国内外岩土工程勘察智能信息化现状研究

罗财金LUO Cai-jin

（福建岩土工程勘察研究院有限公司，福州350108）

0 引言

信息化水平不断进步，网络通信、人工智能、现代测绘等技术都已运用到岩土工程勘察工作中。在信息智能化技术不断推进下，从陈旧的纸笔模式逐步走向智能信息化模式。陈旧岩土工程勘察一般是把勘察所得来的芯样，在现场时边路人员就开始对各类岩石进行分析识别，之后通过手写方式将岩土层名称、层深等记录在纸上，之后人工再将先前记录在表上的资料录入到计算机中生成各类图表。在这一系列过程中，人工记录与人工输入阶段容易产生遗漏或是错记情况，并且还需耗费大量人力物力。芯样性状识别完全取决于工程师以往经验。对于人工方面需求越来越多，如何解决目前人工效率低就成为了炙手可热问题，一直停留不前，会始终阻碍工程勘察行业的发展。所以如何利用信息化技术来提升岩土工程勘察效率，是当下需解决的问题。

1 国内外岩土工程勘察智能信息化发展历程

1.1 国外岩土工程勘察智能信息化发展历程

1993 年，美国对外正式发布“国家信息基础结构”计划，随后，全球很多国家都加大投入，强化本国的信息设施建设，其中代表性的有：欧洲信息社会计划、新加坡信息岛计划等，与此同时，建筑业也开始对信息技术应用给予高度重视，并对其进行了深入研究，使得相关项目的信息化水平有了显著增长，其中典型代表包括：澳洲的建筑业信息技术战略、美国的协同工作系统、英国的建筑网系统开发等。1996 年5 月，日本发布UI 与公共建设项目推进信息化决定，规定2004 年前所有重点建设项目工作均必须通过计算机技术完成。2010 年前，全部工程已实现全部使用计算机来完成，已完全实现信息化[1]。有部分国家建立了电子政务系统，建筑工程经过设计审批、采购、招标等应用，大大减少了工程投入成本，提升工程质量以及监督效率。对于国外工程勘察技术可以分为以下四个阶段：

第一阶段：借助于WEB 平台，实现工程勘察公司办公自动化、管理信息化、并能提供招投标、质量安监、施工管理技术等方面的管理服务。

第二阶段：通过网络虚拟工作室，为项目人员沟通提供重要支持，借助于相应的项目协同系统，对不同工程建设专门的网站平台，从而为项目建设、设计、施工、监理等主体提供重要的沟通平台，使得相关信息得到更为快速的交流，同时还能和现场施工情况进行同步。新千年前后，日、欧、美、韩等国家和地区的建筑企业正式跨入该阶段，不过在此阶段也有相应的局限性，具体表现在投资规模高，而且所涉及到的系统功能尚不丰富。

第三阶段：此时开展的是一体化系统研究，相关的项目管理不仅具有自动化属性，同时还实现了全集成。其中代表就是美国的FIAPP 系统，这是一种功能丰富的IT 模型，对系统与集成工作环境给予很好支持，能够为整个建筑工程项目的全生命周期提供自动化与集成管理服务[2]。部分研究组织更是将量工程勘察与GIS 开发应用进行密切融合，使得后一种技术在工程地质领域得到很好应用。通过GIS 模糊分类、虚拟场景、立体地形建模等技术，可以对工程勘察情况进行更为科学客观的评价；在地质灾害预测、地层形成过程研究过程中，钻孔信息数据库系统给予了很好支持。如今，全球已有颇为成熟的商业软件，譬如Valan、DGI 等，在建筑、地质等大型工程领域得到较为深入的应用。特别是在2002 年，BIM 系统问世，随后，欧迪克、Bentley 等公司也纷纷发布自身开发的BIM 系统，这促使勘察、设计、项目建设等诸多环节能够实现统一化深度管理[3]。

第四阶段：智能信息化随时代变迁快速发展起来。主要由于第四次工业革命以智能制造为主体之后，各个国家开始智能产业改革，在互联网技术飞速发展的情况下，传统工业迎来了智能化改革，而它起到的关键作用就是连接，将顾客与加工厂、设备、产品、流水线等紧密联系在一起，最终生成一个智能互联系统。在各个过程中间，作业管理信息与工程勘查设施渐渐向一体化发面发展，从内到外实现一体化智能化设施。

1.2 国内岩土工程勘察智能信息化发展历程

因我国国内大约在上个世纪九十年代才开始岩土勘察信息化，起步较晚，大概可以分为三个阶段。

1.2.1 数字化阶段

对于CAD 软件进行普及和推广，工程勘察行业从之前的人工手绘图纸发展成利用计算机技术进行绘图。

1.2.2 网络化阶段

大约在2005 年到2015 年期间，计算机的飞速发展推动了建设信息化勘察设计企业，大致包含两个方面，分别是信息系统建设与基础设备建设。基于基础设施建设，各个企业渐渐开始出现职能管理系统。因为BIM 建筑绘图软件的出现，促进工程项目快速发展[4]。

1.2.3 智能化阶段

2016 年到今天，国家将“互联网+”战略作为以后发展重点，建筑业正在与信息技术相结合。要想使勘察行业快速发展，就必须遵循工程勘察信息化，与互联网相结合也是大势所趋。

2 国内外岩土工程勘察智能信息化研究现状

当下我国国内岩土工程勘察信息化主要是利用创新信息化技术来实现岩土勘察的信息数字化管理。伴随着信息化水平的不断提升，信息化、集成化的信息化数据处理特点渐渐突出，大大提升了企业生产管理时间效率。但是大部分企业还是坚守陈旧的管理原则，勘察行业要想进一步发展，就必须要与信息科技相结合，才可促进勘察行业快速发展[5]。

2.1 外业勘察工作智能信息化技术

对于外业勘察工作，主要在以下五个方面可以体现出来智能信息化技术快速发展。

2.1.1 智能数字图像技术

用光学摄像头对现场进行分析研究就叫作智能数字图像技术。陈旧勘察信息化技术中最后典型的就是勘察钻孔电视技术。通过电缆将摄像头放置在水井内，之后利用电信号转换原理，之后在图像中就可以看到摄像头所收集到的资料。智能数字图像技术中最为具有代表性的一项技术就是二维码图像识别技术，利用扫描二维码搜索出之前所录入资料与实验样品，当前有很多建筑工地已经开始将此项技术运用到其中[6]。

2.1.2 智能钻探设备及技术

将计算机信息系统、外业勘察钻探装置进行深度融合就成了智能钻探设备，这种设备具有自动化、智能化等属性，能够支持数据的动态采集与处理。安百拓跨国公司所开发出来的智能露天钻机，就具有典型的智能自动化特点，其型号为SmartROC D65。这款产品集成了自动定位、RHS 钻杆处理等系统。通过该装置，可以在钻孔过程中能够支持持续性作业，在具体定位方面，也有着较高的精准性，其成孔质量、生产效率整体较高[4]。然而，这款装置在自动取芯领域的技术水平还不是十分出色[7]。奥地利3GSM企业所开发的岩石三维成像系统，性能较为出色，其名称为ShapeMetriX3D。具体可以借助于专门的相机以及3G系统，对所需数据进行动态采集，在隧道掘进、采矿等诸多领域有着颇为广泛运用。我国铁道重工也开发出了具有国际领先的地质勘察设备，其超前钻探与取芯能够达到公里级别，而且还呈现出智能、自动、一体化属性。

2.1.3 智能原位测试技术

将信息数据采集技术、外业勘察原位测试装置进行融合，就能将其称作智能原位测试技术。通过这项技术的运用，能够在测试方面实现数据自动化采集与处理，并具有典型的智能性。

2.1.4 智能勘测技术

通过计算机、AI、现代测绘、无人机等技术完成测绘，就是典型的智慧勘测技术。在这种技术中，主要代表为：RTK 技术，也就是所谓的载波相位动态实时差分技术，它可以将测量技术进行信息化转变，在岩土勘察领域，可以进行定位、定线，对断面进行测量放样时，其定位精度更是能够达到厘米级，相较于传统设备，如水准仪、全站仪等，在测量速度上更具有优势[8]。当前，我国已有较多的公司成功开发出相应的数据处理、接口系统，能够和测量数据库进行直接对接，并能导入至CAD 系统，获得成果图。此外，还有立体激光放样机器人，这种技术就是借助于立体激光来对现场情况进行扫描，获得三维空间，从而使得放样效率得到明显提升。目前中建、北京建工等集团公司已经对这种技术进行了实践应用。超站仪技术，其技术基础为全站仪，不过具有良好的智能性，它可以支持安卓系统，集成了云平台、测图软件、光电机等，属于先进的一体化电子测速仪，可以对竖直、水平角、高差等进行精准化测量[5]。借助于移动网络，可以支持数据的实时互通，并能对外业信息更快的进行内业处理，并能支持即时性入库。智能航测技术：利用无人机低空拍摄来获得相关影像数据，之后形成三维模型，实现快速得到地理信息，大大减少了野外测量绘制工作量。中科遥感与中国大疆等都是较为知名的无人机公司。智能测量计数技术：利用视觉识别技术对于钢筋数量进行甄别，对于密集小物体是最快的一种办法，还可以将这样技术运用在这能工地中，进行少人化管理[9]。而这个方法已经在运用在实际中，在华南理工校区工地就已被实践。

2.1.5 智能视频监控采集技术

美国是最开始研究视频智能监控技术，来源于一个美国VSAM 项目。中国对于此项研究起步比较晚。中科院发明出的智能监控技术，已经广泛应用于交通范畴，和较多技术结合在一起形成的综合技术工程。在国内有部分研究者对于工程勘察现场进行相应分析，结合现场特点，研究出一项视频智能采集技术。

2.2 岩土工程地质数字建模

一般收集到的侦查钻孔资料不是特别规整，较为零散，为了便于后期对数据进行处理分析，一些勘察企业把获取到的钻孔材料利用计算机仿真模型建模方法进行三维建模。

2.2.1 地质建模

当前建模方法主要有不规则格网法与表面模型法。前者是以区域为对象，将其中数个点细分成相连三角面网格，相关点将处于三角面的内部、边上、顶点，并对其中点进行插值处理，为此，TIN 为分段线性模型；后者则是数字表面模型法，具体借助于测点几何与属性特征数据，借助于数据解释结构，来对地质体界面进行重构，进而打造相应的网状曲面片。

2.2.2 三维手段

近年来，三维沿途信息技术越来越被人们所关注。当前对于数据的二维研究与管理已经逐渐趋于成熟阶段，开始渐渐将关注重点转移到三维工程、数字研究等方面[10]。

2.2.3 三维商业APP

国内国外已经开始出现多种专业相结合的三维地质建模APP，其中有重要影响力的有理正地质 GIS、GeoMo3D、GOCAD 等。

3 岩土工程勘察智能化系统今后的研究重点

3.1 岩土工程勘察智能化技术难点问题

陈旧工程勘察工作模式有很多难点，如果继续采取陈旧工作方法，不能根本解决问题，大致总结为六个方面：

①因为较多数据很容易受到人为因素干扰，导致数据不准确。如果专门让一个工程师来进行监管，人工成本较高，所以就需要一个可以随时侦查的无人智能监控系统。

②记录勘察数据时会发生重复记录错误问题：陈旧录入勘察数据方法非常容易记录错误，出现多记、错记现象。应该将这些勘察书记一次性录入到电脑中，利用信息化录入技术，节省时间效率，降低人工成本。

③勘察内外业数据传输流程较多：一部分勘察软件和设备的内外也比较特殊，数据转化有一系列流程，相当复杂，所以在此之前，应提前确定好数据格式，贯彻一体信息化技术。

④勘查进程内无法进行分节点审查：在之前勘察工程师没有审查重点，之后要形成系统信息化，创造便捷的审查功能，为后续把控工程进度提供便利[11]。

⑤勘察项目分析数据困难：在勘察工程师会干涉到较多数据，以此数据来分析地质条件，还需要将此些数据与他人共享，应积极引入人工智能来提升准确率。

⑥勘察项目总结工作较为繁琐：因为工程项目涉及到的数据较多，需要对这些数据进行简化在进行分析。总而言之，陈旧勘察项目内外业中有着格式各样的问题，而使勘察项目与智能信息化技术相结合则可解决此问题[12]。

3.2 岩土工程勘察智能化新技术和发展方向

3.2.1 互联网+虚拟现实技术

因为岩土工程勘察环境很容易受到各种因素的干扰，利用提高现实技术可以提高内外业技术感知能力。如今互联网技术呈快速发展状态，为岩土工程勘察信息化快速发展提供了一个很好的平台。当前虚拟现实技术还未走向成熟阶段，没有广泛应用于日常生活中，很多工程项目都是作为实验技术。人工智能在工程勘察时突然需要人工来帮助判断，虚拟现实技术对于减少空间距离提供了很大帮助[13]。

3.2.2 人工智能+视觉识别技术

可以利用分析岩石特征建造数学模型，促使识别过程自动化、智能化。视觉识别技术相较于人工识别相比仍有较大差距，无法做到精准识别，原因在于现场实际岩石图片和标准岩石差距很大，很容易干扰视觉识别技术精准度[14]。数据识别技术具有小样本性，一部分岩土勘察芯样需要识别很多相关资料，具备多标签语特点。另外需对现场进行快速分析，计算精准度要求也很高，所以需要对视觉识别进步更深层次进行探究，不断完善。

4 结语

我国各个岩土工程建设中最为关键的一个环节就是岩土工程地质勘察。将岩土工程勘察智能化与信息化进行到底。较为复杂的现场施工环境，促使勘察岩土工程辨别芯样性状更加复杂，信息化智能化是非常具有挑战性的一项课题[15]。精确辨别岩土性状与辨别地层紧密相关。互联网的发展，加速了信息传播与工程勘察项目技术扁平化，数据共享范围越来越大。岩土工程勘察想要达到信息化，需要共享并广泛使用，进而走向智能化道路。