巖土工程勘察設計中CAD與GIS系統應用研究

【摘 要】工程地質調查與測繪、土試樣采取、原位測試、現場檢驗等巖土工程勘察是水利、道路、建筑、橋梁等工程設計與施工的重要基礎，因而巖土工程勘察設計就變得尤為重要。本文在對巖土工程勘察設計中所用到的CAD與GIS進行比較的基礎上，找到CAD與GIS應用的結合點，從數據信息庫建立與相關平面圖的編制方面研究二者的應用，旨在對成圖效果加以提升。

【關鍵詞】巖土工程；勘察設計；CAD；GIS

如果巖土工程勘察不利，就會暴露出工程地質不良的問題，不管工程結構的上部設計再優質再完善，也會對工程質量留有嚴重的質量安全隱患。多種形式與不同規模的工程施工都或多或少對地質條件帶來一些影響作用，而地質構造的不同也會影響工程施工的進程與質量。進行巖土工程勘察的目標通常是弄清工程項目的地質條件，研究其存在的地質問題，并對其加以正確評價。在巖土工程勘察設計真中經常會用到CAD系統與參考GIS系統，如何將二者有效結合就成為當前設計的技術難題，需要在對比分析的基礎上，對其實際應用加以研究。

1.CAD與GIS的概述

1.1 巖土工程勘察中的CAD系統

計算機輔助設計（Computer Aided Design）系統是美國Autodesk公司在上世紀八十年代開發，在多年的改進與完善過程中，已經在建筑、電氣、城市規劃、園林設計、機械設計等多個領域得到較為廣泛的應用。現階段以CAD系統而研制的巖土工程勘察軟件、治理設計計算軟件、勘察現場原位測試軟件、地質測繪軟件等方面也較為齊全，可廣泛用于巖土工程的勘察、設計、實驗、測繪等工作上。1.2巖土工程勘察設計中GIS系統地理信息系統（Geographic Information System）是新近研究的應用系統之一，于空間位置信息資料管理方面具有獨特的優勢，因而被推廣與應用在城市規劃、農業生產、能源配置、交通建設、巖土工程、地籍測繪等領域當中。就巖土工程勘察設計而言，盡管GIS系統應用時間較短，然而其具有較快的發展速度。

2.巖土工程勘察設計中CAD與GIS的對比

CAD系統是現階段亞粘土工程勘察設計中應用較為廣泛、技術研發較為深入的軟件，而GIS在計算機硬件與軟件的輔助下，對地球表層空間的地理分布信息加以收集、儲存、管理、運算、分析、顯示并描述。在巖土工程勘察設計中，CAD與GIS不但具有共同點，而且還存在一些不同點。

2.1 二者的共同點

通常二者的共同點體現在：它們都具備有效處理平面或者立體地理圖形的能力。以ARC/INRO中的TIN模塊為例，TIN模塊可以專項進行地表模型生成、顯示、分析等一系列操作，通過產生不規則的三角網，對地表模型進一步處理，還可以對立體化的地表模型加以顯示分析，像三維渲染、剖面提取、土方挖填與計算等。在現階段，CAD與GIS系統當中都設置了一些具有強大功能的數據庫管理模塊，能夠有效對信息數據進行管理分析，其中有些是根據客戶機制內容來設計的，因而就可為很多客戶搭建數據資源共享的數據信息庫。

2.2 二者的不同之處

2.2.1 體現的主要功能

運用CAD應用軟件能夠設置獨立的地理坐標體系，并可以有效對地理坐標進行轉換，然而其在地圖處理概念與功能方面存有缺陷，在巖土工程勘察設計中，CAD系統的功能除建立數據庫來管理數據之外，并以圖形、圖像的形式將結果表現出來，由于其不必對地圖及其對應屬性加以綜合化管理，因而就不用設置較為復雜的查詢與疊加功能；GIS系統具備了良好的地圖數據處理、數據庫管理、圖像疊加等能力，然而在輔助設計方面存有較大缺陷。

2.2.2 連接能力

一般而言，CAD系統與數據庫間僅有初步的連接，這就造成了很難將數據屬性以及對應的地理試題融入CAD系統；而采取GIS系統可以一同處理空間數據與屬性數據，如在用戶對一些空間數據進行修改時，GIS系統就會對有關屬性數據進行適當調整。

2.2.3 分析能力

CAD系統在分析能力的缺乏使其很難對多數空間問題進行處理，如方案設計、巖土工程勘察設計中綜合評價工作，并且CAD系統并不能按照空間關系查詢，來對多幅圖進行空間運算；GIS的基本功能就是對空間數據信息的處理分析，因而其具有較強的空間問題解決能力、綜合評價能力以及預察功效。

3.巖土工程勘察設計中CAD與GIS應用研究

3.1 歷史數據庫建立階段

在一定時期內勘察企業所要進行勘察設計的工程項目當中，部分工程項目是鄰近的，甚至還會出現在同一場地的狀況，這就說明一些在外業勘察中所得到的數據或者由室內試驗所得到的數據是可以當成經驗數據重復使用的。然而，在現階段，很多工程的勘察數據通常是以紙質資料的方式進行查詢的，對查詢工作造成諸多不便，對數據資源的有效利用帶來阻礙。可以綜合應用CAD與GIS系統，建立與不斷更新巖土工程勘察數據庫，將全部數據都錄入數據庫當中，便于進行數據的查詢與應用，從而有效開展數據的查詢工作，如采用ArcGIS、MapGIS軟件，新建一個點形式文件來對勘察位置的信息記憶存儲，其后把每個勘察點的屬性信息輸入到數據庫，這樣全部勘察點就能夠于同一地圖上進行顯示，再GIS系統所具備的拓撲分析功能，就可以有效查詢到某些區域內的歷史資料，在調出工程編號信息的基礎上，取出以往的歷史資料來參考巖土工程勘察設計。

3.2 平面圖與地質剖面制作方面

在巖土工程勘察設計中，所用平面圖的設計大多是通過CAD系統來制成的，其實質就是發揮CAD系統點、線、填充圖案等來實現繪圖的；應用GIS系統，經系統的渲染處、色彩填充等處理來表現地勢高低起伏、地形、地貌等特征，讓成圖更加形象具體，并且還可實時地各地物特征進行查詢。地質剖面圖作為巖土工程重要數據組成成分，對工程施工有著積極的借鑒意義。

3.3 CAD數據與GIS數據之間的有效轉換

在巖土工程勘察設計當中，大部分的圖形資料采用CAD數據格式進行儲存的，要想將這些圖形文檔在GIS系統得到有效處理，就應該對CAD與GIS的圖形數據格式進行有效轉換。當前普遍用到的轉換方法為，在充分運用GIS軟件平臺自帶數據轉換功能的基礎上，在GIS系統中直接融入CAD數據。然而這種方法還在一些方面存有缺陷，需要采取有效對策加以改善，例如在轉換過程中會出現圖形要素丟失、變形或者相關屬性信息缺乏等問題，上述數據轉換問題可以通過應用FME軟件得到妥善處理。FME空間數據操作引擎，能夠有效對空間數據進行提取、轉換、加載等操作，從而達到不同圖形數據格式之間相互轉換的目的。

4.結論

綜上，因GIS 與CAD 系統具有共同之處， 并且GIS 專業軟件與傳統巖土勘察軟件相比，在勘察數據的存儲管理、地圖可視化效果及勘察點及建（構）筑物空間分析功能等優勢明顯，所以，將CAD 與GIS 結合起來，應用與巖土勘察查設計中是有效的技術措施，從而增加勘察設計的效率，提升成圖效果。

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