公路工程地質(zhì)調(diào)繪軟件的開發(fā)與應用

劉聰 劉偉 汪鵬

隨著計算機軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，各行業(yè)均能實現(xiàn)無紙化辦公。而公路工程地質(zhì)調(diào)繪仍然沿襲著近百年的老傳統(tǒng)，基于羅盤、地質(zhì)錘、圖紙、皮尺、照相機等紙筆作業(yè)的模式，人員需求量大，工作效率低，技術(shù)手段急需升級。目前平板電腦在 GPS 差分定位技術(shù)的基礎(chǔ)上已實現(xiàn)高精度的定位功能，并以其便攜、智能、易于開發(fā)、用戶操作體驗好等特點，在調(diào)查精度、業(yè)務操作和調(diào)查信息獲取上有其獨有優(yōu)勢，備受公路工程地質(zhì)調(diào)繪行業(yè)的青睞，為科學、高效的地質(zhì)調(diào)繪帶來新的發(fā)展契機。

工程調(diào)繪;軟件開發(fā);Android平臺;數(shù)字化;模塊

U416-A-44-157-5

0?引言

傳統(tǒng)的公路工程地質(zhì)調(diào)繪包括野外地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)整理、總結(jié)分析、撰寫報告、入庫存檔等過程，其資料主要通過野外記錄本記錄，調(diào)繪信息在野外使用鉛筆記錄，關(guān)鍵數(shù)據(jù)還需在室內(nèi)用油筆描黑，地質(zhì)圖件依靠野外素描，報告編寫時再利用Autocad軟件進行矢量化、電子化。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，公路工程地質(zhì)工作也開始趨于信息化，但目前僅局限于室內(nèi)整理時將紙質(zhì)的記錄經(jīng)人工轉(zhuǎn)錄為電子檔。因此當前公路工程中野外調(diào)查仍以紙質(zhì)的調(diào)查卡片或者記錄本等進行手寫記錄為主，而后期在進行數(shù)字化錄入的過程中無疑增加了圖紙轉(zhuǎn)繪的工作量，同時也增加了出錯的可能性。鑒于此，以公路工程野外地質(zhì)調(diào)查需求為基礎(chǔ)，利用移動設(shè)備的功能模塊，通過計算機、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡等技術(shù)，開發(fā)基于Android 平臺的信息化調(diào)查軟件。從公路工程調(diào)繪最初始的數(shù)據(jù)獲取、記錄出發(fā)，來實現(xiàn)電子化、信息化，力圖減少公路工程地質(zhì)調(diào)繪人員的數(shù)據(jù)整理入庫工作量，提高公路工程地質(zhì)調(diào)繪的工作效率，為公路工程地質(zhì)調(diào)繪工作的信息化尋找發(fā)展方向。

1?公路工程地質(zhì)調(diào)繪的重要性

近年來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅猛發(fā)展，而大部分地區(qū)地質(zhì)條件較為復雜，地質(zhì)環(huán)境脆弱，加之人民生產(chǎn)活動范圍的不斷擴大，地質(zhì)環(huán)境遭到嚴重破壞，致使地質(zhì)災害頻發(fā)，嚴重威脅建設(shè)項目的安全性。公路工程地質(zhì)調(diào)繪作為項目實施階段的首要工作，對于公路工程地質(zhì)選線環(huán)節(jié)尤為重要，如果選線不當，必將造成工程造價的大幅提升或誘發(fā)新的地質(zhì)災害。因此，公路工程地質(zhì)調(diào)繪是必須開展的、不應忽視的、不可省略的工作。如果在地質(zhì)調(diào)繪方面的工作做得不足則是一種機會錯失及信息的浪費，而且通過公路工程地質(zhì)調(diào)繪獲取巖土工程地質(zhì)信息也是一種簡單、高效、經(jīng)濟、科學直觀的行為。

2?公路工程地質(zhì)調(diào)繪的內(nèi)容和方法

公路工程地質(zhì)調(diào)繪的目的在于利用工程地質(zhì)手段和方法，通過地面的踏勘及量測工作，來查明場地及其附近的工程地質(zhì)條件。工程地質(zhì)條件即工程地質(zhì)環(huán)境因素，是客觀存在的，人們可以認識它、利用它、改造它，同時人類活動也可以反作用于它、影響它、改變它甚至惡化它。工程地質(zhì)調(diào)繪是人們認識工程地質(zhì)條件的重要方法之一，也是最基本的方法。

工程地質(zhì)調(diào)繪是對工程地質(zhì)條件的調(diào)查測繪，其主要內(nèi)容包括以下關(guān)鍵點：

（1） 地形地貌調(diào)繪：調(diào)查地貌的成因類型及形態(tài)特征，標注、繪制地形地貌的界限，劃分所屬地貌單元。

（2） 地層巖性調(diào)繪：調(diào)查巖土體的類型、成因、時代、分布、產(chǎn)狀和風化程度等野外特征。

（3） 地質(zhì)構(gòu)造調(diào)繪：調(diào)查各個地質(zhì)構(gòu)造的分布形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀、性質(zhì)、形成時代、活動特征等，分析評價其對項目的影響。

（4） 水文地質(zhì)條件調(diào)繪：收集調(diào)查項目區(qū)水文、氣象等資料，調(diào)查地表水和地下水的類型、補給、徑流、排泄條件、含水層特征及地表水與地下水的關(guān)系。

（5） 不良地質(zhì)現(xiàn)象及特殊性巖土調(diào)繪：調(diào)查項目區(qū)不良地質(zhì)作用的成因、類型、分布、發(fā)育程度、影響范圍及危害程度等，分析評價其對項目的影響程度。

（6） 天然建筑材料調(diào)繪：調(diào)查天然建筑材料類型、分布、質(zhì)量、儲量、開采運輸條件等。

3?公路工程調(diào)繪軟件的研究開發(fā)

目前公路工程地質(zhì)調(diào)繪工作仍然停留在圖紙調(diào)繪階段。隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)均能實現(xiàn)無紙化辦公，而工程地質(zhì)調(diào)繪仍然沿襲著近百年的老傳統(tǒng)，基于羅盤、地質(zhì)錘、圖紙、皮尺、照相機等紙筆作業(yè)的模式，人員需求量大，工作效率低。目前野外調(diào)查仍然使用紙質(zhì)的調(diào)查卡片或者記錄本等進行手寫記錄，而后期在進行電子化錄入的過程中無疑增加了地質(zhì)工作者的工作量，同時也增加了出錯的可能性。

目前平板電腦在 GPS 差分定位技術(shù)的基礎(chǔ)上已實現(xiàn)高精度的定位功能，完全能夠滿足地質(zhì)調(diào)繪中數(shù)據(jù)生產(chǎn)和服務的精度要求。基于平板電腦來實現(xiàn)地質(zhì)調(diào)繪，不僅輕便、便攜，在調(diào)查精度和調(diào)查信息獲取上還具備獨有優(yōu)勢。因此，基于平板電腦研發(fā)的地質(zhì)調(diào)繪軟件野外調(diào)查系統(tǒng)，實現(xiàn)信息快速準確地調(diào)查已是不可阻擋的趨勢。

軟件研發(fā)基于移動終端的工程地質(zhì)調(diào)繪軟件可以將外業(yè)調(diào)繪和現(xiàn)場數(shù)據(jù)編輯進行優(yōu)化，并通過系統(tǒng)流程約定調(diào)繪工藝流程，細化調(diào)繪環(huán)節(jié)，標準化圖示圖例及各項標注，并通過即時通信系統(tǒng)將項目管理和外業(yè)現(xiàn)場、內(nèi)業(yè)處理有機結(jié)合起來，形成調(diào)繪工作內(nèi)、外業(yè)一體化及數(shù)據(jù)標準化的作業(yè)模式。

調(diào)繪軟件主要有航測和地勘兩個功能模塊，工作界面友好，包含項目屬性、數(shù)據(jù)管理、實景調(diào)繪、二維地圖、數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)導出、工具、更新等八個模塊，并支持調(diào)繪數(shù)據(jù)與國內(nèi)主流測繪、地勘軟件的對接。

（1）開發(fā)工具

AkpTool：用于APK的打包與編譯。

Ronaorex：Android自動化測試工具，提高代碼的性能以及減少BUG。

Android Developer：AndroidUI設(shè)計開發(fā)工具。

Cocorslite：顏色提取工具。

Navicat：用于數(shù)據(jù)庫的管理。

Monkey：用于測試軟件的穩(wěn)定性。

Android Studio3.0;arcgis10.5。

（2）使用的框架

Android Priority job Queue：簡化了Android后臺線程與服務的任務調(diào)度，避免后臺開辟過多線程池，使Activity或fregment調(diào)用生命周期時更加耦合。

Base Recycler View Adapter Helper：為實現(xiàn)方便使用RecycleView而開發(fā)的一個框架，能實現(xiàn)RecycleView的Item點擊事件和加載動畫，是一個功能十分強大的萬能適配器。

Robolectric：針對Android 系統(tǒng)類的單元測試框架，他通過實現(xiàn)一套JVM能運行的Android代碼用來脫離Android環(huán)境進行測試，以提高工作效率。

Leakcanary：用于開發(fā)過程中檢測Activity、Fragment等組件是否有內(nèi)存泄漏的現(xiàn)象。

此外，還有Arcgisforandroidsdk、baidumapsdk、aFileChooser、convenientbanner、jxl.jar、dom4j1.61.jar等。

4?公路工程調(diào)繪軟件的應用

該軟件可以解決傳統(tǒng)野外地形圖調(diào)繪和地質(zhì)調(diào)繪專業(yè)性強、工作效率慢、內(nèi)外業(yè)成果不統(tǒng)一、生產(chǎn)效率緩慢、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一等關(guān)鍵問題，并可服務于工程勘測、設(shè)計多個工程領(lǐng)域。

該軟件有較好的系統(tǒng)兼容性，能夠在平板電腦、手機等Android平臺下運行。經(jīng)過數(shù)個調(diào)繪項目的試用，均取得良好的效果。主要功能有：

（1）調(diào)繪軟件分為航測和地勘兩個模塊，可以同時滿足地形圖的外業(yè)調(diào)繪和地質(zhì)勘查的地質(zhì)調(diào)繪工作，并且將外業(yè)需要調(diào)繪的內(nèi)容符號全部寫入軟件。航測中可快速在地形圖中標注出房屋屬性、電桿電塔、電線走向、溝渠流向、植被屬性、地類標志以及其他特殊注記，獨創(chuàng)縮檐算法，實現(xiàn)大比例尺地形圖批量縮檐功能，極大地提高了縮檐工作效率，對于房屋密集區(qū)，內(nèi)業(yè)編輯工作量可減少70%以上。在地質(zhì)調(diào)繪中，可在底圖中快速標注出地調(diào)點、特殊性土、不良地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)時代、產(chǎn)狀、節(jié)理、斷層等地質(zhì)屬性描述及范圍的圈定，極大地方便了地質(zhì)調(diào)繪。此外勘察調(diào)繪可實現(xiàn)平板無紙作業(yè)，統(tǒng)一流程和標準，圖面整潔，成果規(guī)范。詳見圖1～4。

（2）調(diào)繪軟件具有友好的工作界面，上手簡單。分為八個可操作模塊：項目屬性、數(shù)據(jù)管理、實景調(diào)繪、二維地圖、數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)導出、工具、更新等。支持調(diào)繪數(shù)據(jù)與南方Cassp與Autocad軟件對接，從而實現(xiàn)外業(yè)與內(nèi)業(yè)的無縫對接。詳見圖5～6。

（3）公路工程地質(zhì)調(diào)繪圖是由用于可視化描述調(diào)繪位置、產(chǎn)狀和影響范圍等信息的點、線要素組成的，每一個地質(zhì)調(diào)查點都要勾繪“點、線”要素。詳見圖7～8。

“點”指的是觀測點。用于標識地質(zhì)調(diào)繪圖中的觀測的位置，其屬性記錄有野外編號、名稱、坐標信息等，并可上傳當前觀測點的照片資料。其中點編號是唯一標識，且為一系列針對地質(zhì)調(diào)繪信息表關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)。觀測點編號可以根據(jù)調(diào)繪點屬性任意修改，一個不良地質(zhì)點可以對應多個觀測點，實現(xiàn)多方位觀測，并可量取當前觀測點產(chǎn)狀信息。

“線”是指用一系列線要素來標識不同區(qū)域的邊界、運動方向等特征。對于滑坡而言，可以用線要素來標識滑坡邊界、滑動方向和地面裂縫等特征。對于崩塌，可以用線要素來描述崩塌邊界、崩塌方向和地面裂縫等特征。對于泥石流，線要素可以用來標識泥石流邊界和流動方向等區(qū)域特征。不同的屬性點可用不同顏色的線條加以區(qū)分，并可對不良地質(zhì)體等進行統(tǒng)一的編號。

（4）地質(zhì)調(diào)繪成果的管理

該軟件可實現(xiàn)對調(diào)查記錄的增、刪、改、查的管理和調(diào)查任務的統(tǒng)計，可一鍵查詢該地質(zhì)調(diào)繪圖區(qū)域內(nèi)各不良地質(zhì)的個數(shù)。詳見圖9～10。

（5）導航及軌跡記錄

導航功能可以實現(xiàn)目的地位置在地圖上的標識和調(diào)查設(shè)備位置的適時定位和路線顯示。可以對調(diào)查設(shè)備的行動軌跡做記錄，以便調(diào)查工作的監(jiān)督和位置的核實。

（6）地圖量測工具

軟件提供長度量測和面積量測、地圖上指定位置坐標點的地理位置和高程數(shù)據(jù)的提取、視圖中心位置鎖定等常用功能。

公路工程地質(zhì)調(diào)繪軟件具有以下特點：

（1）固化流程，預定義標準，通過程序預定義作業(yè)步驟，可有效降低人為操作疏漏，并與信息技術(shù)發(fā)展接軌，利用先進的電子工具和標準化的APP，可持續(xù)升級改進，不斷進化。

（2）將“涂鴉”功能和拍照功能融入勘察工作中，可利用軟件自定義繪圖功能，繪制較為規(guī)范的示意圖，配以實際定位數(shù)據(jù)和拍照取證，獲得規(guī)范和信息全面的調(diào)繪成果。

（3）利用即時通信技術(shù)，信息共享，便于工作協(xié)調(diào)和工作邊界的確定，并有利于技術(shù)支持、技術(shù)指導、遠程協(xié)助和監(jiān)督檢查。而信息的互聯(lián)互通，利于后臺及時掌握各調(diào)繪員的工作狀況、成果情況和工作效率，提升項目管理質(zhì)量。

5?結(jié)語

（1）后臺系統(tǒng)通過勘察調(diào)繪軟件進行工作任務分發(fā)、工作情況監(jiān)督檢查、遠程技術(shù)支持與指導、團體協(xié)作、成果實時收集和內(nèi)業(yè)處理、績效考核等工作，提升調(diào)繪工作項目管理水平。

（2）隨著北斗導航系統(tǒng)的發(fā)展以及各省CORS網(wǎng)絡的建設(shè)，今后手持GNSS定位設(shè)備通過差分系統(tǒng)可達到分米級乃至厘米級精度，將更大程度地拓展調(diào)繪平板軟件的使用空間。

（3）調(diào)繪工作除地形圖調(diào)繪和地質(zhì)調(diào)繪以外，還可服務于各類調(diào)查任務，包括農(nóng)經(jīng)權(quán)調(diào)查、地名普查、地理國情普查、變更調(diào)查、執(zhí)法監(jiān)察現(xiàn)場取證調(diào)查任務等。此外，根據(jù)其他各類調(diào)查任務的需求，可對軟件進行升級，具有廣闊的市場前景。

參考文獻：

[1]謝?非.地質(zhì)調(diào)查嵌入式GIS軟件研發(fā)[D].西安：西安科技大學，2016.

[2]邱錦安.淺談3S 技術(shù)在區(qū)域性地質(zhì)災害調(diào)查中的應用[J].地球，2014 （11）：221.

[3]房?浩，李?媛，楊旭東，等.基于大數(shù)據(jù)的全國地質(zhì)災害信息管理系統(tǒng)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2014，42（14）：4 478-4 482.

[4]姜作勤.國內(nèi)外區(qū)域地質(zhì)調(diào)查全過程信息化的現(xiàn)狀與特點[J].地質(zhì)通報，2008，27（7）：956-964.

[5]盧曉明.工程地質(zhì)調(diào)繪在現(xiàn)階段巖土工程勘察中的重要性[J/OL].城市建設(shè)理論研究（電子版），2011（23）.