福建省交通工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的構(gòu)建與開發(fā)

林 琛 王壇華 王 忠 郭志杏

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004）

工程地質(zhì)數(shù)據(jù)是勘察企業(yè)寶貴的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)資料管理模式以收集整理紙質(zhì)檔案為主，需要投入大量人力進(jìn)行篩選和信息化處理，且常會(huì)遇到勘察設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料的缺失、重復(fù)、歸屬不明確等問題，嚴(yán)重降低了各部門的工作效率。 因此，如何有效地存儲(chǔ)、管理工程地質(zhì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的高效流通，成為當(dāng)下亟需解決的關(guān)鍵問題。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的出現(xiàn)契合了工程地質(zhì)數(shù)據(jù)管理的需求[1-4]。 目前，不少勘察企業(yè)和軟件公司設(shè)計(jì)研發(fā)了地方性的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)[5-7]，實(shí)現(xiàn)了工程勘察設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的有效收集、共享與維護(hù)管理，提升了項(xiàng)目管理水平。本文開發(fā)建立的福建省交通工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施為載體，空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基礎(chǔ)，GIS 軟件為平臺(tái)，歷年來海量的交通工程地質(zhì)及工程勘察資料為主要信息來源，整合了城市工程地質(zhì)相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)了工程地質(zhì)信息化、可視化，為城市交通規(guī)劃、建設(shè)、管理提供直觀、真實(shí)、可靠的工程地質(zhì)信息服務(wù)，填補(bǔ)了福建省在工程地質(zhì)數(shù)據(jù)信息化管理上的空白。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)際需要，該系統(tǒng)綜合運(yùn)用GIS 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)管理和服務(wù)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用以下技術(shù)路線：

（1）系統(tǒng)的整體架構(gòu)為B/S 架構(gòu)，采用NET、JAVA、MVC 三層架構(gòu)設(shè)計(jì)， 基于SOA 和微服務(wù)架構(gòu)模式。

（2）后臺(tái)數(shù)據(jù)庫采用SQL Server，具有較高的可靠性、可擴(kuò)展性和讀寫性能。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基于MD5 加密算法保證安全，網(wǎng)站基于SSL 保證傳輸層安全。

（4）數(shù)據(jù)交換及接口開發(fā)采用可靠的數(shù)據(jù)交換同步技術(shù)，通過數(shù)據(jù)交換同步，有效起到數(shù)據(jù)隔離的安全作用。

系統(tǒng)的整體架構(gòu)由數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、展現(xiàn)層及安全體系構(gòu)成（圖1）。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)層

服務(wù)器數(shù)據(jù)庫接入勘察數(shù)據(jù)，勘察資料文檔數(shù)據(jù)，并可接入天地圖提供的API。

（2）業(yè)務(wù)層

通過接口封裝以及ASP.NET-MVC 框架控制業(yè)務(wù)邏輯，對(duì)接數(shù)據(jù)接口，整合業(yè)務(wù)平臺(tái)，以滿足前后臺(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求。

（3）展現(xiàn)層

實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目業(yè)務(wù)需求，通過平臺(tái)無縫接入瀏覽器來展示。

（4）安全體系

通過終端安全、傳輸安全、應(yīng)用安全來保障整個(gè)架構(gòu)的安全。

1.2 功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在功能上可分為4 部分內(nèi)容：GIS 模塊、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及權(quán)限管理（見圖2），其中權(quán)限管理由系統(tǒng)管理員統(tǒng)一操作， 用戶不具備操作性。 具體功能介紹如下。

（1）基礎(chǔ)操作：主要包括顯示全圖、地圖拖動(dòng)縮放、測(cè)量距離面積、切換地圖或影像圖等操作功能；

（2）信息檢索：支持關(guān)鍵字模糊查詢地點(diǎn)與項(xiàng)目工程；

（3）項(xiàng)目管理：包括項(xiàng)目添加、更新、刪除，勘察成果數(shù)據(jù)入庫，以及工程文檔的上傳下載管理；

（4）項(xiàng)目查詢：以GIS 圖來統(tǒng)一展現(xiàn)上傳入庫的項(xiàng)目信息與鉆孔信息，并且可通過空間搜索及里程、樁號(hào)等信息來檢索指定工程；

（5）虛擬項(xiàng)目：將選取的鉆孔組合成一個(gè)項(xiàng)目并保存入庫，方便用戶查詢管理；

（6）區(qū)域地質(zhì)統(tǒng)計(jì)：根據(jù)選取的鉆孔統(tǒng)計(jì)區(qū)域地質(zhì)信息，原狀土、擾動(dòng)土參數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，原位測(cè)試統(tǒng)計(jì)信息；

（7）剖面分析：根據(jù)選取的剖面孔生成勘察剖面圖；

（8）內(nèi)容導(dǎo)出：支持導(dǎo)出理正勘察軟件數(shù)據(jù)格式；

（9）菜單功能設(shè)置：實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能菜單的管理配置；

（10）權(quán)限分配：實(shí)現(xiàn)角色的管理，不同角色被授予不同的菜單功能與數(shù)據(jù)訪問權(quán)限；

（11）用戶管理：實(shí)現(xiàn)用戶賬號(hào)的注冊(cè)管理，并分配相應(yīng)的權(quán)限給用戶。

圖2 系統(tǒng)功能框圖

2 系統(tǒng)模塊的基本操作

系統(tǒng)管理員及用戶通過web 瀏覽器接入操作系統(tǒng)， 正確輸入由管理員創(chuàng)建的用戶名和密碼后，即可登錄系統(tǒng)主界面（圖3）。

系統(tǒng)由主頁、項(xiàng)目管理、標(biāo)準(zhǔn)地層管理、專家分析系統(tǒng)、 地質(zhì)剖面生成和權(quán)限管理6 個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊內(nèi)包含數(shù)量不等的子模塊，在頁面設(shè)計(jì)上服從實(shí)際地質(zhì)工作流程。

圖3 登錄對(duì)話框

2.1 主頁

用戶可在主頁地圖上查詢已入庫的工程項(xiàng)目信息。 地圖上每一個(gè)“★”圖標(biāo)代表一個(gè)項(xiàng)目工程，點(diǎn)擊圖標(biāo)可顯示該項(xiàng)目的具體信息。 用戶也可通過點(diǎn)擊地圖左上角“操作”按鈕，以工程編號(hào)、工程名稱、工程負(fù)責(zé)人和工程類型為關(guān)鍵詞模糊匹配篩選查詢相關(guān)的項(xiàng)目工程。

在項(xiàng)目信息卡（圖4）上，用戶可點(diǎn)擊“查看鉆孔列表”查詢?cè)擁?xiàng)目所屬的鉆孔空間位置信息與地層分層信息；“進(jìn)入工程文檔”供用戶下載瀏覽該項(xiàng)目的文檔資料；“進(jìn)入項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)”統(tǒng)計(jì)該項(xiàng)目的鉆孔統(tǒng)計(jì)信息與土工、原位測(cè)試統(tǒng)計(jì)信息。

2.2 項(xiàng)目管理

該模塊包含數(shù)據(jù)錄入和項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)2 個(gè)子模塊。

圖4 工程概要信息

數(shù)據(jù)錄入子模塊允許用戶添加新項(xiàng)目。 用戶可點(diǎn)擊“添加項(xiàng)目信息”按鈕，在彈出的子頁面右側(cè)地圖上點(diǎn)擊定位項(xiàng)目的坐標(biāo)信息，并填寫該項(xiàng)目的工程編號(hào)、名稱等相關(guān)內(nèi)容，最終保存入庫。

用戶可選擇上傳華寧數(shù)據(jù)或理正數(shù)據(jù)，將勘察成果數(shù)據(jù)解析并導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。 用戶需選取坐標(biāo)采用類型， 系統(tǒng)會(huì)對(duì)備份數(shù)據(jù)庫中的信息做預(yù)檢，對(duì)不符合入庫規(guī)則的數(shù)據(jù)做出提示，標(biāo)明異常描述。

上傳成功后的項(xiàng)目會(huì)在項(xiàng)目列表中列出（圖5），用戶可點(diǎn)擊表頭以自定義排序顯示項(xiàng)目信息。 每個(gè)項(xiàng)目工程都提供編輯、更新、刪除功能，另外“工程文檔” 功能可供用戶將該項(xiàng)目相關(guān)的文檔資料上傳到服務(wù)器， 以在線文檔管理形式在不同終端下載瀏覽。

圖5 文檔管理頁面

項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)子模塊可統(tǒng)計(jì)已導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中的項(xiàng)目總數(shù)、鉆孔總數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)鉆孔總數(shù)等信息，還會(huì)自動(dòng)對(duì)鉆孔深度、 鉆孔標(biāo)準(zhǔn)化比例進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，給出鉆孔深度直方圖和鉆孔標(biāo)準(zhǔn)化比例示意圖。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)地層管理

該模塊共包含標(biāo)準(zhǔn)地層修改、標(biāo)準(zhǔn)化審核和標(biāo)準(zhǔn)地層比對(duì)3 個(gè)子模塊，可自定義標(biāo)準(zhǔn)地層，并與上傳至系統(tǒng)的勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

2.4 專家分析系統(tǒng)與地質(zhì)剖面生成

鉆孔入庫后可以在地圖模塊上統(tǒng)一集成展示。用戶可點(diǎn)擊地圖左上角“搜索鉆孔”按鈕搜索目標(biāo)鉆孔，也可任意選擇鉆孔組成一個(gè)項(xiàng)目并標(biāo)定入庫（見圖6）。

圖6 鉆孔選擇與虛擬項(xiàng)目標(biāo)定

點(diǎn)選每個(gè)鉆孔可查看該標(biāo)準(zhǔn)孔的概要信息與分層信息，并可生成鉆孔柱狀圖。 通過連線選孔的方式可查看地質(zhì)剖面，生成剖面之前可先根據(jù)成圖效果合并巖土層。

用戶可根據(jù)所選取的鉆孔統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析該區(qū)域內(nèi)的物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，并對(duì)該區(qū)域內(nèi)的場(chǎng)地進(jìn)行液化判別與類別評(píng)價(jià)分析。 這些統(tǒng)計(jì)分析內(nèi)容可保存到后臺(tái)Word 文檔中， 用戶在標(biāo)定項(xiàng)目列表中可點(diǎn)擊“下載報(bào)告”按鈕生成咨詢報(bào)告并下載瀏覽。

2.5 權(quán)限管理

系統(tǒng)管理員可在該模塊中進(jìn)行地圖配置、權(quán)限分配、用戶信息、單位信息和坐標(biāo)管理等操作。

3 項(xiàng)目效益分析

地質(zhì)勘察成果作為土建工程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不僅在所屬工程的設(shè)計(jì)、施工、管養(yǎng)全生命周期中具有非常重要的作用，還可以作為同一地區(qū)或類似工程的參考資料。 大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，為地質(zhì)數(shù)據(jù)信息化、高效化提供了可能。 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)容量上，可同時(shí)支持2000 個(gè)以上勘察項(xiàng)目、100000 個(gè)以上勘探鉆孔級(jí)別的數(shù)據(jù)。 隨著數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的不斷擴(kuò)充和完善，該系統(tǒng)可逐步覆蓋研究規(guī)劃區(qū)域，既實(shí)現(xiàn)了工程地質(zhì)數(shù)據(jù)的科學(xué)、高效管理，又可為交通行業(yè)的發(fā)展、建設(shè)與管理服務(wù)，包括城市規(guī)劃、抗震規(guī)劃、地下管網(wǎng)布局、工程選線、地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估及前期立項(xiàng)等提供基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)與咨詢服務(wù)，節(jié)約工期與資源，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的二次經(jīng)濟(jì)效益。 同時(shí)，這也有利于貫徹落實(shí)國(guó)家“十三五”勘察信息化工作的戰(zhàn)略方針，方便交通規(guī)劃部門結(jié)合地下地質(zhì)條件科學(xué)規(guī)劃、合理布局。

4 結(jié)語

（1） 福建省交通工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將GIS 技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合起來， 以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施為載體， 實(shí)現(xiàn)了工程地質(zhì)數(shù)據(jù)的信息化存儲(chǔ)；將福建省近年來海量的交通工程地質(zhì)及工程勘察資料高效地管理起來， 并建立了標(biāo)準(zhǔn)地層庫可供對(duì)比。 系統(tǒng)各模塊的劃分合理準(zhǔn)確，用戶可通過項(xiàng)目搜索框快速查找所需資料，實(shí)現(xiàn)了工程勘察資料的共享，獲得最大工程效益。

（2）本系統(tǒng)的開發(fā)和研制，克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)資料管理模式下，地質(zhì)資料難整理、易丟失、煩調(diào)用的缺點(diǎn)，是一次技術(shù)上的革新。 未來，隨著系統(tǒng)中勘察項(xiàng)目和鉆孔數(shù)據(jù)的增多，可以進(jìn)一步對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一，并擴(kuò)大系統(tǒng)應(yīng)用的地理區(qū)域范圍。