城市區域多巖土勘察工程的信息綜合提取與多系統耦合建模與分析

岳玉梅

中冶沈勘工程技術有限公司 遼寧 沈陽 110135

近年來，地理信息系統作為存儲、查詢、顯示地理信息的主要手段已經被大規模的熟知和認可，并且廣泛應用在城市的規劃和建設中。同時BIM技術的推進，數字城市等的發展，巖土勘察領域也逐步向可視化及信息化發展。因此，本文結合二維巖土工程地質數據的管理與三維地質模型的可視化這兩個功能，擺脫只能實現對單項工程建模的現狀，滿足了城市區域多巖土勘察工程的信息綜合提取與多系統耦合建模的需求，利用多系統的融合，整體反應區域類工程分布及地層地質信息，大大提高地質數據管理和地下規劃的效率。

1 系統設計

1.1 系統總體架構

沈陽市巖土工程地質數據庫信息系統（如圖1所示）為3層體系架構，主要分為數據層、業務邏輯層和表現層，是以Client/Server（客戶機/服務器）結構建立的信息系統，采用組件開發的形式進行實現。

系統的數據層為數據庫服務器；業務邏輯層實現對數據層執行操作；表現層提供使用界面及可視化瀏覽與結果分析。

1.2 系統需求分析

系統不僅要求實現一般二維單項工程的數據管理和分析還要實現多項工程綜合三維模型建立和空間分析的功能，包括：

1）基于多個地質工程的數據，統一建立了沈陽市的標準地質土層信息表，有利于了解并且統籌規劃整個城市的地下土層情況。

2）打破理正巖土工程勘察軟件只可以實現單項工程的數據處理這一弊端，針對理正軟件巖土工程數據庫數據的格式，設計了巖土工程對象的數據模型與數據結構，實現多個工程的數據的融合表達。

3）采用面向對象編程技術，實現了信息綜合提取與多系統耦合，基于ArcEngine二次開發并集成了地質體模型建立的三維顯示，實現多方位的可視查詢與分析功能。

2 數據庫設計

2.1 數據來源

城市巖土勘察工程信息系統的數據包括以統一管理的格式為shape的矢量地圖數據為基礎測繪地理信息數據和采用理正巖土工程地質勘察CAD輸出的格式為ACCESS巖土工程數據。整體采用西安80坐標系。

2.2 數據庫結構設計

本系統以沈陽市巖土勘察工程數據為空間數據庫的基礎數據，用PostgreSQL 8.3作為數據庫平臺，ArcSDE為數據庫引擎，實現空間、屬性數據的使用和管理。

巖土工程地質數據數據庫含有82個屬性表，以字母d開頭表格代表工程地質信息數據,包含不良地質、構造，斷層；以字母g開頭表格代表表格屬性數據,包含對照表、配置表、表格表頭信息等;以字母z_c開頭表格代表膨脹度屬性數據取樣、水質、質檢等信息;以字母z_g頭表格代表巖體風化度、潮濕度、可塑性及鉆孔孔徑和水位土、層信息等;以字母z_y開頭的表格是載荷、靜探、動探、液化等信息;以z字母開頭的表格鉆孔數據的空間位置信息。

3 數據接口的多系統耦合

為了將大量的巖土勘察工程數據充分利用，并實現對工程中的城市地質體進行大規模區域的三維可視化建模、工程信息的管理和理正巖土勘察CAD專項應用，就必須涉及到的問題：數據的融合和建立巖土勘察工程建立對應的數據模型。本文在研究多系統的數據模型的基礎上改進了數據模型的組織結構對巖土勘察工程進行描述，該數據模型反映了巖土工程在空間的變化軌跡、鉆孔點取樣的空間位置及其屬性特征。

3.1 巖土勘察工程數據模型

巖土工程地質數據庫的建設需要用到鉆孔數據、土層數據、剖線數據和工程信息數據，因此數據庫中主要的表為鉆孔數據表、土層數據、剖線數據和工程信息數據（z_ZuanKong、z_g_TuCeng、p_PouXian和x_GongCheng）。三維建模時，只需要有Dcollar數據和土層數據便可以單項工程的三維模型，其他幾項數據作為巖土工程勘察中常使用的數據表，因此，為了多項工程數據融合及大區域數據管理，需將這些數據接口重新設計。

3.2 巖土勘察工程數據庫與多系統耦合

本系統中巖土勘察工程數據需要與三個系統進行融合，分別為：①剖面圖繪制；②理正巖土勘察軟件；③巖土工程三維可視化系統。

3.2.1 剖面圖繪制系統接口設計與數據融合

基于AutoCAD的剖面繪制系統主要通過手動和自動選擇單項工程鉆孔點，并連成線狀成剖面線段后，存入Access數據庫表中。而本系統中則需要跨區域跨工程的手動選擇鉆孔點，并且需要重新生成融合原多個工程數據的工程信息。因此，在原p_PouXian剖線表數據結構進行了字段和內容上的修改使數據可以為系統所使用。

3.2.2 理正巖土勘察軟件數據接口設計與數據耦合

理正巖土勘察軟件一直都是處于一個單一數據信息為單一工程服務的狀態，沒有形成區域內的巖土工程數據的合并應用，使得數據之間沒有相互依存作用，不能顯示其共性和差異性。而巖土工程的特點應該是在區域標準明確、信息量豐富、數據層次明顯、數據關聯性強、數據共享高效性強和適合不同層次的。如圖1所示，為多系統耦合設計過程。為了讓用戶在同一平臺上操作基礎巖土工程GIS系統，提出理正與本系統的融合使用。在技術上，基于理正Access數據庫的表框架，將通過多項工程提取到的鉆孔點重新組合編號，形成新的鉆孔編號（zkbh）字段。

圖1 多系統融合設計過程

3.2.3 巖土工程三維可視化系統接口設計與數據融合

巖土工程三維可視化系統采用鉆孔表和土層表的信息來實現三維地層模型的建立，但是在區域建模時，由于不同工程件存在鉆孔編號、土層信息數據格式的差異不能滿足自動建模的要求，因此需要設計統一的鉆孔編號來替換單個工程中的編號字段。

4 多工程信息綜合管理

系統從GlS整體性考慮，圍繞系統應用的共性特征，針統一體系結構、統一信息分類編碼、統一數據交換格式、統一接口規范等問題，同時還對地理信息的空間定位、系統的軟硬件環境、數據質量、數據通信與系統互連、系統的安全與保密等方面提出相應的標準化、規范化要求，以達到數據共享的目的，并為系統互操作打基礎。

綜合了二維數據管理和三維模型可視化的優勢，不僅可以實現一般意義上數據的增加、刪除、修改和查詢，二三維模型的聯動顯示為使用者提供便利的屬性查詢功能。除此之外，本系統在對土層數據的管理方面創新的將城市土層進行標準化處理。根據不同工程中的土層數據中提取出沈陽市的標準地層數據，將從整體的角度對城市地層進行管理和決策應用。

5 功能實現與實例應用

本研究以沈陽市區內6個巖土工程勘察項目為例，包括：沈陽新世界會展中心、萬科春河項目、萬科春河項目2期、沈陽世茂新世界一期商業樓盤、中一集團皇朝萬鑫大廈、萬科彩電塔地塊。共布設鉆孔3248個，區域南北約15.2公里，東西約4.9公里，將工程鉆孔數據、土層數據、工程信息等地質信息作為管理對象，如圖2所示，該系統與理正系統耦合，實現理正數據的自動入庫管理。以ArcGIS Engine以及c#作為系統的開發平臺和工具，初步建立起具有實用性和可行性的沈陽市巖土工程地質數據多系統耦合建模信息管理系統。如圖3所示，本系統與三維可視化系統耦合，實現二維與三維模式的交互式使用。

圖2 本系統與理正巖土勘察CAD耦合使用

圖3 本系統與三維可視化系統耦合建模結束語

采用數據庫技術，通過數據接口的多系統耦合，實現多工程信息綜合管理。綜合二維和三維的優勢，為使用者提供便利的同時，為城市地層綜合管理和決策也提供了很大的數據支持。