基于GIS的巖土工程勘察信息系統設計與實現

郭麗麗

（太原建材地質工程勘察院有限公司，山西 太原 030031）

巖土工程勘察主要是查明施工區域巖土層的類型和分布、各巖土層的地質構造等。在實際勘察工作中常受到不同外界環境因素的影響，如水文地質環境、降水、不良地質環境等因素，將勘察數據和信息有效整合有利于巖土工程施工順利開展。在此期間如果出現勘察數據不準確的問題，會直接影響工程的整體設計和施工，更為嚴重的是極易引發施工安全隱患。提高巖土工程勘察信息的全面性一直是巖土工程勘察中的重點，因此，巖土工程勘察信息系統應運而生。巖土工程勘察信息系統是有效預防巖土工程中出現地質災害的重要手段，因而巖土工程勘察信息系統成為了有關部門的調研重點。在我國，針對巖土工程勘察信息系統的研究中，盡管研究起步較早，但對于巖土工程勘察信息基數較大且大部分被分散存儲的現狀，導致研究普遍存在局限性，很難在真正意義上實現巖土工程勘察信息的高效整合[1]。GIS技術的出現恰好的解決了出現的問題，目前數據庫和計算機技術廣泛應用于工程施工中，這為行業的發展注入了新的活力，地理信息系統的應用提高了勘察設計階段不同工序之間的協調性，提高勘察數據的準確性，將收集到的信息數據進行分類、計算、存儲，從根本上提高巖土工程勘察設計質量。因此，本文進行基于GIS的巖土工程勘察信息系統設計，并通過分析其在實際當中的應用情況，證明設計的有效性。通過將GIS技術應用在巖土工程勘察信息系統硬件設計以及軟件設計兩部分，致力于為巖土工程勘察信息系統的優化設計提供更加廣闊的發展空間。

1 基于GIS的巖土工程勘察信息系統硬件部分設計

根據巖土工程勘察信息系統的跨地區應用需求，巖土工程勘察信息系統硬件采用B/S模式，在系統硬件方面設計了服務器以及微控制器集成電路[2]。與此同時，配備硬盤、鍵盤、鼠標等一些基本硬件，但這些基本硬件不作為此次研究重點，以下將對上文提出的兩個核心硬件進行詳細描述。

1.1 服務器

選用ArcGIS Server10.1型號的服務器設備為巖土工程勘察信息系統運行提供硬件環境，ArcGIS Server10.1型號服務器的配置為雙核CPU，外設多個可擴展處理器，安裝GIS軟件即可瀏覽巖土工程勘察空間數據信息，內存大小為6GB，32GB硬盤。服務器的硬件環境配置，如表1所示。

表1 服務器的硬件環境配置

根據表1所示，ArcGIS Server10.1型號服務器擁有數據處理及現場可編程邏輯門陣列兩個選項，具備適應任何系統應用程序的通用能力，為巖土工程勘察信息系統運行提供良好平臺。利用該硬件設備中的雙核多路實現加速器、存儲設備及巖土工程勘察信息之間的平衡，在最大程度上提高系統應用程序的性能。

1.2 微控制器集成電路

本文設計的服務器采用了一種具有嵌入式-微控制器的集成電路，程序存儲器容量為256KB，RAM容量為48K的硬件平臺。本文主要對兩部分的電路進行設計，一是本系統中的最小系統電路，二是系統中信息的采集以及解析電路。通過轉換芯片將模擬的信號信息轉換為空間上的數字化信號，采用具有HS處理技術的芯片，實現更加優質的信噪比、量子效率等，且數據采集速度較快，可以將獲取到的巖土工程勘察信息更加高效的轉換為數據信息。

2 基于GIS的巖土工程勘察信息系統軟件部分設計

基于GIS技術的巖土工程勘察信息系統中，軟件部分設計最主要的功能是實現對于巖土工程勘察信息的數據處理，對系統硬件設備收集到的數據，包括：空間信息、屬性信息以及電子文檔數據信息等進行相應的存儲以及處理。通過數據庫進行多種巖土工程勘察信息數據的分析，將巖土工程勘察信息以集合的形式進行存儲[3]。主要分為兩步流程，互相作用形成巖土工程勘察信息系統的軟件部分。

2.1 基于GIS迭代分析空間矢量數據

引入目前應用較為廣泛的GIS系統矢量劃分獲取的巖土工程勘察數據，集合巖土工程勘察信息數據屬性要素（包括：勘察區名稱、勘察區編號、勘察區面積及重點工作區等），生成支持GIS系統迭代分析的數據格式。以GIS作為巖土工程勘察信息系統設計中一個強有力工具，基于GIS分析巖土工程勘察信息屬性。巖土工程勘察空間信息屬性，如表2所示。

表2 巖土工程勘察空間信息屬性

結合表2所示，對巖土工程勘察空間信息進行迭代分析。在GIS系統中，這一過程是極其復雜的，因此需要通過公式的表達對空間矢量數據迭代分析這一技術進行詳細的分析。設迭代分析空間矢量數據的表達式為，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，n指的是該地區的地質條件參量，i指的是空間矢量數據迭代次數，為實數；ei 指的是在i次迭代下巖土工程勘察空間矢量數據的基本參數；fi指的是在i次迭代下巖土工程勘察空間矢量數據的準確程度；S指的是巖土工程勘察條件變化的系數。通過公式（1）可以實現巖土工程勘察空間矢量數據的分析，作為巖土工程勘察信息的模糊轉化過程及表達，為巖土工程勘察信息相互調用提出基礎數據。

2.2 巖土工程勘察信息相互調用

在基于GIS迭代分析空間矢量數據的基礎上，以屬性數據為基礎，通過巖土工程勘察信息相互調用，實現巖土工程勘察。運用GIS系統中的三維成像技術可直觀的呈現巖土工程勘察的具體信息，對并其持續實施數據的人工智能處理，進而起到提升巖土工程勘察信息相互調用的速率。巖土工程勘察信息相互調用示意圖，如圖1所示。

圖1 巖土工程勘察信息相互調用示意圖

結合圖1所示，通過巖土工程勘察信息相互調用，更好的指導巖土工程勘察工作的進行。

3 對比實驗

3.1 實驗準備

提出對比實驗，以具有相同特征的某巖土工程施工區域作為此次實驗的研究對象。將其隨機劃分為兩組，在控制單一數據量不變的前提下，圈定10km2、15km2、20km2、25km2、30km2、35km2、40km2、45km2、50km2巖土工程勘察范圍，其它信息管理系統對勘察工作的影響可以忽略不計。第一步，應用所設計的信息處理系統，采集巖土工程勘察工作范圍內的有效數據信息，在大數據技術支持下對信息數據進行整合，將該組數據定為實驗組；第二步，應用傳統信息處理系統重復上一步操作，所得數據為對照組。為防止突發事件對數據信息產生影響，保持多種變量數據統一，記錄實驗結果，進而判斷兩種信息系統對于巖土工程勘察信息的獲取能力。

3.2 實驗結果分析與結論

根據上述設計的對比實驗步驟，采集10組實驗數據，將兩種信息系統下的巖土工程勘察信息獲取量進行對比，巖土工程勘察信息獲取量對比結果，如下表3所示。

表3 實驗結果對比表

通過表3可得出如下的結論：實驗組在相同勘察范圍內巖土工程勘察信息獲取量明顯高于對照組，對于巖土工程勘察信息的獲取能力更強。因此，本文設計信息系統可識別的巖土工程勘察信息更為全面，可實現對巖土工程勘察信息的良好統計。

4 結語

本文基于GIS的應用下，開展了巖土工程勘察信息系統的設計，并通過設計對比實驗的方式，驗證了本文設計的系統在實際應用中可更加全面的識別巖土工程勘察信息，為巖土工程勘察工作的順利開展提供新發展方向，從根本上促進巖土工程施工區域的可持續發展。但由于本文在設計過程中未充分結合大數據技術的綜合運用，在后續研究中可以加入該技術在設計系統中的應用，為巖土工程勘察信息系統提供全新的設計思路。