工程勘察管理信息化关键技术研究

陈诗艾

（广东省重工建筑设计院有限公司 广州510670）

0 前言

当前，随着信息技术的飞速发展，以云计算、大数据、物联网、区块链、自动化、移动应用等技术为核心的信息化技术创新和变革不断深入，信息技术成为引领变革的主导力量，信息化建设模式发生了根本性变化，信息化应用进入全新的发展阶段［1，2］。工程勘察作为工程建设过程中重要的基础性工作，是工程建设中不可或缺的重要环节［3］，但目前工程勘察在技术进步、质量管理等方面停滞不前，甚至呈现倒退的趋势［4］。工程勘察迫切需要依托新技术进行管理方法的变革，而进行工程勘察信息化管理显然是一个适应时代发展的有效途径［5］。

从信息技术的角度看，工程勘察可看作一种“信息获取、信息理解和信息应用”的过程［6］。工程勘察管理信息化的关键点在于工程勘察业务各个流程实现信息化管理。

1 总体思路

工程勘察管理信息化关键技术研究主要从勘察工作流程入手，总体思路如图1所示。工程勘察管理信息化关键在于针对勘察流程的关键部位实现信息化，包括以下3个方面：外业数据采集信息化［5，7-10］、外业远程信息化监管、岩土试验信息化。关键环节的管理信息化可促进勘察流程重构［11］，使勘察外业、内业、试验各工序产生分离。流程重构需要通过勘察过程标准化作业（如建立地区标准地层系统、采用1 m岩芯箱及标准安全护具等）及数据集成（统一数据接口、统一数据标准）作为支撑，使不同环节的信息得以关联、流转，相互之间产生协同交互，保证质量的同时节省工期，提高生产效率。

图1 总体思路Fig.1 General Mind of the Research

2 关键技术方案研究

2.1 勘察外业数据采集信息化研究

勘察外业信息管理系统改变了传统的“纸+笔”人工数据采集记录的生产模式，研发了软件平台（APP）进行电子化地质编录、岩芯照片和现场照片拍摄、原位测试记录录入、取样及样品信息记录等，资料信息带有GPS定位信息以保证数据真实性。

2.1.1 勘察外业数据采集信息化流程设计

建立外业信息化管理系统，开发手机、平板电脑等移动设备端专用的软件平台（APP），APP上的信息数据保存在设备本地，并通过移动通讯网络实时上传至云平台上的数据中心。勘察外业信息统数据流程如图2所示。

图2 勘察外业信息采集系统数据流程Fig.2 Data Flow Chart of the Investigation Field Work Information Acquisition System

2.1.2 勘察外业信息化管理系统主要功能

⑴ 标准地层定制

地区标准地层系统根据地区勘察经验与实际情况建立，岩土层号按地质时代与成因确定主层号，按岩土层名称按地层上下次序确定亚层号及次亚层号。在地区标准地层系统的基础上进行编录、测试，形成统一标准的勘察成果，继而形成地区勘察成果库。采用标准地层可使一个地区中的不同勘察项目数据信息之间的数据可进行对比分析，进而了解地区地史发展过程的共性和异性，才能据此产生有效的数据利用。

⑵ 勘察外业数据采集信息化

通过软件平台（APP）进行地质编录、拍摄岩芯照片和现场照片、录入原位测试记录、取样及样品信息记录等，资料信息带有时间和GPS定位信息以保证数据的真实性，为勘察质量管理提供数据基础。

工程勘察信息采集系统包括以下几个模块：钻孔数据编录、岩芯照片拍摄和上传、原位测试信息采集、岩土试样信息采集、相关人员信息采集。

① 钻孔编录

钻孔编录包括以下内容：钻孔水位、开始和结束时间、地层编号、地层底深度、地层名称、地质时代、地质成因、颜色、密实度、塑性状态、地层描述等。当标准地层确定以后，可根据岩土层特性选择对应标准层进行快速编录，也可以根据实际情况在标准层属性的基础上进行修改。

编录信息保存在本地，可通过通信网络上传至云服务器。

此外，利用云计算技术，在进行岩土层描述时，可按地区跨项目自动搜索匹配，推荐若干条描述，方便进行地区地层对比，提高地质编录的质量和效率。

② 岩芯照片拍摄和上传

a.岩芯照片深度自动识别

基于标准长度的岩芯箱（1.0 m），在外业数据采集信息化时可通过设置岩芯行数，实现深度的自动识别，如图3所示，可减少外业技术员的人为误差，并提高工作效率。

图3 采用标准岩芯箱（1m）并进行深度自动识别Fig.3 Standard Core Box（1m）Using and Depth Recognition of Drill Core

b.岩芯照片自动拼接

岩芯照片自动拼接成长图，并标注项目名称和钻孔编号。减少人工操作，提高工作效率。

c.岩芯照片上传

岩芯照片可直接实时拍摄上传至云服务器。在通讯信号弱的地区，容易造成照片难以上传或上传时丢包的情况。系统支持本地照片上传，可先进行照片的拍摄，保存在本地，随后再进行照片上传。2种方案可满足各种工况条件勘察作业。

③ 原位测试信息采集

可进行标准贯入试验、圆锥动力触探试验、波速测试、电阻率测试等的信息采集，可进行试验底深度、杆长、试验数据等的录入。标准贯入试验和圆锥动力触探试验根据规范提供默认试验段长度，也可进行人工修改，对于试验反弹情况，自动进行击数换算。

④岩土试验信息采集

进行试验样品信息采集，包括下列信息：样品类型（包括原状土样、扰动土样、岩样、土腐蚀性样、水腐蚀性样）、取样底深度、取样编码（通过扫描条码或二维码获得）、取样长度。

⑤ 人员设备信息采集

在后台可进行项目成员管理，通过勾选或取消勾选已注册在系统的成员，进行项目成员添加或删除。在进行外业勘察时，可输入设备编号、钻机机长、劳务分包商等信息。此外，自动识别编录人员为登陆账号所有人，不允许修改，使勘察外业原始资料可追溯。

⑶ 勘察外业数据自检

针对重要项（如地层编号、地层名称、底深度等）漏填、深度矛盾（取样跨层、标准贯入测试跨层、取样与标贯或动探深度重合等）等进行数据自检，有问题项标红提醒，便于核查修改。

⑷ 勘察外业管理信息化

通过外业信息化管理系统录入钻探单位/机组、现场技术人员、项目负责人、钻探开工完工时间等信息，并上传至云服务器。可实时进行工作量分类统计，并可在数据中心实现深度利用，如成本管控、市场经营决策等。

2.1.3 系统创新点

⑴ 基于云服务模式的数据协同管理

数据存储基于云存储，实时更新，多个设备统一数据源，安全可靠。支持多人、异地、使用APP和PC、平板对同一项目进行修改。数据储存在统一数据库，避免一个项目多个数据库，避免在数据交互时产生数据丢失或版本冲突等问题。

⑵ 智能辅助功能

系统具有智能辅助功能，为编录提供快捷判断决策，如：利用云计算技术，在进行岩土层描述时，按地区跨项目自动搜索匹配，推荐若干条描述，方便进行地区地层对比，提高编录效率；基于标准长度的岩芯箱（1.0 m），实现深度的自动识别，可直接在岩芯照片上进行分层、原位测试及岩土试验取样深度的标识，方便校对，减少外业技术员的人为误差，并提高工作效率。

⑶ 广泛的数据支撑

与理正、华宁勘察软件直接进行数据对接，一键导出，便于出图及统计分析。

2.2 勘察外业监控系统研究

外业现场作业远程监控管理系统通过移动通讯网络，将现场作业过程的监控影像实时上传至数据中心，影像记录根据需要保留至项目完成及后期服务阶段，对关键项目或项目关键环节的外业作业过程进行实时监控录像，并保留影像记录备查。

2.2.1 勘察外业监控系统设计

勘察外业监控系统主要由3个部分组成：移动无线视频采集组件、历史监控录像管理模块、实时监控展示模块，系统架构示意图如图4所示。移动无线视频采集组件采集勘察外业影像数据，并通过移动通讯网络上传至云端服务器。系统用户可以通过登录云端，实时查看当前监控的项目情况。远程计算机将云端数据下载到本地硬盘中，并通过历史监控录像管理模块对硬盘中的数据进行回放查看和管理。

2.2.2 系统创新点

图4 勘察外业监控系统架构示意图Fig.4 System Frame Diagram of the Supervisory System Working in Investigation Field Work

⑴ 移动无线视频采集组件适应勘察外业特点

勘察外业施工具有工期短、工作强度较大、野外作业条件较差、通常无电无网的特点。目前市场上并没有贴合勘察专业设计的远程监控系统。

本系统勘察外业远程监控采集组件具有以下优点：

① 监控设备的移动性好，设备轻便，适合短工期作业使用；

②影像采集组件耐高温和防水，无惧施工作业长时间暴露在野外；

③ 采用蓄电池供电，可在无电条件下运作；

④ 利用通讯网络将监控视频信息实时传送至云服务器或公司内部服务器；

⑵ 监控影像可回放可追溯

出于对资料可追溯的管理要求，监控视频进行本地保存管理。且通过监控影像管理系统可进行查询、影像回放等操作，有利于对勘察外业质量进行监管，确保勘察作业过程可追溯，进一步落实主体责任，强化工程质量终身责任制，规范从业行为。

⑶ 监控影像统一管理，确保安全

监控影像通过管理系统进行统一管理和存储，用户权限通过系统密级来进行控制，确保监控影像数据安全，防止被恶意篡改。勘察外业监控系统运行实例如图5所示。

图5 勘察外业监控系统运行实例Fig.5 Examples of the Supervisory System in Engineering Investigation Feld Work

2.3 岩土试验信息化研究

基于自动识别技术的岩土样品信息管理系统，改变了传统的纸质样品标签手工填写和人工识别的方式，在行业内首创基于自动识别技术（条码、二维码）的岩土样品信息化管理，包括样品条码采集、自动识别（扫码）收样、试验条码二次分发等内容，实现了岩土样品的信息化管理。

2.3.1 岩土试验信息化系统设计

首先，勘察项目负责人（内业）在岩土样品信息化管理系统上面新增工程项目，将项目工程信息、工点信息、钻孔信息等信息录入，并按规则产生唯一编码的条码（或二维码）并打印成标签，外业人员将条码（或二维码）标签带到项目工地。样品信息采集手持端系统利用互联网进行在线更新，获取上述项目工程信息、工点信息以及钻孔信息等。在外业实施过程中外业人员将条码（或二维码）粘贴于样品上，并对条码（或二维码）进行赋值（项目名称、钻孔编号、取样深度、样品类别等）。上述信息可离线存储在手持端设备中，连接互联网可进行在线上传更新至云服务器的岩土样品信息化管理系统上。通过岩土样品信息化管理系统，内业人员或外业人员对已采取的样品进行试验类别勾选，对条码（或二维码）进行赋值补充。

然后，岩土样品运输至试验室后，试验人员对来样进行扫码识别，按样品类别进行保存管理，不需按项目进行样品排序和样品核对。试验室接收样品后，按试验类别进行条码（或二维码）的二次分发，通过自动识别技术匹配样品，从而进行分类试验。

最后，试验过程数据通过条码（或二维码）进行自动归集，自动将试验结果上传至数据中心，全程数据不落地，试验成果自动计算统计。

系统运行实例如图6～图8所示。

2.3.2 系统创新点

⑴ 把自动识别技术运用到工程勘察行业中，可以简化过多的手写工作，避免各环节的重复录入，以减小工作出错，提高工作效率，继而提高勘察工作质量。

⑵ 采用自动识别技术，将样品数据自动采集，对信息自动识别，并自动传输到后台管理系统，可以后台管理系统自行查看并导出各种电子表格，简化工作程序。

⑶ 可以实现样品信息在外业、实验室、内业三大环节里准确、快速传递。

⑷ 通过自动识别装置，及后台管理系统的导出功能，实验室可减少繁沉的样品排序时间和样品核对时间，大大提高工作效率。

⑸ 项目负责人可以实时查看、核对已采集样品信息的准确性，并通过统计、分析，对后续取样的类型和数量进行控制，并及时反馈给外业技术人员，以免此项目出现取样不合理情况出现。

⑹ 实验室接收样品后，通过自动识别技术匹配样品，从而进行分类试验。

⑺ 通过数据的采集、分类储存，实现按工程、样品类型等分类查询和统计等功能，对样品进行信息化、系统化管理。

图6 岩土试验信息化管理系统关键流程实例Fig.6 Key Process Example of Information Management System for Geotechnical Testing

图7 试验样品条码制备及自动识别（扫码）采集信息Fig.7 Barcodes Produced for the Geotechnical Samples and the Imformations Automatic Identificated by Scanning the Barcodes

图8 试验数据自动化采集及信息化管理Fig.8 The Automatic Collection and the Informationization Management of Experimental Data

3 结语

利用“互联网+”和“大数据”等技术，推动工程勘察行业信息化建设，是顺应目前信息化技术水平发展、优化社会资源调配的现实需要。无论是从政府管控还是从社会资源调配角度出发，覆盖全行业范围的大数据的需求越发迫切。这就需要制定统一的行业信息资源管理标准，拓宽数据获取渠道，整合业务信息系统数据、企业单位和从业人员信息，以及互联网抓取数据，构建汇聚式一体化的大数据平台。

而在工程勘察大数据的基础上，可望利用大数据挖掘分析技术提升工程勘察管理层次，例如提取人员活动、设备使用、行为数据等工程勘察关键信息进行分析、统计和展示，可全面直观掌握勘察关键信息分布情况，真正做到“用数据说话、用数据管理、用数据决策、用数据创新”。