑坡災害深層做出評價。概括的講，就是利用GIS分門別類的管理和分析滑坡災害信息，提前評估滑坡風險，并對其生成因素、影響程度、與周邊環境的關系等進行分析。

由于自然災害發生頻繁，其破壞性影響不容忽視，應高度重視防災減災工作，而GIS在評價地質災害中的應用效果顯著，因此應充分利用GIS系統，挖掘災害影響因素，在災害易發地建立綜合模型，用于監測災害和預報災害，以此為緊急部署和救援工作提供科學依據。

3 GIS在巖土工程中的發展趨勢

3.1 硬件

立足于當下巖土工程對GIS系統的新需求，以及GIS的些許不足而言，未來的GIS工作狀態和環境會有所改善，像分布式計算機環境、手指跟蹤和虛擬現實技術等的發展會促使相關問題研究更為快捷、簡便而科學。

3.2 軟件

三維GIS應該是未來的研究熱點，行業標準、三維地質代碼等得到統一和完善，從而實現數據資源共享，像人工智能、信息論、神經網絡、專家系統等多種模型會相繼建立，以此提高三維GIS在巖土工程中的應用價值。

3.3 3S集成

綜合運用GIS、GPS和RS的3S集成應是未來的研究熱門和重點技術，且當下GIS和RS以完成無縫結合狀態，但是相信在不久的將來必將會實現GIS、GPS和RS的完美集成，切實解決巖土工程中的難題。

4 結束語

總之，GIS在巖土工程領域的應用日益廣泛，作用也不斷凸顯，不僅利于巖土工程作業效率和作業質量的提高，還可以獲取和積累大量地理信息數據，為巖土工程勘察、災害評價、城市規劃等提供有力的參考依據，因此GIS在巖土工程的應用和發展前景尤為廣闊。

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