關(guān)于烏魯木齊城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)建立的設(shè)想

趙新平（烏魯木齊市城市勘察測繪院 烏魯木齊 830000）

關(guān)于烏魯木齊城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)建立的設(shè)想

趙新平
（烏魯木齊市城市勘察測繪院 烏魯木齊 830000）

巖土工程地質(zhì)勘察報告資料是城市建設(shè)所必須的基礎(chǔ)資料，開發(fā)利用這些多年積累的巖土工程地質(zhì)勘察報告資料檔案，通過現(xiàn)代信息技術(shù)手段，加以利用，建立烏魯木齊城市巖土工程勘察地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，用計算機手段加以管理，建立城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)，可避免城市建設(shè)中重復(fù)勘探，節(jié)約資金、縮短建設(shè)工期以及為烏魯木齊地方規(guī)范的編制提供依據(jù)。

巖土工程 勘察 信息系統(tǒng) 勘察報告 電子文檔

單體巖土工程地質(zhì)勘察報告資料不僅是城市建設(shè)所必須的基礎(chǔ)資料，同時也是城市地下空間開發(fā)利用的重要資料。這些多年積累的勘察報告多已成為歷史檔案，開發(fā)利用這些多年積累的城市建設(shè)單體巖土工程地質(zhì)勘察報告資料檔案及相關(guān)建設(shè)檔案，為城市規(guī)劃選址、或初步勘察提供技術(shù)依據(jù)；同時為避免城市建設(shè)重復(fù)勘探節(jié)約資金、縮短建設(shè)工期提供依據(jù)；這些檔案的有效利用，還可為烏魯木齊地方規(guī)范的編制提供依據(jù)。如將這些檔案中的單體巖土工程地質(zhì)勘察報告通過現(xiàn)代信息技術(shù)手段加以利用，建立烏魯木齊地區(qū)巖土工程勘察地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，可為城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)建立提供依據(jù)。

城建檔案保存積累的建筑工程檔案的數(shù)量眾多，城建檔案中的地形圖、基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地震地質(zhì)、基坑驗槽記錄、地基處理記錄等種類文件資料繁多，如將這些文件資料檔案制成Excel電子表格，再轉(zhuǎn)化為Oracle數(shù)據(jù)庫，采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)手段，將這些信息文件存儲到計算機里，制成電子文檔，為烏魯木齊城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)建立奠定基礎(chǔ)，人們通過計算機技術(shù)迅速查詢到可用信息。1998年11 月11日，烏魯木齊市城市勘察測繪院和烏魯木齊市城建檔案館雙方簽訂協(xié)議，測繪院提供數(shù)字化地形圖、檔案館提供勘察報告及上述有關(guān)檔案資料，共同開發(fā)建立烏魯木齊城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)項目。以下是工作中對該項目建設(shè)的一些設(shè)想：

1　烏魯木齊城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)項目建立的歷史回顧

為滿足烏魯木齊市城市規(guī)劃和建設(shè)的需要，自1958年起，有關(guān)部門開始編制烏魯木齊工程地質(zhì)圖。1960年前后，以烏魯木齊舊市區(qū)為中心，進(jìn)行了大面積的城市規(guī)劃工程地質(zhì)勘察，勘察面積200 km2，其成果精度不高，只能作為參考。1972年在原有工程地質(zhì)資料及人防地道資料的基礎(chǔ)上，又著手進(jìn)行城市工程地質(zhì)圖的編制，由于技術(shù)力量薄弱，資料不足，編圖工作緩慢，沒有完成一幅可供使用的城市工程地質(zhì)圖。

1988年12月，新疆地礦局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊、第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊、遙感站完成了比例尺1∶50000《新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市城市綜合勘察報告》，該成果主要涉及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境水文地質(zhì)專業(yè)，工作范圍包括市區(qū)及部分外圍地區(qū)，面積1 489 km2，涉及米泉、頭屯河、烏魯木齊及西山煤礦等四個1∶50000比例尺的國際分幅，共投資地勘費370萬元。使烏魯木齊地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境水文地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)等方面取得了重要進(jìn)展，首次對市區(qū)進(jìn)行了區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價。

該成果為城市建設(shè)和規(guī)劃、水資源及礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)和國土資源開發(fā)和整治等提供了多方位基礎(chǔ)地質(zhì)資料。該項成果緊密結(jié)合烏魯木齊城市工作的特點和要求，首次編篡的地質(zhì)系列圖件及說明書，是一項開拓性工作。

21世紀(jì)，城市建設(shè)日新月異，傳統(tǒng)的工程地質(zhì)檔案資料以人工為主的開發(fā)技術(shù)、手段和落后的工程地質(zhì)檔案資料管理模式已不能適應(yīng)城市建設(shè)要求。工程地質(zhì)勘察的對象是經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)歷史年代而生成的地質(zhì)體，而地質(zhì)體的性狀、特征與地理位置有關(guān)，因此，將GIS技術(shù)應(yīng)用于工程地質(zhì)檔案開發(fā)，建立巖土工程地質(zhì)信息系統(tǒng)，已成為工程地質(zhì)檔案資料開發(fā)工作的重點，可以有效地管理、方便地利用和靈活地處理工程地質(zhì)資料，為規(guī)劃設(shè)計提供建設(shè)場地工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)資料，它還便于進(jìn)行工程地質(zhì)科研和地區(qū)經(jīng)驗的總結(jié)。充分開發(fā)利用工程地質(zhì)信息資源，可以減少人力、物力、財力的浪費，會產(chǎn)生明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

烏魯木齊市有獨特的地形地貌特征及地層分布，通過工程地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)分析，開展城市土體（如黃土狀粉土、卵石、角礫等）工程地質(zhì)特征及其分布規(guī)律研究、地基持力層的研究，掌握城市工程地質(zhì)條件。挖掘數(shù)據(jù)，把握規(guī)律，進(jìn)行工程地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)庫分類，可有利于發(fā)揮地理信息系統(tǒng)的功能。

目前，沒有任何單位和個人對烏魯木齊市建筑物地基與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行過系統(tǒng)開發(fā)和深入研究，因此開發(fā)工程地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)庫，利用工程地質(zhì)檔案地理信息系統(tǒng)開展信息咨詢，十分必要。

2　烏魯木齊城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)項目目標(biāo)實現(xiàn)的功能

（1）該信息系統(tǒng)應(yīng)具有單體巖土工程勘察報告顯示功能。將單體巖土工程勘察報告制成電子文檔，內(nèi)容包括擬建物性質(zhì)、規(guī)模、屬性等，其中勘探點地理坐標(biāo)位置與城市獨立坐標(biāo)一一對應(yīng)，電子文檔格式制定應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件及所建立的標(biāo)準(zhǔn)層，以便轉(zhuǎn)化為Oracle數(shù)據(jù)庫，保證烏魯木齊市地質(zhì)數(shù)據(jù)的完整性。電子文檔中還包括勘探點的地層名稱、厚度、物理力學(xué)指標(biāo)、水和土的腐蝕性指標(biāo)等。

（2）該信息系統(tǒng)應(yīng)具有地下空間信息查詢功能。應(yīng)能反映區(qū)域內(nèi)勘探點的坐標(biāo)位置、分布，地層分布狀況，各層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，持力層狀況；可自動生成剖面圖；可利用專家思維，建立巖土工程勘察報告模板，自動生成勘察報告等。

（3）該信息系統(tǒng)應(yīng)具有地下三維顯示功能。應(yīng)具有地下三維游覽顯示，可直觀反映地層的動態(tài)變化。引進(jìn)三維數(shù)據(jù)管理和可視化技術(shù)，建立三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，探索保證巖土工程地質(zhì)勘察檔案實際材料圖精度方法，開發(fā)利用巖土工程地質(zhì)勘察檔案數(shù)據(jù)，完成三維可視化的地質(zhì)信息決策平臺。

（4）該信息系統(tǒng)應(yīng)具有地下空間地質(zhì)專項圖分析功能。可建立多層圖幅管理功能，應(yīng)能管理工程地質(zhì)分區(qū)圖、地下水等值線分布圖、地震斷裂帶分布圖、地下采空區(qū)及人防地道分布圖。

3　實現(xiàn)烏魯木齊城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)項目所應(yīng)具有的資料

（1）城市大比例尺數(shù)字化地形圖（1∶500-1∶5000數(shù)字化圖）。烏魯木齊市電子版的不同年代的各種比例山區(qū)、城區(qū)地形圖、衛(wèi)星影像圖、新建各類電子版工程竣工地形圖，主要由城市測繪勘察院提供。

（2）城市建設(shè)多年積累的工程地質(zhì)勘察報告。各類巖土工程地質(zhì)勘察報告、基坑驗槽記錄、基礎(chǔ)設(shè)計圖，主要由城建檔案館提供。

（3）區(qū)域地質(zhì)背景資料。包括：基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)圖、地震斷裂帶資料、采空區(qū)分布資料、地下管線資料等，此項資料應(yīng)到有關(guān)地礦部門搜集。

4　實現(xiàn)烏魯木齊城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)項目方法

（1）選用ArcGIS或其他屬于地理信息系統(tǒng)軟件，并且具有下列基本功能：

①該系統(tǒng)軟件應(yīng)包括單體巖土工程勘察報告內(nèi)容，應(yīng)結(jié)合烏魯木齊地區(qū)地層標(biāo)準(zhǔn)層，制定錄入電子格式；還應(yīng)包括各類專題圖的自動生成格式。

②上述城建檔案中的地形圖、基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地震地質(zhì)、基坑驗槽記錄、地基處理記錄等文件資料，整理成表格、圖幅形式，分別錄入計算機系統(tǒng)軟件之中。

（2）實現(xiàn)該信息系統(tǒng)技術(shù)路線如下。

①工程地質(zhì)勘探點（鉆孔）數(shù)據(jù)質(zhì)量分析；

②建設(shè)Excel建筑工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫；

③開展建筑物巖土體工程地質(zhì)特征及其分布規(guī)律的研究，進(jìn)行建筑地基分區(qū)和數(shù)據(jù)庫分類；

④把Excel電子表格轉(zhuǎn)化為Oracle數(shù)據(jù)庫，確定典型工程地質(zhì)鉆孔；

⑤建設(shè)工程地質(zhì)檔案地理信息系統(tǒng)，完成三維地質(zhì)建模工作；

⑥編勘探點（鉆孔）平面分布圖；編制水平比例尺1∶25000萬，垂直比例尺1∶1000的典型二維工程地質(zhì)剖面圖；典型地段工程地質(zhì)三維剖面圖；建筑物地基土分區(qū)圖；編制土層波速試驗數(shù)據(jù)圖；編制波速試驗等值線圖。

（3）實現(xiàn)該信息系統(tǒng)主要采用的是聚類分析法：

工程地質(zhì)檔案信息聚類分析的每一個階段都和原始變量發(fā)生聯(lián)系，而不是和變量的某種線性組合發(fā)生聯(lián)系，因而便于直觀的研究原始變量的作用，聚類分析的結(jié)果便于進(jìn)行工程地質(zhì)解釋。

聚類分析是用一定的數(shù)學(xué)方法，將鉆孔按照彼此相近的程度進(jìn)行分類。表示鉆孔相似程度的統(tǒng)計量及計算方法。

①表示兩大類相似程度的統(tǒng)計量，聚類分析要求能求出表示鉆孔之間相似程度的數(shù)字指標(biāo)，用這種數(shù)字指標(biāo)能把相似的鉆孔歸一類。按照計算數(shù)字指標(biāo)的基本思路，表示相似程度的統(tǒng)計量可分為兩大類：一類是把鉆孔看作多維空間中的點，用點之間距離表示鉆孔之間的親疏關(guān)系（一般用d表示距離系數(shù)），距離越小表示關(guān)系越密切，距離越大表示關(guān)系越不密切；另一大類是用相似系數(shù)表示（cosθ是相似系數(shù)），相似系數(shù)愈大，關(guān)系愈密切。

②距離系數(shù)的計算方法，設(shè)有N個鉆孔，每個鉆孔有V個變量。如果我們把鉆孔看作V維空間中的點（V為鉆孔的變量個數(shù)），則第i個鉆孔與第k個鉆孔在V維空間中的距離為：

式中，Xij為第j個變量的觀測值；N為鉆孔數(shù)目；V為變量數(shù)。i=2，2，…，N，j=1，2，…，V。

③相似系數(shù)的計算方法：設(shè)有N個鉆孔；每個鉆孔有V個變量。我們可將每個鉆孔看作V維空間中的一個向量，兩個鉆孔之間的相似程度可由兩向量間夾角的余弦來表示，cosθ系數(shù)稱為相似系數(shù)，cosθ系數(shù)的公式為：

式中，i，p=1，2，…，N，i，p為被比較的兩個鉆孔；N為鉆孔總數(shù)；X為鉆孔的觀測值。

如果cosθ值趨近于1，表示鉆孔i與鉆孔P之間的差別很小，近于相似；如果cosθ=1，則表示兩個鉆孔完全相似。cosθ值愈小，表示兩個鉆孔之間的差別愈大，cosθ值等于零，則表示兩個鉆孔完全不一樣，cosθ值為負(fù)值時，則表示負(fù)相關(guān)。

（4）相關(guān)系數(shù)的計算方法，相關(guān)系數(shù)r用下式計算：

式中，j，K=1，2，3，……V，為變量編號；N為鉆孔數(shù)；r的取值范圍是0≤|r|≤1。

5　實現(xiàn)該信息系統(tǒng)所需經(jīng)費項目內(nèi)容

（1）計算機系統(tǒng)軟件開發(fā)。

（2）抄錄、審核人員工資。

（3）必要的計算機設(shè)備。

（4）為驗證該資料的真實性及盲區(qū)補充資料，所必須的勘探費用。

6　人員組織

成立編圖小組機構(gòu)，設(shè)抄錄人員3～4位，計算機軟件錄入審核管理人員1～2位。設(shè)項目主持人1～2位，負(fù)責(zé)確定巖土工程地質(zhì)檔案數(shù)字化及其應(yīng)用課題研究的目標(biāo)、技術(shù)路線、研究內(nèi)容；對所有研究項目進(jìn)行指導(dǎo)，制定課題研究周期；負(fù)責(zé)計算機地質(zhì)地理信息系統(tǒng)軟件的引進(jìn)。設(shè)項目負(fù)責(zé)人1～2位，負(fù)責(zé)工程地質(zhì)勘察報告的復(fù)印、抄寫、錄入、統(tǒng)計工作；進(jìn)行城市工程地質(zhì)環(huán)境和建設(shè)工程相互影響問題的研究編輯工作；負(fù)責(zé)工程地質(zhì)分區(qū)和比例尺1∶2.5萬工程地質(zhì)編圖的研究工作。聘請專家顧問3～5位，主要為城市規(guī)劃、工程地質(zhì)、建筑工程、地震工程專業(yè)的長期工作專家。

7　結(jié)束語

1998年11月11日，烏魯木齊市城市勘察測繪院和烏魯木齊市城建檔案館雙方簽訂協(xié)議，由測繪院提供數(shù)字化地形圖、檔案館提供勘察報告及其它有關(guān)檔案資料，共同研究開發(fā)建立烏魯木齊城市巖土工程勘察信息系統(tǒng)項目。當(dāng)時由于受軟件技術(shù)發(fā)展水平的限制，曾于2003年一度停止，后于2009年10月開始，該項目繼續(xù)進(jìn)行至今。目前，計算機已錄入完成了9千多份勘察報告，約3.5萬多個勘探點。項目順利開展，爭取早日編制出烏魯木齊地區(qū)工程地質(zhì)分區(qū)成果圖。

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［2］梁師俊.巖土工程地質(zhì)勘察數(shù)字化技術(shù)與實現(xiàn)［D］.浙江工業(yè)大學(xué).2006.04.

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收稿：2016-04-06

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.04.005