企业级工程地质数据库管理系统开发与应用*

曾庆有 叶晨峰 邓国平 林 舟

(福建省交通规划设计院有限公司 福州 350004)

随着社会经济的全面发展，我国的基础建设取得了跨越式的发展。因此，勘测单位每年都要进行细致的工程地质勘测，并积累了海量的交通工程地质及工程勘察资料。但是现阶段依照传统的管理模式，勘察设计数据与资料极为分散且归属不明确。在纸质资料的归档与存储过程中也容易产生遗漏或重复归档入库的问题。数据的整合不完善，数据共享不畅通，导致管理者在工程建设过程中难以获取有效数据成果辅以分析，而经常进行重复的现场勘测，效率低下。

针对工程地质庞大的数据处理工作，数据库的创建是相关数据管理与分析的最佳解决方案[1]。因此，大量学者及地质工作者对此进行了研究与开发[2-5]。但现有的工程地质数据库或是为特定的工程建立，或是局限于特定的需求与应用[6]。地质数据分布于不同系统之中，沟通低效，降低了地质数据利用的全面性与易用性。

本文以空间数据库系统为基础、GIS软件为平台，历年来海量交通工程地质及工程勘察资料为主要信息来源，整合建筑物、市政基础设施等信息，搭建了一套切实有效的工程地质数据库管理平台。该平台能够实现工程勘察设计数据的有效收集、共享与维护管理；提升项目管理水平，提高信息资源共享程度；初步实现辅助决策支持功能，提高决策的科学性，为建设项目的前期评估、仿真建设、运营管理乃至今后的改造、更新提供全生命周期服务。

1 工程地质数据库设计

1.1 数据库设计原则

本工程地质数据库遵循以下4个原则进行系统设计。

1) 主题数据库原则。面向地下工程地质勘察业务主题，为相关应用系统提供数据源并通过人性化界面提供业务处理。工程地质数据易于使用、管理和维护，满足安全性需求。

2) 标准化原则。系统的建设要严格按照国家、地方和行业有关的标准和规范，如空间数据的分层编码、数据的质量、元数据标准等。

3) 可维护原则。系统设计应标准化、规范化，按照分层设计，软件构件化实现业务与界面分离，逻辑与数据分离，易于系统的扩展与维护。各类数据组织合理，不因系统运行时间长、数据量不断增加而影响系统速度。

4) 全生命周期原则。满足岩土工程从规划、设计、施工、运维等阶段工程地质数据的管理需求。

1.2 关键技术指标

本文工程地质数据库能够实现快速的工程地质数据录入、查询使用， 实现自动化、可交互的工程地质评价及专题地质图形建模与管理功能。数据库关键技术指标如下。

1) 工程地质数据平台。提供完整、易用、先进的工程勘察各类数据入库、数据检查、数据查询、标准化处理、专题图显示与交互查询、地质数据分析处理等功能。

2) 数据接口。数据入库模块可对接理正、华宁等勘察软件数据格式，实现钻孔坐标转换等。数据库数据文件可导出常用格式的数据文件。

3) 移动端APP。具有工程地质数据库查询移动端APP，支持 Android操作系统。移动端 APP定位功能稳定准确， 可在权限范围内随时查看相关信息，满足工程现场应用要求。

1.3 数据结构设计

数据库通过一系列的数据表来实现。由于工程地质数据库的内容庞杂，为了便于管理，将数据表按内容分为几个大类，大类下含若干数据表，见表1。根据数据库系统要求，每个表均含有表名、表号、表标识和表结构。

表1 系统数据表

2 数据库开发与系统结构

2.1 数据库平台选择

主流的工程地质数据库多采用关系型数据库，一般为SQL Server 和Oracle等数据库平台。本文数据库根据勘察施工现场工作的特点，选择MS SQL Server作为后台数据库平台，具有较高的可靠性、可扩展性和读写性能。

2.2 开发架构

系统的整体架构为B/S架构，即浏览器/服务器架构，分布性强、维护方便且共享性强。B /S 架构将极少部分事务逻辑在前端 (Browser) 实现，主要事务逻辑在服务器端 (Server) 实现，形成3层结构。这样使得客户端电脑负荷简化[7]。系统采用NET、JAVA 、MVC 3层架构设计，以及基于SOA和微服务架构模式，将数据文件存储共享、工程勘察数据查询管理、数据统计分析应用等业务逻辑均放在服务器后端实现。 同时云服务提供多重安全保护与数据备份措施， 保证数据安全保密性。

2.3 数据库整体结构

系统架构主要分为数据层、业务层、展现层、安全体系4个部分。

2.3.1数据层

服务器数据库接入勘察数据，勘察资料文档数据、地质专题图数据等多源数据，并可接入百度地图、天地图等提供的API。

工程地质数据库主要包含3种不同的数据类型，即文档数据库、空间数据库和属性数据库。针对不同类型的数据按照数据处理入库流程严格执行，包括地质数据收集整理，制定建库标准、地质数据入库前处理、数据检测、地质资料入库等，保证入库数据准确且不重复。数据的整理、检查与入库流程见图1。

图1 数据收集、处理与入库流程

图形数据按照点、线、面分类作为单独图层存储。地形底图扫描成栅格文件后，首先进行校准，然后矢量化录入并校正误差。一幅底图由多个图层组成，便于编辑与查询。属性数据是对地质实体的详尽描述，是空间实体的特征数据，在图元和外挂属性数据库建立的基础上进行，一般对照图形直接编辑输入并进行数据检查。

2.3.2业务层

通过接口封装及ASP.NET MVC框架控制业务逻辑，对接数据接口，整合业务平台，以满足前后台业务系统需求。前台业务系统主要包括注册登录、图件浏览、现场定位、信息查询、统计分析等。后台业务系统主要包括勘察数据入库、文档管理、元数据管理、用户权限管理等。

2.3.3展现层

基于B/S架构的数据库能够实现将主要的业务需求事务在前端 (Browser) 实现，通过平台无缝接入主流浏览器(谷歌浏览器、IE浏览器、火狐浏览器等)进行展示与用户交互。

2.3.4安全体系

安全体系通过终端安全、传输安全、应用安全来保障整个架构的安全。数据的存储基于MD5加密算法保证安全，网站基于SSL保证传输层安全。数据的交换接口开发采用可靠的数据交换同步技术，有效实现数据隔离以保证安全性。

3 数据库功能与应用

本文工程地质数据库管理系统主要为勘察企业进行工程勘察数据管理工作服务，能够满足目标用户的绝大部分功能需求。

3.1 功能模块划分

工程地质数据库管理系统在功能上划分为4个主要的功能模块，包括GIS模块、数据管理、数据统计与分析、权限管理。

1) GIS模块。支持多种地图(百度、天地图等)，提供基础的地理地图管理功能。包括地图的显示、缩放及测量，地图与卫星影像图的切换等。

2) 数据管理。实现工程项目图文档资料整理入库功能，包括项目的添加、更新、删除及图文信息的上传与下载；实现勘察数据信息的查询与检查功能，包括以地图或列表形式的项目信息索引、以GIS图来统一展现钻孔信息等。

3) 数据统计。对勘察钻孔中的地层数据进行归类处理并保存入库；根据选取的钻孔统计区域地质信息，原状土、扰动土参数统计信息，原位测试统计信息；根据选取的剖面孔生成勘察剖面图；以通用勘察软件格式导出相应区域工程地质数据。

4) 权限管理。对菜单功能进行管理配置；系统管理员在后天配置账户的具体权限，不同级别的账户拥有不同数据和功能权限；实现用户账号的注册及分角色管理。

3.2 权限管理

工程地质数据库管理系统根据勘察设计流程中人员的不同职责，对系统用户进行角色的划分，如系统管理员、项目负责人、审核人员、专业技术人员和一般用户等。管理员在具备后台管理权限情况下，在“角色管理”子菜单下添加、编辑、删除角色信息并通过授权按钮分配相应的菜单及数据访问权限，系统权限管理信息见图2。

图2 系统权限管理信息

用户点击“用户管理”子菜单按钮，可注册用户人员并分角色给该用户，用户列表中提供查看、编辑、删除等管理功能。

3.3 信息检索与展示

系统用户在终端点击“项目查询”按钮可在主页地图上查询展示已入库的工程项目信息，地图上每1个星标代表1个项目工程，点击图标显示该项目的概况信息见图3。在项目信息卡上用户可查询该项目所属的钻孔空间位置信息与地层分层信息，其显示界面见图4。在此信息卡上统计有该项目的钻孔统计信息与土工原位测试统计信息、下载浏览该项目的文档资料等。

图3 工程概况信息展示

图4 钻孔信息展示

在地图上点击 “操作”按钮，支持以工程编号、工程名称、工程负责人，以及工程类型为关键词模糊匹配筛选查询相关的项目工程；也可通过半径搜索查询某一地点周边范围内的项目工程，项目检索示意见图5。

图5 项目检索

3.4 项目管理

用户通过“基础数据库”菜单下的“项目管理”子菜单进行项目的添加、上传数据、更新及删除等操作。

点击数据库系统终端的“添加项目信息”按钮，其显示界面见图6，可在地图上点击定位项目的坐标信息，并填写该项目的工程编号、名称等相关内容，最终保存入库。用户选取坐标类型后，可将勘察成果数据解析并导入系统数据库，系统会对地质勘察数据进行预检，提示错误信息或标明异常描述。

图6 添加项目信息

上传成功后的项目会在项目列表中列出，用户可点击表头以自定义排序显示项目信息，每个项目工程均提供编辑、更新、删除功能，并提供工程文档上传功能，以在线文档管理形式在不同终端下载浏览，其项目管理页面见图7。

图7 项目管理页面

3.5 数据统计分析

以钻孔数据为例。钻孔数据入库后可在地图模块上统一集成展示。用户可任意选择钻孔组成1个项目并标定入库。点选每个钻孔可查看该标准孔的概要信息与分层信息，并可生成钻孔柱状图见图8。

另外，通过拉框或选择多个钻孔可以生成钻孔对比柱状图见图9。

图9 钻孔对比剖面图

为实现钻孔数据的标准化重复利用，系统可自定义标准化地层，并在建库过程中将钻孔数据转化为标准地层，其标准地层参数见图10。此外，数据库还能够批量选择钻孔进行区域地层统计。在统计的基础上基于各项地层数据智能分析地层条件。如根据场地内标贯孔信息判别场地液化类型等。

图10 标准地层管理

在指定区域内，钻孔数据、土工试验数据、原位测试数据能够进行统一管理、统计与展示(见图11)，并能根据用户需求进行扩展，方便用户分析该区域工程地质特性，为工程决策提供综合全面的信息来源。相应的统计结果可以自动整合成测试数据报告并提供下载。

图11 工程测试统计数据

4 结语

本文设计并开发一套切实有效的企业级工程地质数据库管理平台，基于空间数据库系统和GIS软件平台，能够高效整合多项目、全周期、多类型的城市交通工程及工程地质勘察数据。该数据库管理平台克服了传统勘察数据利用不足、资料分散的缺点，实现了工程地质数据的信息化存储、线上有效管理、智能化的高效共享和整合利用，可为覆盖区内抗震规划、项目工可研究、地质灾害评估等提供服务，同时节约工期与资源，实现地质数据的二次经济效益。

随着数据库源数据的不断扩充与完善，覆盖区域的不断扩展，利用大数据算法，能够进一步对工程地质数据进行存储整合，对其潜在价值进行深度挖掘，其服务的领域将扩展至城市规划、抗震规划、地下管网布局、工程选线、工可研究、地质灾害评估及前期立项等诸多方面，智能化分析程度也将进一步提升，具有广阔的应用前景。