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數(shù)字化巖土勘察工程技術(shù)的應(yīng)用
摘要：我國_工.程建設(shè)的項(xiàng)目多，規(guī)模犬，地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，工程勘察行業(yè)在全面建設(shè)小康社會的過程中任務(wù)繁重，迫切需要先進(jìn)技術(shù)。同時，我國已經(jīng)步入社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制，社會主義法制日臻完善，市場日趨成熟，綜合國力明顯提高，有條件對科技開發(fā)予以更多投入。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)逐漸得到廣泛應(yīng)用。本文分析了傳統(tǒng)勘察技術(shù)的不足，并介紹了巖土工程數(shù)字化勘察技術(shù)，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析討論了數(shù)字化勘察技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的：是鍵技術(shù)，對于進(jìn)一步促進(jìn)巖土工程數(shù)字化勘察技術(shù)的研究和應(yīng)用進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：巖土工程;數(shù)字化;勘察;信息化;應(yīng)用技術(shù)
1、概述
巖土工程勘察是工程設(shè)計(jì)的先決條件。一般巖土工程信息，包括地形地貌、地層界面、斷層、地下水位、風(fēng)化層厚度以及各種物探、化探資料，這些資料只是一些 離散的數(shù)據(jù)，巖土工程技術(shù)人員較難直接利用它們再去分析場地中工程地質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律，更何況傳統(tǒng)的巖土工程資料分析和解釋一般都局限于二維、靜態(tài)的表達(dá)，這種表達(dá)描述空間構(gòu)造起伏變化的直觀性差，往往不能充分揭示它們空間變化的規(guī)律，難以使人們直接、完整、準(zhǔn)確地理解，也就越來越不能滿足工程的空間分析要求。
隨著計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)的完善，已經(jīng)完全可以集成以巖土工程建模、巖土工程數(shù)字化、巖土工程數(shù)據(jù)庫管理、巖土工程特性分析、巖土工程地質(zhì)解釋以及空間分析和預(yù)測、地學(xué)統(tǒng)計(jì)和圖形可視化的一體化系統(tǒng)，繼而發(fā)展成為現(xiàn)代化、信息化為一體的巖土工程勘察數(shù)字化新體系。本論文就將主要對數(shù)字化的巖土工程勘察進(jìn)行簡單的探討，以期和同行分享。
2、巖土工程勘察方法概述
2.1傳統(tǒng)的巖土工程勘察方法存在的問題
2.1.1勘察資料過于地質(zhì)化由于主管部門長期的條塊分割，勘察、設(shè)計(jì)分散作業(yè)，加之巖土工程規(guī)范制定和新技術(shù)、新方法應(yīng)用的滯后，以及專業(yè)設(shè)置不規(guī)范統(tǒng)一，巖土工程本身的特殊性等原因，設(shè)計(jì)與勘察之間脫鉤多，使得勘察提供的巖土工程信息通常以設(shè)計(jì)人員難以理解的形式出現(xiàn)，而且勘察也較難參與設(shè)計(jì)的全過程;設(shè)計(jì)人員也因知識的局限，很難深層次理解巖土工程勘察信息，因而勘察成果在設(shè)計(jì)中的使用效果不大，造成許多不應(yīng)有的浪費(fèi)和損失。
2.1.2勘察成果的數(shù)字化與數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)間不夠貫通勘察成果的數(shù)字化是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的底圖或稱基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由于數(shù)字化的某些環(huán)節(jié)技術(shù)條件不成熟和不規(guī)范，與CAD設(shè)計(jì)軟件的接口不匹配，很難順利實(shí)現(xiàn)對接，設(shè)計(jì)系統(tǒng)不得不重新將勘察資料數(shù)字化，并大大影響了勘察成果中CAD的推廣應(yīng)用。
2.1. 3 勘察信息數(shù)字化程度低勘察單位提供的勘察信息往往以圖紙、表格、文字等形式為主，內(nèi)容上定性描述較多。這一： 面造成設(shè)計(jì)人員對于勘察信息難于準(zhǔn)確理解，另一方面造成對勘察信息處理、利用上的困難。
2.2數(shù)字化勘察技術(shù)概述數(shù)字化巖土工程勘察是指應(yīng)用當(dāng)代測繪技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和CAD技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，把一個工程項(xiàng)目的所有信息(勘察、設(shè)計(jì)、進(jìn)度、計(jì)劃、變更等數(shù)據(jù))有機(jī)地集成起來，建立綜合的計(jì)算機(jī)輔助信息流程，使勘察設(shè)計(jì)的技術(shù)手段從手工方式向現(xiàn)代化集成 CAD技術(shù)轉(zhuǎn)變，作到數(shù)據(jù)采集信息化、勘察資料處理數(shù)字化、硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、圖文處理自動化，逐步形成和建立適應(yīng)多專業(yè)、多工種生產(chǎn)的高效益、高柔性、智能化的工程勘察設(shè)計(jì)體系。該技術(shù)體系用系統(tǒng)工程觀點(diǎn)，把勘察、設(shè)計(jì)的圖紙、圖像、表格、文字等以數(shù)字化形式存貯，供各專業(yè)設(shè)計(jì)使用，達(dá)到快速、高效、準(zhǔn)確的應(yīng)用勘察成果目的，大幅度降低由于勘察成果的低效使用引起的設(shè)計(jì)變更，及其他工程質(zhì)量問題，有效的節(jié)約社會成本資源。
3、數(shù)字化巖土工程勘察應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)探討
3.1巖土工程數(shù)字化建模方法巖土工程地質(zhì)建模的方法目前采用的主要有表面模型法，表面模型法(也叫數(shù)字表面模型)的歷史較早，它的基本內(nèi)容就是通過精確的表示出工程地質(zhì)體的外表面來表示均質(zhì)地質(zhì)體的建模方法，也是目前廣泛使用的建模方法。表面模型法的數(shù)據(jù)來源是通過測點(diǎn)獲得的一系列離散的測點(diǎn)資料，包括測點(diǎn)的幾何特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)據(jù)解釋結(jié)果重構(gòu)地質(zhì)體界面�？梢猿橄鬄榘岩幌盗型瑢傩缘狞c(diǎn)按照一定的規(guī)則連接起來，構(gòu)成網(wǎng)狀曲面片，進(jìn)而確定整個地質(zhì)體的空間屬性，有很多方法用來表示表面，常用的方法主要有數(shù)學(xué)模型法和圖示模型法，本論文主要討論圖示模型法。常用的圖示模型法有邊界表示法、規(guī)則格網(wǎng)法、等值線法、不規(guī)則格網(wǎng)法等，其中不規(guī)則格網(wǎng)法是廣泛選用的模型表示法，詳細(xì)探討如下：
不規(guī)則格網(wǎng)法(TIN)是將區(qū)域內(nèi)有限個點(diǎn)將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內(nèi)，如果任意點(diǎn)不在頂點(diǎn)上，則該點(diǎn)的數(shù)字屬性值通常通過線性插值的方法得到(在邊上用邊的兩個頂點(diǎn)的高程，在三角形內(nèi)則用三個頂點(diǎn)的高程)，所以TIN是一個三維空間的分段線性模型，在整個區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。有許多種表達(dá)TIN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的存儲方式，這里采用一個簡單的記錄方式是：對于每一個三角形、邊和節(jié)點(diǎn)都對應(yīng)一個記錄，三角形的記錄包括三個指向它三個邊的記錄的指針，邊的記錄有四個指針字段，包括兩個指向相鄰三角形記錄的指針和它的兩個頂點(diǎn)的記錄的指針;也可以直接對每個三角形記錄其頂點(diǎn)和相鄰三角形。每個節(jié)點(diǎn)包括三個坐標(biāo)值的字段，分別存儲x，Y，z坐標(biāo)。這種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：對于給定一個三角形，查詢其曼個頂點(diǎn)屬性和相鄰三角形所用的時間是定長的。它在沿直線計(jì)算地形剖面線時具有較高的效率，當(dāng)然可以在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加其它變化，以提高某些特殊運(yùn)算的效率。
3.2數(shù)字化巖±勘察工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基于GIS的巖土工程勘察涉及到的原始數(shù)據(jù)主要為地理信息方面的空間數(shù)據(jù)和非 間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源包括：
3.2.1基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)主要包括
(1)自然區(qū)劃圖。該圖反映被研究區(qū)域的地理區(qū)劃、河流、道路、居民區(qū)、山川、公共設(shè)施等等自然地理信息。
(2)地形、地貌圖。該圖反映被研究區(qū)域的自然地貌情況。
3.2.2 巖土工程勘察數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)主要包括所研究區(qū)域的工程地質(zhì)勘探資料。經(jīng)過篩選、處理的各勘探點(diǎn)包括地理、環(huán)境、土的物理力學(xué)指標(biāo)在內(nèi)的所有信息。各類建筑場地的地層信息，比如液化等級、液化指數(shù)、特征周期、年代、沉積相等。結(jié)合上述分析，數(shù)字化巖土勘察工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以按以下幾個步驟實(shí)施構(gòu)建：
(1)巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫的概念模型設(shè)計(jì)。
巖：工程勘察數(shù)據(jù)庫管理作為巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作是一個數(shù)據(jù)密集、處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用問題，為了能獲得反映信息世界的概念性數(shù)據(jù)模型，將與實(shí)體和聯(lián)系相關(guān)的功能與行為剝離出來，僅從現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的數(shù)據(jù)側(cè)面來建立模型即研究數(shù)據(jù)對象與屬性及其關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上建立相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。
(2)數(shù)據(jù)庫建立實(shí)現(xiàn)。
巖土工程一體化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有三類：用戶輸入的原始數(shù)據(jù)、系統(tǒng)生成的中間數(shù)據(jù)及最終數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)由測點(diǎn)數(shù)據(jù)組成，而測點(diǎn)數(shù)據(jù)又由測點(diǎn)幾何屬性數(shù)據(jù)(位置)和測點(diǎn)信息屬性數(shù)據(jù);中間數(shù)據(jù)包括根據(jù)原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動生成的地層層面等值線模型、三維表面模型、剖面模型等，根據(jù)這螳模型可以生成用戶需要的各種圖件，還可以進(jìn)行各種信息查詢操作;最終數(shù)據(jù)種類繁多，主要是根據(jù)用戶需要由中間數(shù)據(jù)生成，包括圖形資料和文檔資料(如勘察報(bào)告等)。
3.3數(shù)字化巖土勘察的規(guī)范化目前，巖土勘察按行業(yè)主要有鐵路、公路、航務(wù)及工民建等。鐵路勘察行業(yè)處于領(lǐng)導(dǎo)地位的有中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院(現(xiàn)歸屬中國鐵建)、鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院(現(xiàn)歸屬中國中鐵);公路勘察行業(yè)處于領(lǐng)導(dǎo)地位的有中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院(總部位于西安)、中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院 (總部位于武漢);航務(wù)勘察行業(yè)處于領(lǐng)導(dǎo)地位的有中交第一航務(wù)1：程勘察設(shè)計(jì)院(總部位于天津)、中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院(總部位于武漢)。
雖然各行業(yè)已有相應(yīng)的勘察規(guī)范，但僅局限于對勘察于段、勘察理論和勘察技術(shù)的規(guī)定，對勘察成果數(shù)字化這一領(lǐng)域還是一片空白。實(shí)際工程活動中，各個勘察設(shè)計(jì)院均有自己的一套軟件系統(tǒng)，及成圖數(shù)字化軟件，但相同的行業(yè)在不同的地域或相同的地域在不同的行業(yè)對巖土勘察成果的數(shù)字化流程、要求、程序軟件均存在較大差異。這就導(dǎo)致了同行業(yè)規(guī)范框架下生成的成果卻雜相叢生，難以和現(xiàn)已規(guī)范程序化的設(shè)汁軟件接軌，直接導(dǎo)致了勘察成果的高效使用。
所以，各行業(yè)的巖土勘察對成果的數(shù)字化應(yīng)采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可指定唯一的機(jī)構(gòu)(On中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會)組織各行業(yè)的主要成員對勘察成果數(shù)字化程序和軟件進(jìn)行匯編，并可向社會各界進(jìn)行邀請參與，制定套統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的勘察成果數(shù)字化程序軟件，各行業(yè)或單位在應(yīng)用時僅選擇適合于本行業(yè)的規(guī)范，在輸入通過勘察手段獲得的相應(yīng)的參數(shù)后，即可數(shù)字化生成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的勘察成果資料，并與現(xiàn)行的設(shè)計(jì)程序軟件耦合，便于高效的應(yīng)用勘察成果，有效的提高勘察設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率，降低社會資源成本，并國際領(lǐng)先的勘察設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行接軌。
4、結(jié)束語
從對巖土工程勘察方法實(shí)施規(guī)范改進(jìn)，逐步過渡到數(shù)字化勘察技術(shù)的制定，并推廣其廣泛應(yīng)用，這是勘察工程發(fā)展的必然趨勢。但是這其中還有一段很長的路要走，不僅僅是因?yàn)楦餍袠I(yè)和地域空間范圍的主管機(jī)構(gòu)存在差異性，而且我國目前在數(shù)字化勘察、勘探方面的專業(yè)人才也很匱乏，因此，必須鼓勵數(shù)字化巖土工程勘察技術(shù)人才的培養(yǎng)，并推進(jìn)該技術(shù)的研究應(yīng)用，以真正實(shí)現(xiàn)巖土工程數(shù)字化勘察的廣泛應(yīng)用，迅速與國際上先進(jìn)的巖土勘察接軌，提高我國巖土工程勘察行業(yè)的生產(chǎn)和競爭能力。
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