工程勘察信息系統的應用性研究

■趙　輝（山東省第一地質礦產勘查院山東濟南250013）

工程勘察信息系統的應用性研究

■趙輝
（山東省第一地質礦產勘查院山東濟南250013）

工程勘察信息系統是基于GIS平臺建立的信息管理系統，主要包括圖形、圖像處理、數據庫管理、空間分析、三維建模及虛擬現實等主要功能，本文通過工程勘察信息系統在工程勘察項目中應用的研究成果，介紹了該系統在大型或大區域工程勘察項目的應用前景，并結合工程實驗實例介紹了其應用方法。

信息系統工程勘察應用

1　項目的應用目標

（1）對各類勘探數據進行管理、數據處理、圈定地質體，采用三維圖形顯示地質體，提高勘探工作的整體水平，也為工程建設提供了科學的依據。另一方面，如果將已有的勘探資料進行處理、建立地面及地下三維模型，也將會對今后的工程勘察的規劃提供依據。

（2）對已有的勘察信息的利用。該系統可對已有的工程勘察信息進行管理、開發和利用。對區域性勘察區原有的數據進行處理和利用可節約大量的資金和時間。

（3）在新工程中的應用。在新開展的工程勘察項目中對所獲取的勘察數據進行管理，建立數據庫。這些數據包括地面地理、地質調查數據、工程部署、鉆孔、鉆井、巷道、取樣位置及分析數據等進行管理，

（4）生成各類工程圖件，如地質圖、鉆孔柱狀圖、剖面圖、工程平面圖及各種專題研究圖。

（5）生成動態的地下三維剖面圖、立體圖、平剖圖、地質體塊段圖，同時獲取相應塊段的分布、體積、走向等參數，模擬巷道動態穿越、井巷建設情況，為后期工程建設提供依據。在城市中應用時也可結合其他軟件建立城市三維景觀系統。

2　系統結構

系統由數據管理模塊、二次開發的數據轉換接口模塊和三維圖形處理模塊構成（系統總體結構見圖1）。

圖1　系統結構圖

（1）數據管理模塊：由GIS系統平臺實現，采用分布式數據管理結構，建立地質工程勘察空間數據庫。主要有數據輸入、數據編輯、數據保存、數據處理、空間分析、數據檢索，數據輸出等功能。

（2）二次開發的數據轉換接口模塊：利用GIS系統平臺所提供的組件及函數庫，采用C++語言進行二次開發，一方面創建與三維平臺的接口，為三維平臺提供建模數據，另一方面利用GIS系統平臺建立格式化的各類專題圖，如鉆孔柱狀圖、地質剖面圖、地質圖等，

（3）三維圖形處理模塊：通過二次開發的數據轉換接口調用GIS系統空間數據庫的屬性數據建立三維模型。

3　系統的建立與運行流程

3.1系統建立

（1）利用GIS平臺為系統數據管理的基礎平臺，對地質工程勘察數據進行錄入、編輯和處理。在系統建設中系統平臺采用中地公司開發的MAPGIS-GTI軟件。

（2）利用GIS平臺Mapgis 6.7和三維平臺的二次開發接口及所提供的通用控件進行二次開發，實現兩個平臺的數據交換和數據與圖形的聯動。

（3）建立數據模板。由于不同的行業、不同的工程具有不同的圖形表現形式，因此可根據相關行業的要求建立數據模板，從而形成適合本行業要求的各類圖形數據，實現數據的專業化處理。

（4）以手動和自動兩種方式進行數據的三維建模。

3.2系統運行流程

（1）準備階段：收集施工區域內的地形、地理、交通、行政區劃、工程勘察、水文、地質等各類圖形資料，鉆孔空間位置、編錄資料，必要時還需收據航空、衛星圖片資料等。表數據按一定的格式建立表文件，圖形資料采用相關軟件進行矢量化。

（2）將圖層文件進行投影變換、誤差較正，并與屬性文件掛接。

（3）將圖層文件導入系統平臺，形成工程勘察系統的內部文件。

（4）利用系統和三維圖處理功能創建三維地質模型，利用GIS平臺生成各類工程圖件。

系統運行流程見圖2。

圖2　系統運行流程圖

4　系統功能

4.1數據管理

數據管理子系統主要實現對地理底圖、工程勘察所獲取的資料和成果、圖像等數據的錄（導）入、轉換、編輯、查詢等功能。

4.1.1數據建庫

圖形數據庫：可用掃描輸入、GPS輸入、全站儀輸入和文件轉換輸入等方法輸入圖形、圖像。

工程勘察數據庫：可用直接導入、手工輸入、數據轉換（支持屬性類數據的批量導入）等多種方法錄入。

4.1.2數據管理查詢功能

提供與試驗表類屬性數據與圖形數據的關聯存儲管理功能；提供對各種三維模擬結果、成果資料的存儲管理；提供各種基本信息及試驗結果等屬性信息的查詢；提供對多種成果圖件及統計分析表單等系統資料的查詢；對數據的統計功能。

4.2工程地質分析及應用

（1）生成與工程相關的工程平面布置圖、土層柱狀圖、巖石柱狀圖和工程地質剖面圖。

（2）生成各種等值線，包括地形等高線、地層等值線（層頂，層底，層厚）、第四紀土等值線（層底，層厚）、基巖面等值線、地下水位等高線及其他等值線等等。

（3）生成各種試驗曲線：如單橋靜探曲線、雙橋靜探曲線、動靜探曲線、波速曲線等。

（4）生成斷層剖析圖：當地層受斷層破壞時，可生成斷層剖析圖，動態顯示斷層不同方向切面，并可根據斷層的性質進行人為干預。

4.3三維地質結構建模及可視化

4.3.1建立三維結構模型

系統根據用戶選定的分析區域內的鉆孔分層數據自動建立起表達該區域地層空間展布特征的三維地質結構模型；對于地質情況比較復雜的區域，可通過用戶自定義剖面干預建模，處理夾層、尖滅、透鏡體等特殊地質現象。這一建模方法不僅大大降低了建模的繁瑣程度、節省了建模時間，又兼顧了模型的準確性，大大提高了建模效率。

4.3.2三維可視化表現功能

（1）系統提供對三維模型的放大（開窗放大）、縮小，實時旋轉、平移、前后移動等三維窗口操作功能，支持鼠標和鍵盤兩種操作方式。

（2）鉆孔數據的多種三維表現形式。提供對鉆孔數據立體散點表現形式及立體管狀表現形式。

（3）三維地質模型與鉆孔數據的組合顯示。采用不同的地層顯示模式和三種鉆孔顯示模式進行組合，可對某些感興趣的地層進行單獨顯示和分析。

4.4三維可視化分析功能

系統可提供多種空間分析、查詢功能。

（1）任意方向切割模型，包括斜切三維地質模型、水平剖切三維地質模型、沿復雜折線路徑剖切三維地質模型、切割感興趣的地層。

（2）立體剖面圖生成，可選擇多條剖切路徑對地質模型進行切割并可將剖面進行組合生成各種形式的立體剖面柵狀圖。

（3）鉆孔、地層三維拾取查詢，可通過鼠標拾取三維場景中的鉆孔、鉆孔土層及模型中的地層，查詢相應的鉆孔、鉆孔土層及地層信息。

（4）三維空間交互定位，利用鼠標操作仿真定位點在三維空間中的實時移動，可實時獲取定位點處的三維空間坐標值及巖性等地質屬性。

圖3　系統生成的實驗區基巖等高線圖

（5）三維空間量算功能，可計算指定范圍內地層的體積、面積。

4.5成果生成與輸出

4.5.1資料圖件輸出

輸出指定范圍內已有資料中的多種基礎平面圖圖件，包括本區基礎地理底圖、水系分布圖、地貌分區圖、地質圖、基巖地質圖、水文地質圖、工程地質圖等。

4.5.2表格數據輸出

提供對各類表格數據、報表的輸出。

4.5.3平面成果圖件生成

生成與鉆孔相關的鉆孔平面布置圖、柱狀圖、剖面圖。

生成各種等值線（彩色、填充…），包括地層等值線（層頂，層底，層厚）、第四紀土等值線（層底，層厚）、基巖面等值線等。

4.5.4三維地質模擬結果輸出

（1）立體剖面柵狀圖；

（2）針對三維地質模型的空間分析、量算結果；

（3）三維地質模型靜態效果圖；

（4）三維地質模型漫游動畫。

圖4　系統生成的某斷面地質剖面圖

圖5　土層三維模型圖

5　項目小結

工程勘察信息系統是一個集GIS平臺、三維平臺為一體的綜合應用平臺，利用GIS的空間數據管理功能、數據處理功能進行基礎數據的管理，利用系統開放的二次開發接口建立數據應用模板，生成適合本行業應用的圖形應用格式，利用三維平臺將基礎數據轉換為三維圖形，真實地反映出地下地層的展布，指導后期的工程布置。但是由于該系統建立初期項目資金投入大，基礎工作多，數據量大且數據格式繁雜，數據集成難度較大，涉及的專業及技術人員較多，給系統的應用和推廣帶來了一定的困難。

P208[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-212-2