城市区域多岩土勘察工程的信息综合提取与多系统耦合建模与分析

2021-06-02岳玉梅

城市建设理论研究（电子版） 2021年9期

岳玉梅

中冶沈勘工程技术有限公司辽宁沈阳 110135

近年来，地理信息系统作为存储、查询、显示地理信息的主要手段已经被大规模的熟知和认可，并且广泛应用在城市的规划和建设中。同时BIM技术的推进，数字城市等的发展，岩土勘察领域也逐步向可视化及信息化发展。因此，本文结合二维岩土工程地质数据的管理与三维地质模型的可视化这两个功能，摆脱只能实现对单项工程建模的现状，满足了城市区域多岩土勘察工程的信息综合提取与多系统耦合建模的需求，利用多系统的融合，整体反应区域类工程分布及地层地质信息，大大提高地质数据管理和地下规划的效率。

1 系统设计

1.1 系统总体架构

沈阳市岩土工程地质数据库信息系统（如图1所示）为3层体系架构，主要分为数据层、业务逻辑层和表现层，是以Client/Server（客户机/服务器）结构建立的信息系统，采用组件开发的形式进行实现。

系统的数据层为数据库服务器；业务逻辑层实现对数据层执行操作；表现层提供使用界面及可视化浏览与结果分析。

1.2 系统需求分析

系统不仅要求实现一般二维单项工程的数据管理和分析还要实现多项工程综合三维模型建立和空间分析的功能，包括：

1）基于多个地质工程的数据，统一建立了沈阳市的标准地质土层信息表，有利于了解并且统筹规划整个城市的地下土层情况。

2）打破理正岩土工程勘察软件只可以实现单项工程的数据处理这一弊端，针对理正软件岩土工程数据库数据的格式，设计了岩土工程对象的数据模型与数据结构，实现多个工程的数据的融合表达。

3）采用面向对象编程技术，实现了信息综合提取与多系统耦合，基于ArcEngine二次开发并集成了地质体模型建立的三维显示，实现多方位的可视查询与分析功能。

2 数据库设计

2.1 数据来源

城市岩土勘察工程信息系统的数据包括以统一管理的格式为shape的矢量地图数据为基础测绘地理信息数据和采用理正岩土工程地质勘察CAD输出的格式为ACCESS岩土工程数据。整体采用西安80坐标系。

2.2 数据库结构设计

本系统以沈阳市岩土勘察工程数据为空间数据库的基础数据，用PostgreSQL 8.3作为数据库平台，ArcSDE为数据库引擎，实现空间、属性数据的使用和管理。

岩土工程地质数据数据库含有82个属性表，以字母d开头表格代表工程地质信息数据,包含不良地质、构造，断层；以字母g开头表格代表表格属性数据,包含对照表、配置表、表格表头信息等;以字母z_c开头表格代表膨胀度属性数据取样、水质、质检等信息;以字母z_g头表格代表岩体风化度、潮湿度、可塑性及钻孔孔径和水位土、层信息等;以字母z_y开头的表格是载荷、静探、动探、液化等信息;以z字母开头的表格钻孔数据的空间位置信息。

3 数据接口的多系统耦合

为了将大量的岩土勘察工程数据充分利用，并实现对工程中的城市地质体进行大规模区域的三维可视化建模、工程信息的管理和理正岩土勘察CAD专项应用，就必须涉及到的问题：数据的融合和建立岩土勘察工程建立对应的数据模型。本文在研究多系统的数据模型的基础上改进了数据模型的组织结构对岩土勘察工程进行描述，该数据模型反映了岩土工程在空间的变化轨迹、钻孔点取样的空间位置及其属性特征。

3.1 岩土勘察工程数据模型

岩土工程地质数据库的建设需要用到钻孔数据、土层数据、剖线数据和工程信息数据，因此数据库中主要的表为钻孔数据表、土层数据、剖线数据和工程信息数据（z_ZuanKong、z_g_TuCeng、p_PouXian和x_GongCheng）。三维建模时，只需要有Dcollar数据和土层数据便可以单项工程的三维模型，其他几项数据作为岩土工程勘察中常使用的数据表，因此，为了多项工程数据融合及大区域数据管理，需将这些数据接口重新设计。

3.2 岩土勘察工程数据库与多系统耦合

本系统中岩土勘察工程数据需要与三个系统进行融合，分别为：①剖面图绘制；②理正岩土勘察软件；③岩土工程三维可视化系统。

3.2.1 剖面图绘制系统接口设计与数据融合

基于AutoCAD的剖面绘制系统主要通过手动和自动选择单项工程钻孔点，并连成线状成剖面线段后，存入Access数据库表中。而本系统中则需要跨区域跨工程的手动选择钻孔点，并且需要重新生成融合原多个工程数据的工程信息。因此，在原p_PouXian剖线表数据结构进行了字段和内容上的修改使数据可以为系统所使用。

3.2.2 理正岩土勘察软件数据接口设计与数据耦合

理正岩土勘察软件一直都是处于一个单一数据信息为单一工程服务的状态，没有形成区域内的岩土工程数据的合并应用，使得数据之间没有相互依存作用，不能显示其共性和差异性。而岩土工程的特点应该是在区域标准明确、信息量丰富、数据层次明显、数据关联性强、数据共享高效性强和适合不同层次的。如图1所示，为多系统耦合设计过程。为了让用户在同一平台上操作基础岩土工程GIS系统，提出理正与本系统的融合使用。在技术上，基于理正Access数据库的表框架，将通过多项工程提取到的钻孔点重新组合编号，形成新的钻孔编号（zkbh）字段。

图1 多系统融合设计过程

3.2.3 岩土工程三维可视化系统接口设计与数据融合

岩土工程三维可视化系统采用钻孔表和土层表的信息来实现三维地层模型的建立，但是在区域建模时，由于不同工程件存在钻孔编号、土层信息数据格式的差异不能满足自动建模的要求，因此需要设计统一的钻孔编号来替换单个工程中的编号字段。

4 多工程信息综合管理

系统从GlS整体性考虑，围绕系统应用的共性特征，针统一体系结构、统一信息分类编码、统一数据交换格式、统一接口规范等问题，同时还对地理信息的空间定位、系统的软硬件环境、数据质量、数据通信与系统互连、系统的安全与保密等方面提出相应的标准化、规范化要求，以达到数据共享的目的，并为系统互操作打基础。

综合了二维数据管理和三维模型可视化的优势，不仅可以实现一般意义上数据的增加、删除、修改和查询，二三维模型的联动显示为使用者提供便利的属性查询功能。除此之外，本系统在对土层数据的管理方面创新的将城市土层进行标准化处理。根据不同工程中的土层数据中提取出沈阳市的标准地层数据，将从整体的角度对城市地层进行管理和决策应用。

5 功能实现与实例应用

本研究以沈阳市区内6个岩土工程勘察项目为例，包括：沈阳新世界会展中心、万科春河项目、万科春河项目2期、沈阳世茂新世界一期商业楼盘、中一集团皇朝万鑫大厦、万科彩电塔地块。共布设钻孔3248个，区域南北约15.2公里，东西约4.9公里，将工程钻孔数据、土层数据、工程信息等地质信息作为管理对象，如图2所示，该系统与理正系统耦合，实现理正数据的自动入库管理。以ArcGIS Engine以及c#作为系统的开发平台和工具，初步建立起具有实用性和可行性的沈阳市岩土工程地质数据多系统耦合建模信息管理系统。如图3所示，本系统与三维可视化系统耦合，实现二维与三维模式的交互式使用。