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數(shù)字化巖土勘察工程技術的應用
摘要：我國_工.程建設的項目多，規(guī)模犬，地形、地質條件復雜，工程勘察行業(yè)在全面建設小康社會的過程中任務繁重，迫切需要先進技術。同時，我國已經步入社會主義市場經濟體制，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。隨著計算機信息技術的發(fā)展，巖土工程勘察數(shù)字化技術逐漸得到廣泛應用。本文分析了傳統(tǒng)勘察技術的不足，并介紹了巖土工程數(shù)字化勘察技術，在此基礎上重點分析討論了數(shù)字化勘察技術實現(xiàn)應用的：是鍵技術，對于進一步促進巖土工程數(shù)字化勘察技術的研究和應用進行了探討。
關鍵詞：巖土工程;數(shù)字化;勘察;信息化;應用技術
1、概述
巖土工程勘察是工程設計的先決條件。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，巖土工程技術人員較難直接利用它們再去分析場地中工程地質參數(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，這種表達描述空間構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。
隨著計算機圖形處理技術的完善，已經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)據庫管理、巖土工程特性分析、巖土工程地質解釋以及空間分析和預測、地學統(tǒng)計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勘察資料過于地質化由于主管部門長期的條塊分割，勘察、設計分散作業(yè)，加之巖土工程規(guī)范制定和新技術、新方法應用的滯后，以及專業(yè)設置不規(guī)范統(tǒng)一，巖土工程本身的特殊性等原因，設計與勘察之間脫鉤多，使得勘察提供的巖土工程信息通常以設計人員難以理解的形式出現(xiàn)，而且勘察也較難參與設計的全過程;設計人員也因知識的局限，很難深層次理解巖土工程勘察信息，因而勘察成果在設計中的使用效果不大，造成許多不應有的浪費和損失。
2.1.2勘察成果的數(shù)字化與數(shù)字化設計系統(tǒng)間不夠貫通勘察成果的數(shù)字化是設計系統(tǒng)的底圖或稱基礎數(shù)據，由于數(shù)字化的某些環(huán)節(jié)技術條件不成熟和不規(guī)范，與CAD設計軟件的接口不匹配，很難順利實現(xiàn)對接，設計系統(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，內容上定性描述較多。這一： 面造成設計人員對于勘察信息難于準確理解，另一方面造成對勘察信息處理、利用上的困難。
2.2數(shù)字化勘察技術概述數(shù)字化巖土工程勘察是指應用當代測繪技術、數(shù)據庫技術、計算機技術、網絡通信技術和CAD技術，通過計算機及其軟件，把一個工程項目的所有信息(勘察、設計、進度、計劃、變更等數(shù)據)有機地集成起來，建立綜合的計算機輔助信息流程，使勘察設計的技術手段從手工方式向現(xiàn)代化集成 CAD技術轉變，作到數(shù)據采集信息化、勘察資料處理數(shù)字化、硬件系統(tǒng)網絡化、圖文處理自動化，逐步形成和建立適應多專業(yè)、多工種生產的高效益、高柔性、智能化的工程勘察設計體系。該技術體系用系統(tǒng)工程觀點，把勘察、設計的圖紙、圖像、表格、文字等以數(shù)字化形式存貯，供各專業(yè)設計使用，達到快速、高效、準確的應用勘察成果目的，大幅度降低由于勘察成果的低效使用引起的設計變更，及其他工程質量問題，有效的節(jié)約社會成本資源。
3、數(shù)字化巖土工程勘察應用實現(xiàn)的關鍵技術探討
3.1巖土工程數(shù)字化建模方法巖土工程地質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，它的基本內容就是通過精確的表示出工程地質體的外表面來表示均質地質體的建模方法，也是目前廣泛使用的建模方法。表面模型法的數(shù)據來源是通過測點獲得的一系列離散的測點資料，包括測點的幾何特征數(shù)據和屬性特征數(shù)據，然后利用數(shù)據解釋結果重構地質體界面。可以抽象為把一系列同屬性的點按照一定的規(guī)則連接起來，構成網狀曲面片，進而確定整個地質體的空間屬性，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)則格網法、等值線法、不規(guī)則格網法等，其中不規(guī)則格網法是廣泛選用的模型表示法，詳細探討如下：
不規(guī)則格網法(TIN)是將區(qū)域內有限個點將區(qū)域劃分為相連的三角面網絡。區(qū)域中任意點落在三角面的頂點、邊上或三角形內，如果任意點不在頂點上，則該點的數(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的高程，在三角形內則用三個頂點的高程)，所以TIN是一個三維空間的分段線性模型，在整個區(qū)域內連續(xù)但不可微。有許多種表達TIN拓撲結構的存儲方式，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)點都對應一個記錄，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的記錄的指針;也可以直接對每個三角形記錄其頂點和相鄰三角形。每個節(jié)點包括三個坐標值的字段，分別存儲x，Y，z坐標。這種拓撲網絡結構的特點是：對于給定一個三角形，查詢其曼個頂點屬性和相鄰三角形所用的時間是定長的。它在沿直線計算地形剖面線時具有較高的效率，當然可以在此結構的基礎上增加其它變化，以提高某些特殊運算的效率。
3.2數(shù)字化巖±勘察工程數(shù)據庫系統(tǒng)基于GIS的巖土工程勘察涉及到的原始數(shù)據主要為地理信息方面的空間數(shù)據和非 間數(shù)據，數(shù)據來源包括：
3.2.1基礎地理數(shù)據這些數(shù)據主要包括
(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)據這些數(shù)據主要包括所研究區(qū)域的工程地質勘探資料。經過篩選、處理的各勘探點包括地理、環(huán)境、土的物理力學指標在內的所有信息。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。結合上述分析，數(shù)字化巖土勘察工程數(shù)據庫系統(tǒng)可以按以下幾個步驟實施構建：
(1)巖土工程勘察數(shù)據庫的概念模型設計。
巖：工程勘察數(shù)據庫管理作為巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的一項基礎工作是一個數(shù)據密集、處理復雜的數(shù)據庫應用問題，為了能獲得反映信息世界的概念性數(shù)據模型，將與實體和聯(lián)系相關的功能與行為剝離出來，僅從現(xiàn)實世界中實體的數(shù)據側面來建立模型即研究數(shù)據對象與屬性及其關系，并在此基礎上建立相對應的數(shù)據庫表結構。
(2)數(shù)據庫建立實現(xiàn)。
巖土工程一體化系統(tǒng)的數(shù)據有三類：用戶輸入的原始數(shù)據、系統(tǒng)生成的中間數(shù)據及最終數(shù)據。原始數(shù)據由測點數(shù)據組成，而測點數(shù)據又由測點幾何屬性數(shù)據(位置)和測點信息屬性數(shù)據;中間數(shù)據包括根據原始數(shù)據系統(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，根據這螳模型可以生成用戶需要的各種圖件，還可以進行各種信息查詢操作;最終數(shù)據種類繁多，主要是根據用戶需要由中間數(shù)據生成，包括圖形資料和文檔資料(如勘察報告等)。
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、航務及工民建等。鐵路勘察行業(yè)處于領導地位的有中鐵第一勘察設計院(現(xiàn)歸屬中國鐵建)、鐵道第二勘察設計院(現(xiàn)歸屬中國中鐵);公路勘察行業(yè)處于領導地位的有中交第一公路勘察設計研究院(總部位于西安)、中交第二公路勘察設計研究院 (總部位于武漢);航務勘察行業(yè)處于領導地位的有中交第一航務1：程勘察設計院(總部位于天津)、中交第二航務工程勘察設計院(總部位于武漢)。
雖然各行業(yè)已有相應的勘察規(guī)范，但僅局限于對勘察于段、勘察理論和勘察技術的規(guī)定，對勘察成果數(shù)字化這一領域還是一片空白。實際工程活動中，各個勘察設計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)范程序化的設汁軟件接軌，直接導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)字化應采用統(tǒng)一的標準，可指定唯一的機構(On中國勘察設計協(xié)會)組織各行業(yè)的主要成員對勘察成果數(shù)字化程序和軟件進行匯編，并可向社會各界進行邀請參與，制定套統(tǒng)一標準的勘察成果數(shù)字化程序軟件，各行業(yè)或單位在應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的參數(shù)后，即可數(shù)字化生成統(tǒng)一標準的勘察成果資料，并與現(xiàn)行的設計程序軟件耦合，便于高效的應用勘察成果，有效的提高勘察設計生產效率，降低社會資源成本，并國際領先的勘察設計軟件進行接軌。
4、結束語
從對巖土工程勘察方法實施規(guī)范改進，逐步過渡到數(shù)字化勘察技術的制定，并推廣其廣泛應用，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，不僅僅是因為各行業(yè)和地域空間范圍的主管機構存在差異性，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人才的培養(yǎng)，并推進該技術的研究應用，以真正實現(xiàn)巖土工程數(shù)字化勘察的廣泛應用，迅速與國際上先進的巖土勘察接軌，提高我國巖土工程勘察行業(yè)的生產和競爭能力。
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