工程勘察內外業一體化信息管理平臺設計與應用

宋廣，吳芮，安亞杰

(河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州450003)

0 引言

巖土工程地質勘察是工程設計的基礎和前提，傳統的地質勘察工作大致分為三部分：一是外業收集數據、內業分析整理、制圖編寫報告。外業數據采集以紙質記錄為主，效率低，易出錯，部分儀器可自動記錄，但數據分散，不易處理。二是內外業工作交叉分步進行，外業工作無法同時進行數據處理，當場分析檢查困難，內外業不同步導致難以及時發現并及時解決野外問題。三是外業數據反饋慢，技術質量管控人員，難以對現場技術工作進行及時有效地指導和管控。傳統勘察工作內外業分離的工作模式存在時效慢、效率低、協同少和管控難等問題。

近些年，隨著移動互聯網、云計算、物聯網、3S技術、數據庫等信息技術的發展，基于GIS“一張圖”的外業數據采集信息化技術取得重大成果，推進了工程勘察信息化建設邁上新臺階。因此，如何從公司的實際情況著眼，通過數字化建設科技探索，促成工程勘察內外業一體化，成為巖土工程師熱切關注的問題。

1 總體設計及關鍵技術

1.1 平臺架構

工程勘察內外業一體化信息管理平臺由Web管理后臺、移動APP端兩部分組成，兩者之間的數據互通互聯，由Web管理后臺統一管理，基于B/S與C/S架構，綜合利用GIS平臺，采用SOA設計思想，基于MVC WebAPI三層框架開發。主體采用實體框架Entity Framework,系統架構包括應用服務層、業務服務層、數據信息層3個層面與2個體系。為外業采集和內業生產提供系統服務。工程勘察內外業一體化平臺總體框架如圖1所示，具體分析如下。

圖1 管理平臺總體架構圖

數據信息層。數據層是整個系統的數據支撐與保證，主要提供數據訪問和存儲等各項數據的管理服務，是工程勘察內外業一體化信息管理平臺的數據中心。構建工程勘察庫，包括項目、地質、空間、成果文件、平臺管理等數據。

業務服務層。業務服務層主要包括“一張圖”綜合服務、業務構件、單點登錄服務、工作流引擎、數據模型、加解密服務以及各應用系統的應用等幾部分服務。

應用服務層。應用服務層由Web管理端與APP移動端兩部分構成。移動端APP使用對象為外業數據采集人員，用于巡查前查看規劃線路、在巡查過程中進行工程設置、數據采集、數據管理、導航等功能。Web管理端使用對象為各級管理人員，主要負責前期的項目設置、地圖管理、外業勘探設置以及數據采集后的展示、分析匯總、格式轉換、成果生成等工作。

安全保障體系。安全保障體系是維護平臺正常運行與應用的根本，能夠提升管理平臺抗風險與防入侵的能力，包括訪問、網絡、服務器、數據、運行等方面的防護。

標準規范體系。標準規范體系是支撐平臺搭建與持續運行的基礎，是加強應用協同、數據共享、成本控制及平臺擴展的需要，同時也是提升項目建設效率、平臺優化、持續改進的需要。

1.2 數據庫設計

根據工程勘察業務流程及平臺功能運行需求，結合了EF的框架體系，運用SQL Server存儲數據。其優點在于易用性、切合分布式架構的可擴展性、與IDE及服務端軟件緊密結合。數據庫采用多源基礎數據，對數據進行獲取、存儲、加工、分析，收集整合影像圖、地質圖、構造圖、項目地圖等專題信息，按照一定的標準進行數據融合并存入相應的數據表中，同時多媒體數據以路徑方式存儲，極大節約了數據庫存儲空間并提升了訪問速度。

整個平臺涉及創建工程及項目、選擇參與人員、多源數據融合、發布地圖、移動端數據采集、web端補充完善等多個環節，數據的流轉過程如圖2所示。

圖2 平臺的數據流轉圖

1.3 關鍵技術

1.3.1 多源異構數據融合

工程勘探數據來源多樣，這為數據分析與應用帶來難度，為了把不同來源、格式、比例尺、多投影方式或大地坐標系統的地理空間數據在邏輯上或物理上的有機集中，從而實現地理信息的共享，特設計了一套數據的整合方案。該方案利用數據標準化技術對元數據進行收集、解析、加工、存儲及關聯分析等處理，通過坐標參考體系與投影方式轉換、數據格式轉換、地理要素語義融合等一系列措施，基于GIS平臺搭建，實現數據的展示與統計、計算、應用分析、制圖等功能。

1.3.2 一張圖綜合服務

將基礎地理及業務數據和服務，集成到統一的地圖上，實現多維度、多角度、多層次、多方位地展示與監管工程勘察情況，形成工程勘察內外業一體化一張圖綜合展示服務，使所有相關人員能夠在統一的平臺上直觀、動態及時地實現信息共享，并通過Web端和移動端進行展示與預警，更好地為綜合監管、智能運營、輔助決策服務，真正實現了圖數相接，圖數入庫、權屬落地的目標。

1.3.3 集成多類技術方法

充分利用統計分析、分片上傳、GIS、數據格式轉換等多項技術，實現數據上傳、融合、匯聚、分析評估的智能化數據分析過程，形成了一系列的工程勘察技術標準。集成多類技術包含：實現了CAD圖紙在GIS平臺的顯示問題，解決了CAD圖紙在GIS平臺線型、字體不能正確表達的問題；依據用戶需求，可繪制鉆孔柱狀圖、監測日報等報告、圖表；打通了與巖土勘察軟件、巖土設計軟件、三維建模軟件的數據接口，系統可將平臺的鉆孔數據轉換為理正、slope等軟件的接口文件；對多媒體文件采用分片上傳、斷點續傳的方式，將所有上傳的多媒體文件，按照一定的大小，將整個文件分割成多個數據塊來進行分別上傳，上傳完成再由服務器對所有上傳文件進行匯總整合成原始的文件，分片上傳不僅可以避免網絡環境不好引起重新上傳的問題，同時還使用多線程對不同切片數據進行并發送，提升了發送效率，降低發送的時間。

2 功能模塊

工程勘察內外業一體化信息管理平臺包括Web管理后臺、移動APP兩個子系統，兩者一內一外，相輔相成。

2.1 信息管理平臺Web管理后臺

Web管理后臺從工程勘察業務需求出發，注重提供直觀、真實、全面、高效的工程勘察信息。管理后臺的服務對象是工程勘察決策指揮人員，核心功能模塊包括一張圖、工程、數據、成果、設備、系統等管理模塊。

一張圖模塊。一張圖模塊是將錄入系統的工程顯示在一張圖上，結合工具欄和菜單欄中各項操作工具和分析工具實現任意圖層的疊加、平移、縮放、搜索、定位、屬性查看、測量、瀏覽、截圖、空間分析、書簽、圖例展示等。

工程管理模塊。工程項目是系統的核心，根據水利工程的特點，系統建立了工程、階段、部位三級目錄。一個工程可以對應有多個階段，各階段可以對應多個工程部位。工程的屬性信息中有工程的類別、等級、規模、所在區域、所屬流域、狀態等信息。工程模塊包括工程項目設置、參與人員等數據的管理。

數據管理模塊。數據管理模塊主要針對外業采集的基礎數據進行管理操作、包括對勘探點、地層模板、地質測繪、施工地質、土工試驗等數據的增刪改查，同時提供標準化、規范化處理，滿足決策人員對采集的信息進行審核、調整，為成果導輸出提供保障。

成果管理模塊。成果管理主要針對整理后的采集數據成果批量導出，包括圖表、多媒體文件、空間數據導出。

設備管理。包括車輛管理和物探設備管理功能。

系統管理模塊。對政區、流域、用戶、標準與規范進行統一管理，并提供相應的管理維護界面。角色類型分為系統、項目兩大類，系統類角色控制菜單的訪問，項目類角色決定對某個工程進行細節控制，為不同用戶分配不同的系統和項目角色，實現分級分權分項目管理。

2.2 信息管理平臺移動APP

工程勘察內外業一體化管理平臺移動端基于 Android Studio環境進行設計，集GPS定位、地質素描、地質羅盤、數據暫存、數碼相機等功能于一體的智能勘察采集移動端。方便了外業人員在復雜的作業環境下使用，革新了工程勘察信息采集的傳統模式。主要模塊如下：

一是空間信息采集。基于GIS平臺，運用GPS定位、遙感、移動互聯網等技術手段，可快速定位用戶當前位置，進行空間信息采集。二是屬性數據上傳。實現外業地質要素信息的上傳，包括勘探數據、地層測繪數據、原位試驗及土木實驗數據等信息的上傳、同時可以在網絡環境不好情況下使用暫存功能，待網絡環境穩定后進行批量上傳。三是成果管理模塊。可對采集的信息進行查看、更新、重新上傳等操作。

3 綜合平臺應用

綜合平臺于2020年11月正式投入運用。系統運行平穩，使用頻率高，廣泛應用在南水北調中線工程總干渠河南段、小浪底北岸灌區工程、白龜山水庫大壩安全評價工程等幾十個大中型項目中。工程涵蓋樞紐、灌區、引調水、水庫、水生態與景觀、河道治理等多種工程類型，在這些工程的地質勘察實際運用中提高了地質工程師和工程勘察決策人員的工作效率。

外業人員可以應用智能設備的GPS定位和導航功能，在野外快速定位自己位置并找到勘察地質目標，同時可以利用現場拍照和視頻錄制等手段，實現了全過程數字化服務與管理。

工程勘察管理人員使用Web后臺進行數據匯總分析、報表生成、數據格式轉換、批量出圖等功能，實現了對勘察業務的實時動態管理。

4 結語

綜上所述，工程勘察內外業一體化信息管理平臺基于Web管理端和移動APP端，實現野外工程勘察信息的電子采集，不僅可以減少地質工程師外業編錄的工作量，而且可以進行作業成果的電子化記錄歸檔，同時還可以將歷史鉆孔數據直接導入導出，減少數據采集與生產環節的工作量，推動了內外業管理流程的現代化與標準化。進一步提升地質勘察的進度和質量，促進了河南省水利行業信息化水平向前發展。工程勘察內外業一體化信息管理平臺雖然已成功應用于實際工程中，但由于時間、研究范圍的原因，還有需要改善的地方，怎么在更廣范圍內實現智慧化建設還沒太多探索，這些需要更多的投入，把人工智能、大數據，物聯網、BIM+GIS技術與工程勘察進行深度融合，推動水利信息化向智慧化穩步前進。