巖土工程勘察的數字化技術與運用

阮 超

（河南民瑞巖土工程技術有限公司，河南 信陽 464000）

巖土勘察設計中對數字技術有一定的要求，從目前實際的設計形式要求看，如何進行技術分析就成了重點。數字技術在地質勘查中具有重要作用，從實際應用情況和要求等可知，如何進行技術分析就成了關鍵，應明確注意事項，做好管理。

1 巖土工程勘察數字化系統

為了能夠有效降低勘查工作的調控難度，基于勘查過程自動化的相關要求，巖土勘查工作以計算機技術為核心，對其數字化做出研究。通過構建地質勘查數字化平臺實現勘查與設計的結合。

1.1 傳輸系統

傳輸系統將測繪數據通過在實時平臺的共享，有效提高了測繪信息的利用效率，是數字化系統中的重要組成部分。因此，勘查數字化技術中離不開計算機信息技術的支持。勘察人員與工程技術人員通過在建立在網絡上專業的巖土工程信息平臺進行交流，實現了信息的實時傳輸。

1.2 感應系統

在巖土工程的勘察工作中，有效的利用數字化技術，能夠讓巖土數據處理中心呈現出多元化的發展趨勢。在這個過程中，為了能夠對勘察區域實現自動智能化的探測，需要將電子傳感器作為智能信號傳輸的基礎設備，從而得到勘察區域的基本信息。

1.3 存儲系統

在巖土工程的勘察過程中，大量地質數據會隨著工程規模的增大而不斷產生，而搭建數字化的信息平臺，首要條件是必須有一個穩定的存儲系統能夠讓調查人員對不同地區的地質數據進行分類，并將專業處理與分析后的結果進行存儲。以便用戶能夠根據自身需求隨時調閱，為用戶提供直觀有效的觀測數據，充分發揮勘測資料的作用。巧妙地將GIS和CAD系統結合起來，通過數字模型建立三維立體模型，實現了數據處理與與加工的一體化。工程設計人員便能夠在顯示測量地物空間與屬性信息的立體模型上面進行工程設計。

2 巖土工程勘察數字化技術的應用優勢

2.1 進行數字化建模處理

目前，地質勘察工程數字化建模方法主要有不規則網絡法和表面模型法，兩者各有其優點和特點，而且兩者在原理和模型的建立上存在較大差異，所采用的理論依據也存在較大差異。將這兩種方法結合起來，構成了工程測量中數字化的主要實現方法。

（1）不規則網絡法是一種簡化的差值處理方法，它把有限的點連接起來，把整個區域分成相連的三角形面的網絡。每個區域中的任意一點都是三角形區域的頂點，三角形邊上或者三角形區域內。對沒有在頂點上的任意點，則通過插值此點的數值屬性來獲得。因此，不規則網絡法所形成的空間，是三維空間中單個線段的模型，但在整個空間中，每個三角形的位移是連續的，但又是不可微分的，每個頂點處面的法向量方向不同。關于存儲，有許多種存儲方式表現為不規則的網絡結構，最常見的是相應地記錄每個三角形、節點、邊的信息。存儲器采用動態指針的方式進行存儲，包括三邊指針和兩邊頂點指針。利用指針可以直接對用于每個頂點和確定的邊進行定位，也可以在其中找到關于相鄰三角形的信息。該結構的特點是，對每個三角形區域都要花費一定的時間來尋找其相關信息，并且在計算表面時，由于采用了一次方程線性差法進行區域劃分，因此計算速度較快。但在對計算精度要求較高的工程中，為了提高計算精度，需要將區域劃分成更小的三角形，這樣雖然計算精度有所提高，但相應的速度卻降低了。

（2）巖土工程測量數字化建模，也主要采用了表層膜法。其又稱為表面模型法，它有著悠久的歷史，在工程實踐中的應用時間較長。以工程中使用的中外表面體模型為基礎，對均勻質體進行建模，是一種較為精確的建模方法，也是目前使用較為廣泛、較為常用的建模方法。采用表面法處理的數據源，是由監測點得到的若干列數據，這些數據是離散的，包含幾何特征和屬性特征的數據，結合質體表面的形狀，然后利用數據解釋結果重建地質體界面。這種方法的計算精度比較高，但反過來又會影響計算速度。而且建模時首先將線性插值法歸為一類比較困難。建立數據模型時，可以對數據進行抽象化處理，將一系列具有相同屬性的數據點按一定的規則連接起來，從而形成系統化的空間曲面，建模過程中常用的數學方法和圖形方法。

2.2 數據庫管理系統

（1）巖士勘測工程涉及到的數字化原始數據主要是相關工程的地理信息、空間結構.并且，巖土工程勘察數字化系統的總體結構包括地址信息采集、模型描述、特征描述、屬性數據、地質模型、數據庫、可視化管理、綜合分析。

地質資料的收集過程都是通過實驗的方式進行的，應根據操作規范，盡可能地收集地質有關資料。模型描述是進行模型選擇和相關系數、特征設置，根據不同的工程項目選擇不同的模型。屬性數據的輸入和判定，是指根據測量所得的數據進行屬性相關數據輸入。在整個數字化過程中，地質模型的建立是關鍵，它決定了數字化的準確性。可視化管理是將相關數據輸出成圖形，直觀地進行分析研究，是下一部分“綜合分析”的基礎。

（2）數據庫的概念模型在巖土工程測量數字化過程中，信息處理系統具有獨特的特點，其主要任務是對數據進行分析和整理，并對信息和數據進行分析。要使數字化需求在功能上充分表達，首先要利用有關問題的概念數據，建立信息和數據的模型。勘察數據庫的實體分為多種類型，主要包括詳細文檔資料、地形圖、地層特征、鉆孔特征等，它們是巖土勘察數字化的基礎工作，是處理復雜數據和密集數據的系統。建立模型的過程主要是根據實際的需要和情況，充分考慮各個方面的情況，以便更準確地計算和分析。

（3）數據庫的實現過程在沿途勘測工程的數據化過程是一個綜合的過程，主要包括三類數據，即用戶輸入的原始數據、系統產生的中間數據、系統處理的最終數據。勘測點數據是原始數據的主要來源，勘測點數據又可分為測點信息屬性數據、勘測點幾何屬性數據。它是指測量點的高度、地層厚度、孔隙度、含水率等與地質有關的參數。產生的中間數據主要有剖面數據、三維表面數據、地層數據等。

而且可能會有各種各樣的中間數據產生最終數據，并最終實現最終數據的可視化結果。文檔資料包括地質勘探報告等，圖形資料包括連線剖面圖、單孔柱狀圖等，這是數據庫的實現結構。

2.3 實現巖土工程場地虛擬

數字化勘測的核心便是能夠讓勘測場地進行有針對性的虛擬顯示，用數據庫反映工程現場的相關信息。但是場地地理與地形信息等環節的虛擬顯示必須在相應的環境下才能夠實現。比如說，某工程所在的地理位置中，較為豐富的山川便成為制約其勘察的條件。因此便需要勘察人員首先以地層地質為重點對周圍山川的相關資料進行收集，再通過虛擬勘察系統得到各數據之間的關系，最后，虛擬場地會根據輸入的資料自動生成勘察人員所要要信息資料。

數字勘察技術有利于交點信息的獲取，通過場地虛擬能夠有效實現多層勘察，降低了重疊勘察的難度。近年來，數字化勘察技術因勘察結果的準確性高，有利于巖土工程的安全施工，克服了傳統巖土勘察的不足，已成為當前巖土工程勘察的主流模式。

2.4 巖土工程的勘察模擬

巖土工程內的數據難以通過真實調查進行測量，通過數字化勘察技術對各種巖土數據進行嚴格的處理，再通過數字調查技術對巖土工程環境進行模擬，以獲得整個工程的真實信息。對于巖土工程調查過程中的技術問題，可通過建立概念調查系統對其進行全面的研究，再通過數字控制快速獲得勘察量。因此，巖土程程部為了獲取復雜巖土工程的基本信息，通常會使用能夠準確反映真實與模擬巖土工程之間的屬性關系的數字模擬勘察技術。

2.5 進行一體化建設

數字技術應用階段涉及的數據類型較多，用戶在輸入輸出過程中要把握原始數據，以系統生成管理為前提，需要實現數據的有序處理。根據資料種類及實際情況等可知，應明確資料產生形式，結合原始資料及測點等可知，應掌握資料類型。在等值模型的基礎上，以多種信息操作為前提，做好生成管理，最終的數據類型多種多樣，主要是根據用戶需要，生成包括圖形和文檔數據的中間數據。員工需要提前處理，掌握技術類別，做好具體管理，滿足要求。

3 巖土工程勘察數字化技術的實際應用

數字系統具有智能感應，信號傳輸和數據存儲等功能。它在測繪項目管理和相關信息處理中具有動態，安全和集群的特點，可以有效地保證測繪項目的實時機密數據傳輸。通過將數據庫技術與工程設計技術相結合，提高信息傳輸效率，實現測繪工程設計的一體化，滿足各地測繪工程的需要。

3.1 信號轉換

地質勘探所獲得的地質資料，如資料、文字、圖形等，必須經過綜合處理才能轉化為有效的地質勘探資料，為工程設計和施工規劃提供科學的參考依據。數字技術的優勢是數據處理效率高和得到的信息統一。通過系統編程獲得的原始測量信息可以直接轉換為自然語言，再由人工識別和編輯來完成綜合的信息轉換。為了確保信息的即時性并提高信息的利用率，其在現有的傳統繪圖過程中，改變了多道工序的數據需要人工處理的不足。

3.2 數據處理

勘查工作的質量直接影響到工程建設的質量，并確保巖土結構的穩定性，因此地質勘測數據必須在工程設計和施工中充分利用。原始數據可以通過信號變換獲得，該數據是抽象性的結果并且相對獨立，通過GIS進行信息處理和分析，得到測繪對象的三維動態模型能夠為巖土工程的設計和施工提供數字化監測的數字模型。在此基礎上，數字探測器可以實現對項目施工現場的合理規劃，建立遠程監控系統，對區域的地質水文數據變化進行持續補充，自動對項目施工現場進行實時動態監測并處理與勘察工程相關的信息。

3.3 安全監控

信息技術的進步雖然增加了信息資產對社會生產的影響，但同樣也使信息安全變得不安全。地質勘探數字技術的應用優勢在于信息的安全性。當系統通過安全監測系統執行計劃外的數字模式轉換或數據處理時，系統將直接停止相關工作并將其報告給系統中心以消除系統運行的安全風險和程序漏洞。信息平臺的權限管理能夠讓工作人員根據工作需要獲得不同的信息權限，只能瀏覽與編輯相應權限下的信息，有效地保證信息的機密性，安全性和真實性。

4 結語

隨著科技的不斷進步，巖土測量技術的實際應用已達到要求，在后續測量階段，受其他因素的影響，存在技術應用不合理的情況。為使技術在巖土工程勘察中得到全面的發展，必須提前推廣應用。理解現代化信息技術的種類，推動巖土工程的全面進步，滿足可持續發展的需要，是整個實施過程的目標。