城市工程地質勘察鉆孔數據庫結構設計

牟今容，曾玉清，張楊

（湖南省自然資源事務中心，長沙410007）

1 引言

城市工程地質勘察鉆孔數據庫是指利用城市地質勘察鉆孔資料將工程勘察項目信息、鉆孔信息、試驗信息及其各種關聯關系以屬性表、屬性字段及索引的方式表示出來的綜合數據庫。該數據庫不僅可滿足數據易創建、易存取、易擴充的需要，還可實現數據查詢、統計、匯總等多種功能。

本文依托“湖南省長株潭城市群核心區地質資料信息服務集群化產業化”項目，建成了包含長株潭地區7 962份工勘資料、252 036個鉆孔、涉及21張屬性表的工程地質勘察鉆孔數據庫，重點介紹建設城市工程地質勘察鉆孔數據庫的方法及取得的經驗，可為其他城市開展相關工作提供借鑒和參考。

2 鉆孔數據概念模型

湖南省長沙株潭城市群城市工程地質勘察鉆孔多來源于工民建、公路、橋梁、軌道工程等項目在勘察階段完成的鉆孔，為了評價鉆孔揭露的主要巖土層，還進行了取樣試驗和原位測試。這些勘察成果數據大部分以該項目完成的巖土工程地質勘察報告的形式集中體現。

經大量工程地質勘察報告的認真分析，按照報告中工程基本信息→鉆孔基本信息→鉆孔分層數據→試驗數據的順序，清理勘察項目完成的鉆孔數據、試驗數據及各種關系，建立了鉆孔數據概念模型[1]（見圖1）。

圖1 工程項目與鉆孔之間的實體-聯系圖（E-R圖）

3 鉆孔數據庫結構設計

3.1 數據分類與屬性表設置

清理工程地質勘察報告中的鉆孔數據、試驗數據后，再對數據進行分類并設置對應的屬性表。按照不同的數據設置了工程施工信息表1張，鉆孔基本信息表1張，鉆孔分層信息表1張，場地分層信息表1張，物理力學性質試驗、三軸壓縮試驗、顆粒分析試驗等試驗數據表若干，如圖2所示[2]。

圖2 數據庫中屬性表展示

3.2 屬性表關聯與數據索引編碼

屬性表之間通過工程索引編碼和鉆孔索引編碼進行關聯。工程施工信息表與鉆孔基本信息表、場地分層信息表通過工程索引編碼關聯，鉆孔基本信息表與鉆孔分層信息表、各試驗數據表之間通過鉆孔索引編碼關聯，如圖3所示。

圖3 鉆孔數據庫屬性表關聯情況（部分）

設計數據索引編碼時，以一個工程為單位建立工程索引編碼，該工程中勘察完成鉆孔的索引編碼為工程索引編碼+3位數值型的鉆孔流水號。

3.3 數據庫屬性表內容

數據庫中屬性表數量多，字段類型多樣，為規范數據表結構，統一各類數據屬性表的數據項名稱、代碼、類型、長度、約束條件、單位等，設置了數據表結構基本格式[3]。

由于收集到的地質資料勘察時間、勘察目的、依據標準不同，導致鉆孔數據屬性命名、勘察階段劃分、參數取值、參數量綱等不統一。為方便建庫人員準確無誤地錄入鉆孔數據，有必要依據國家規范、相關行業技術標準規范，對數據項填寫內容進行規范統一。主要包括以下內容：（1）規范部分字段的填寫內容，比如，原資料中勘察階段出現“詳細勘察”“施工圖設計勘察”“詳細工程地質勘察”等幾種不同叫法，實為同一種勘察階段，在鉆孔數據庫建設時，統一按“詳細勘察”錄入，將“施工勘察”“補充測定”“施工中的勘察”“工程建設勘察”統一按“施工勘察”進行錄入。字段項“勘察階段”填寫內容有這4種選項：可行性研究勘察、初步勘察、詳細勘察、施工勘察。（2）規定了字段填寫的類型。比如，所有的時間按年月日格式列出，如2004-02-18；字段項“原坐標系名稱”應填寫鉆孔原始坐標系的空間坐標系名稱和高程基準，且空間坐標系與高程基準之間用“/”隔開。（3）統一了巖土參數的量綱，避免錄入的數據單位不統一。比如，原資料中“巖土密度”單位為“g/cm3”“kg/m3”等，現統一按單位為“g/cm3”的數據進行信息錄入，不同單位的數據應進行坐標轉換。（4）規范了巖土參數的取值指標。巖土參數的統計值較多，比如，平均值、標準差、變異系數、標準值等，在鉆孔數據庫中統一填寫“巖土密度”“含水量”“重度”“孔隙比”“塑性指數”“液性指數”“壓縮模量”“壓縮系數”的平均值，填寫“內摩擦角”“黏聚力”的標準值等。

4 鉆孔數據質量機檢功能設計

關系型數據庫的數據表、屬性字段之間通過主鍵關聯，這樣可利用字段項之間的邏輯關系來控制數據質量。完成鉆孔數據庫設計后，思考字段之間存在的邏輯關系，開發了機檢功能。主要包括以下3個方面：

1）鉆孔坐標正確性檢查（見圖4）。包括：（1）坐標位數檢查，如西安80坐標系下，X坐標應為6，為整數，Y坐標應為7，為整數。（2）坐標地理位置檢查，檢查坐標點是否位于某一市或者某個行政區等指定范圍內。（3）同一項目中編號相鄰的2個鉆孔坐標距離檢查。同一項目完成的鉆孔大多比較集中，可通過計算編號相鄰的2個鉆孔之間的距離，判斷坐標之間的距離是否超過檢測值（可自行設定），如超過則提示用戶檢查坐標對錯。

圖4 坐標正確性檢查功能展示

2）鉆孔分層數據邏輯性檢查。包括：（1）鉆孔基本信息表中的“鉆孔深度”應與鉆孔分層信息表中該鉆孔“層底埋深”最大值相等。（2）鉆孔分層信息表中某層的層底埋深-上層層底埋深=該層的地層厚度，某層層底標高-上層層底標高=該層地層厚度，層底標高=鉆孔孔口標高-層底埋深。

3）試驗數據值域檢查。包括：（1）試驗段的起始、終止深度均不超過鉆孔深度。（2）試驗段長度不超過檢測值，如可將標準貫入試驗的貫入深度檢測值設定為30 cm，輕型圓錐動探的貫入深度檢測值設定為30 cm，重型和超重型圓錐動探的貫入深度檢測值設定為10 cm。（3）試驗結果不超過檢測值，如以百分比為單位的試驗結果應在0~100、土巖樣的密度等性質指標不超過經驗取值等。

通過機檢功能判斷以上邏輯關系，輸出檢查結果，來方便用戶改正，高效避免人為誤差。

5 結論

本文高度總結了“湖南省長株潭城市群核心區地質資料信息服務集群化產業化”項目在建立鉆孔數據庫方面取得的經驗和成果。主要內容如下：

1）從工程地質勘察資料著手，理清了鉆孔數據庫結構設計的主要過程包括：建立數據概念模型，設計數據邏輯結構，完成數據分類與屬性表設置、屬性表關聯與數據索引、屬性表內容設計等，最終利用大量鉆孔資料建立了關系型數據庫。

2）提出的數據分類、數據表關聯及索引方法實現了鉆孔資料中眾多基本信息、分層信息、試驗數據等的有序管理，以及數據與數據之間的便捷索引。尤其在設計幾十張屬性表中幾百個字段項的填寫內容方面，積累了實踐經驗，主要表現在：規范字段的填寫內容、格式，統一巖土參數的量綱，規范巖土參數的取值指標等。

3）利用字段特征及字段之間的邏輯關系開發的鉆孔數據質量機檢功能能使建庫人員迅速便捷地查找出數據之間邏輯錯誤，縮短了人工檢查數據質量的時間。