李建辉
广州市吉华勘测股份有限公司
摘要；随着基础设施和城市轨道交通建设加快，加大了对地下空间资源的开发力度。地下空间数据资料为后期工程设计施工、运营提供了数据基础和依据，是管理者进行应急预案制定。岩土工程勘察作为地下空间信息的重要来源，现阶段的数据资料是以单一、离散的方式进行保存，管理不便、容易丢失，并且无法对数据进行综合分析与统计计算，没有充分利用数据资料的价值。工程勘察数据资料作为地下空间的一种重要的数据资源，迫切需要得到高效管理、开发利用，数字化、信息化技术的快速发展为工程勘察资料信息化管理提供了有力的技术支撑，基于此背景下，建立岩土工程勘察地下空间信息管理系统应运而生。
关键词：岩土工程勘察，地下空间信息管理，信息化系统研发
一、岩土工程勘察生产业务流程
对岩土工程勘察生产业；务流程进行系统的分析。主要包括创建项目、创建纲要、纲要审核、数据采集与录入、数据处理、成果输出六大模块。岩土工程勘察业务流程为信息管理系统提供了重要参考，使系统符合岩土工程勘察生产流程，满足生产活动的需要。
1.1岩土工程勘察创建项目
岩土工程勘察生产的第一步就是项目的创建。项目创建是创建工程项目，需满足可新建和编辑项目基本属性信息功能。主要包括工程新建和项目新建两部分。工程新建是新建设置工程相关基本信息。主要包括：工程编号、工程名称、工程类型、立项时间、项目负责人、建设单位、经纬度坐标X、Y、工程地点描述。工程基本信息如图1所示。
图1工程基本信息图
工程创建完成后，进行项目的创建。项目创建需满足项目基本信息的新建和编辑功能，此外，需要判断是否将项目信息上传勘办质量监管平台。项目创建基本信息图。主要包括：项目编号、项目名称、合同编号、上传合同、项目类型、项目阶段、建设单位、勘察单位、总体设计单位、设计单位、劳务单位、项目计划起止时间、项目计划工期、项目实际开工时间、项目实际完成时间、经纬度坐标XY、工程坐标XY、项目负责人、项目工程师、上传勘探照片、上传经营部生产任务书、工程地点描述等内容。
1.2岩土工程勘察纲要创建与审核
纲要创建是纲要审核前重要的一步，是纲要审核的前提。纲要创建需要满足纲要基本信息的新建和编辑、勘探孔的设计以及纲要的集成与综合。纲要生成后，需要进入二级审核。二级审核是工程进入施工阶段的前提以及工程质量效果的保障。纲要审核流程图如图2-4所示。发起人首先将纲要提交审核人审核，审核通过进入下一阶段，审核如果不通过，则返回修改纲要，直至审核通过。审核人审核完成后进入审定人审核，和审核人审核一样，审核通过进入下一阶段，如果审核被驳回，则返回上一级修改文档，直至通过。当进行岩土工程勘察生产时，会发生纲要的变更，纲要如果发生变更，上一版纲要则停用，最新版纲要启用。变更后的纲要需要重新进行审核人审核和审定人审核，直至通过。在此过程中，需要记录每个环节的流程、变更信息。
1.3数据采集与录入
纲要审核通过后，进入实质施工和数据采集阶段。这一模块需要满足对钻孔进行增加、删除、修改，并且需要对勘探孔类别、属性进行保存和同步。勘探孔是岩土工程勘察信息管理系统的数据基础。勘探孔的来源主要自三个部分：外业班报导入、外业App采集、勘探点一览表新增。外业班报导入是将已有相关钻孔数据导入平台。主要包括以下内容：基本信息、信息内容、变层深度、岩性名称、颜色、湿度、稠度、密度、含有物及断面状态，土样数据的取土深度、土样编号、Ip、ES、取样类型，N10的深度、击数，N的深度、击数，N63.5的深度、击数，地下水信息的水位层号、水位埋深、观测日期，年代与成因信息中的分层深度、年代、上标、下标。外业APP采集的钻孔属性主要包括：钻孔编号、钻孔类型、设计孔深、实际进尺、回次数、岩土分层数、标贯次数、水位观测次数、取水次数、动探次数、照片数量。第三种方式是通过勘探点一览表新增，目的是实现一些钻孔信息的手动录入。新增钻孔属性主要包括钻孔编号、钻孔类型、钻孔图例、钻机型号、孔口直径、孔口坐标X、孔口坐标Y、孔口标高、孔深、钻孔里程、描述员、司钻员、开孔时间、终孔时间等内容。
二、地质勘察模型研究
2.1地质勘察概念模型
地质勘察属于工程地质学和区域地质学的范畴，指利用勘探、物探、试验和监测等工程技术手段，调查、分析和评价勘察场区的地质、环境特征、岩土工程条件等，以获取定性和定量的结果，最后形成图件、报表和文字报告等，是一个复杂的综合过程。地质勘察国家规范和标准是实际工作的重要指导，也是建立地质概念模型的重要依据，如表2所示，是主要地质勘察国家标准和规范。
图2地质勘察概念模型图
通过提取地质勘察领域主要概念，分析其相互关系，建立地质勘察概念模型，有利于从整体上把握其相互关系。地质勘察主要涵盖区域地质体、基础地形对象和勘察专题对象等概念。区域地质体是地质勘察所要展现的城市地质的抽象，包括地质构造、环境地质、地质灾害等众多信息。
在勘察场区布置观测点，设置钻孔进行勘探并进行原位测试或取样进行室内试验，以获取物理、岩土、化学等数据信息。钻孔相当于立面上的多个观测点，可以反映不同深度的岩土特征和地层信息。通过制作各类图表反映勘察场区的地质情况。
2.2地质勘察静态结构模型
地质勘察概念模型，提取了地质勘察领域的主要概念，在上一节研究的基础上，基于UML方法，深入分析地质勘察主要类及其属性、行为以及其相互关系，可建立地质勘察静态结构模型图。地质勘察静态结构模型主要由工程项目和钻孔两部分组成。工程项目和纲要信息相互关联，用户在项目在扮演不同的角色，分配不同的权限。基于钻孔可以对野外地层描述及取样、原位测试数据、室内试验数据、剖面表几个专题进行数据操作。活动图模型揭示了地质勘察作业的主要操作和活动流程。地质勘察第一步需要进行项目的创建，然后编辑纲要，采集了数据之后进行数据处理，将处理结果提交工程审核，通过后输出成果，将成果资料归档，可以进行信息的查询，然后将数据导出使用。
2.3地质勘察表现模型
2.3.1平面图模型
平面图是在地图上用相同的地图投影和坐标系叠加地质图、地形图、地质勘察专题对象图，用来展示区域地质、地形地貌、钻孔分布的分布等。地质勘察平面图模型。平面图模型实例是钻孔平面布置图，在平面图以不同符号表示不同类型钻孔，并用钻孔复合注记展示其主要数据。
2.3.2柱状图模型
柱状图模型是利用CAD将钻孔在垂直方向上的岩土层分布特征以及原位测试和室内试验所得的岩土物理性质以图件的形式展示出来，以弥补钻孔垂直信息不直观的不足。柱状图模型由柱状图模板、钻孔信息、原位测试数据、垂直比例尺等元素构成。垂直比例尺取决于布局高度和钻孔深度。柱状图模板取决于钻孔类型和测试成果类型。钻孔信息包括钻孔属性以及相关的钻探分层和异常层的信息，根据地层顺序进行面状填充。常见的柱状图类型包括：钻孔柱状图、静力触探试验成果图、动力触探试验成果图、十字剪切试验成果图。柱状图模型如图3所示。
图3柱状图模型
2.3.3剖面图模型
地质勘察剖面图是根据钻孔分层特征和原位测试数据生成的反映区域剖面特征的图件。剖面图模型是在柱状图模型上的扩展，不仅包括柱状图的主要元素，还包括水平比例尺、剖面图模板、剖面线、地层连线等。其中水平比例尺取决于布局宽度和剖面线钻孔间距的和。剖面图模板包括一些公有的注记和线框等元素。剖面线根据垂直比例绘制。地层连线是相同地层的连线，并需标注地层符号、地质年代、成因符号等。剖面图模型如图4所示。
图4剖面图模型
三、岩土工程信息管理系统设计设计与实现
在岩土工程勘察业务需求和业务流程的基础上，设计并研发岩土工程勘察地下空间信息管理系统。本章将详细介绍系统总体设计和相关功能模块的实现。根据岩土工程勘察业务需求和业务流程，设计岩土工程勘察生产管理系统业务流程，包括以下几大功能模块：新建工程、新建项目、新建纲要、纲要审核、数据采集与录入、数据计算与统计、生成成果图件和文档。岩土工程勘察生产管理系统实现了从工程、项目、纲要建立，到纲要审核，集成外业App采集、系统新建钻孔、外业班报导入数据，经过数据处理、计算、统计，生成成果图和成果报告，通过构建岩土工程勘察内外业业务流程一体化操作，实现外业数据采集和内业操作的无缝融合，是提高岩土工程勘察生产效率的基础。岩土工程勘察生产管理系统部署范围是总部专业院和地方勘察部门，数据储存量适中，有高并发的需求。从成本、性能、需求多方面综合考虑，服务端数据库和外业采集数据库采用开源的体积小、成本低、速度快、易扩展、跨平台、支持并发的Mysql数据库。由于客户端勘察生产工作需要支持在线、离线操作，但是不需要高并发，客户端数据库选取轻量级、体积小、性能高的SQLite数据库。功能模块设计；岩土工程勘察地下空间信息管理系统是从岩土工程勘察业务流程出发，通过构建内、外业一体化工作方法，将外业数据采集到内业生产管理全流程集成于同一平台，目的是实现全生产流程的数字化、智能化勘察作业，实现地下空间信息的高效、规范化管理。工程审核；工程审核功能是对岩土工程勘察流程中涉及的审核流程进行管理。包括对纲要的在线审核，对中间成果的在线审核，对成果报告的在线审核。审核功能实现类似，这里主要以纲要审核进行介绍。
3.1异构数据库数据同步技术实现流程
异构数据库系统指的是相关多个数据库系统的集合,可实现数据的共享和透明访问,各数据库在加入异构数据库系统前已经存在,拥有自己的DBMS。各个组成部分具有自身的自治性,实现数据共享的同时,各数据库系统仍保有自己的应用特性、完整性控制和安全性控制。异构数据库数据同步实现流程可归纳如下，如图5所示，主要包括数据捕获、数据转换与加密解密、数据分发、数据更新、异常处理等几个步骤。
图5异构数据库数据同步实现流程
数据捕获是异构数据库数据同步的关键，决定了数据库同步的更新方式和选时方式。数据捕获是一种手段，通过捕获源数据库变化序列来提供详细的控制信息。是异构数据库数据同步重点研究的内容。为了解决源数据库数据如何正确传输出去这一核心问题，通常选用XML纯文本通用语言规范来做数据转换。为了保证同步数据的安全，通常对数据加密后进行传输。对变化数据进行包装后，进行数据分发。数据分发负责源数据库与目标数据库间的数据发送与接收，是将源数据库变化序列传输到目标数据库得过程。当目标数据库节点接收到加密数据时，对数据进行解密并更新。数据更新是将变化数据更新到目标数据库的操作。数据更新时可能发生数据异常或错误，需要对异常进行处理。
3.2数据捕获方法研究
数据捕获是异构数据库实现数据同步的首要任务，通过捕获源表的变化序列或当前映像,可为异构数据库数据同步过程提供详细的控制信息。捕获方法主要包括：基于快照法、基于日志法、基于触发器法、基于时间戳法、基于API法、影子表法、基于控制表法等。
（1）基于快照法
快照是数据库中存储对象在某一时刻的即时映像。基于快照法的基本原理是周期性的提取源数据库中数据的快照，作为数据同步的副本，将数据同步到目标库。基于快照法可以任何结构化和半结构化数据库源产品使用,不依赖其他机制，占用资源量少，是最简单方便的捕获方式。但该方法会完整备份源数据库，数据同步时传输量大、效率低，因此应用范围较小。
（2）基于触发器法
基于触发器法的原理是为源数据库同步对象创建触发器，定义触发规则，当同步对象进行定义规则操作时，触发器被激活，业务逻辑获取所需的同步数据，将数据同步到目标数据库。触发器法可以提取数据的净变化，避免一些多余的数据同步，减少数据同步量，相较基于快照法提高了同步效率。但是触发器法需要数据库支持触发器机制。
（3）基于日志法
基于日志法的原理是通过分析数据库日志信息来捕获对象的变化序列，该方法占用系统系统资源适中，读取系统净变化序列，同步数据量小，效率高，实时性强。但是日志法也会加重对数据库日志管理的负担。Sybase、DB2、SQLServer等常用数据库都采用这种方法捕获变化。
（4）基于时间戳法
基于时间戳法的基本原理是为源数据库每个数据表创建一个时间戳字段，记录数据变化时的时间，数据同步时，通过扫描此字段，来确定变化数据，获取变化序列。此方法不依赖数据类型，设计体量小，但由于增加字段，需大量调整原系统来适应此表结构。
（5）API法
某些数据库不支持触发器和日志机制，由此可引入中间件，这些中间件在完成应用程序对数据库修改的同时，可以记录对象的变化序列，而达到捕获变化的目的，这就是API法。这种方法类似日志法，具有实时性高、效率高、减轻DBA负担等优点。但无法捕获不经由API操作而引起的数据变化，而且可移植性差。
（6）影子表法
影子表法的基本原理是为源数据表建立一个相同的影子表，在捕获数据变化时通过比较当前表和影子表来获取变化的数据。这种方法移植性好，因为捕获净变化序列，同步效率高。但此方法需增加一倍存储空间，并且由于每次更新都得扫描整个源表和影子表，捕获变化效率不高。
结束语
岩土工程勘察地下空间信息管理系统，率先实现了以勘探孔为主的地下空间勘察数据资料的高效利用与科学管理。通过对国内外岩土工程勘察信息化管理发展研究现状的研究，较为全面的总结了当前岩土工程勘察信息化管理的存在的问题。结合岩土工程勘察生产业务需求，总结了一套岩土工程勘察生产业务流程。通过对地质勘察模型和关键技术的研究，设计并实现了岩土工程勘察地下空间信息管理系统。
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