公路工程地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究應(yīng)用

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［摘要］公路工程地質(zhì)勘察最終成果主要由工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔編錄數(shù)據(jù)整理而得。目前傳統(tǒng)的工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔數(shù)據(jù)采集主要還是局限于碎片化的工作流程，采集過程復(fù)雜、耗時(shí)、費(fèi)力，成果零散。某研究成果公路工程地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由服務(wù)器端、Web客戶端和移動客戶端組成，通過協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)公路工程地質(zhì)勘察野外調(diào)繪、鉆孔編錄數(shù)字化、信息化、高效、快捷的目的。移動客戶端主要功能包括地圖功能、坐標(biāo)參數(shù)、鉆孔編錄、地質(zhì)調(diào)繪、其他專業(yè)工具。Web客戶端具有項(xiàng)目及人員管理、項(xiàng)目資料管理、考勤管理、決策管理等幾個(gè)功能模塊。該研究通過測試，效果良好，極大地提高了效率，節(jié)約了成本，值得推廣。

［關(guān)鍵詞］公路；勘察；地質(zhì)調(diào)繪；鉆孔編錄；數(shù)據(jù)采集

公路工程屬于線性工程，一般沿線地層巖性眾多，構(gòu)造發(fā)育。工程地質(zhì)勘察最終成果主要需通過外業(yè)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔編錄數(shù)據(jù)整理而得。目前傳統(tǒng)的工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔數(shù)據(jù)采集主要還是局限于碎片化的工作流程，各個(gè)工作環(huán)節(jié)基礎(chǔ)資料采集單獨(dú)進(jìn)行，單獨(dú)整理成果，同一條公路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)甚至不統(tǒng)一，最后的成果分別歸檔?？梢?，傳統(tǒng)的勘察資料采集過程復(fù)雜、耗時(shí)、費(fèi)力，成果零散，不利于基礎(chǔ)資料的綜合利用，項(xiàng)目歸檔時(shí)容易遺漏，不利于后續(xù)勘察、設(shè)計(jì)、施工及營運(yùn)階段的資料查詢應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，目前市場上也出現(xiàn)了各種版本的勘察數(shù)據(jù)信息化采集系統(tǒng)。這些信息化采集系統(tǒng)總體分為2大類，第一類以場地鉆孔地質(zhì)編錄功能為主，無調(diào)繪功能，第二類是基于GIS平臺的填圖軟件，主要用于區(qū)域地質(zhì)填圖，即區(qū)域地質(zhì)調(diào)繪，無編錄功能。這些勘察數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能較為單一，且未融入外業(yè)采集的管理功能。因此，研制一套基于互聯(lián)網(wǎng)+的信息化公路工程勘察數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)公路工程地質(zhì)野外調(diào)繪、鉆孔編錄于一體，信息化、高效、快捷，為內(nèi)業(yè)資料整理及最終報(bào)告編制提供系統(tǒng)而全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有廣泛的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用前景。

1公路工程地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)的目的

為實(shí)現(xiàn)公路工程地質(zhì)野外調(diào)繪、鉆孔編錄于一體，信息化、高效、快捷的目的，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須達(dá)到以下目的。（1）實(shí)現(xiàn)野外工程地質(zhì)調(diào)繪及編錄設(shè)備一體化、無紙化的問題。要實(shí)現(xiàn)無紙化，需要將各類區(qū)域地質(zhì)圖、工程類圖件、百度地圖等導(dǎo)入系統(tǒng)，而且為了現(xiàn)場作業(yè)的便利，需要將工程類圖件疊加于其他圖件上。（2）實(shí)現(xiàn)野外工程地質(zhì)調(diào)繪及編錄快速化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化問題。為達(dá)到此目的，需要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)地層引用、常用字段下拉、深度自動計(jì)算、電子巖芯照片自動生成等功能，還要開發(fā)眾多地質(zhì)野外使用的小工具。為實(shí)現(xiàn)信息化需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。（3）實(shí)現(xiàn)野外實(shí)時(shí)高精度定位問題。即要先實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)置、坐標(biāo)參數(shù)的計(jì)算，還要實(shí)現(xiàn)采集設(shè)備的高精度定位。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備高精度定位可采用高精度平板或低精度設(shè)備+具高精度模塊的模方。（4）實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、成果資料統(tǒng)一管理問題。即要搭設(shè)云平臺，用于數(shù)據(jù)的存放、計(jì)算及管理。

1.2系統(tǒng)的架構(gòu)

為達(dá)到系統(tǒng)的目的，本采集系統(tǒng)主要由服務(wù)器端（服務(wù)器程序、數(shù)據(jù)庫）、Web客戶端和移動客戶端（Android）組成，如圖1所示。三者通過協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)公路工程地質(zhì)野外調(diào)繪、鉆孔編錄數(shù)字化、信息化、高效、快捷的目的。服務(wù)器端（服務(wù)器程序、數(shù)據(jù)庫）主要用于數(shù)據(jù)的存放、計(jì)算及管理。服務(wù)器程序基于Net4.0采用VisualC#/C++開發(fā)，空間數(shù)據(jù)引擎采用SpatialDatabaseEngine。Web客戶端用于設(shè)置項(xiàng)目基本信息，導(dǎo)入?yún)^(qū)域地質(zhì)、地形圖等基礎(chǔ)性圖件，導(dǎo)入項(xiàng)目鉆孔任務(wù)、技術(shù)要求、會議紀(jì)要等項(xiàng)目資料，編制標(biāo)準(zhǔn)地層模板，并對項(xiàng)目人員、設(shè)備、進(jìn)度、成本等進(jìn)行管理，對采集數(shù)據(jù)管理及編輯等。Web客戶端采用HTML5+JS開發(fā)，地圖引擎采用OpenLayer。移動客戶端可以下載項(xiàng)目相關(guān)資料，如圖件、鉆孔任務(wù)、文件、標(biāo)準(zhǔn)地層模板等，外業(yè)進(jìn)行調(diào)繪及編錄信息采集、導(dǎo)航、定位等，并進(jìn)行資料的實(shí)時(shí)上傳。移動客戶端采用Java與C++進(jìn)行開發(fā)，地圖引擎采用MobGIS平臺。本次系統(tǒng)中采用自主研發(fā)的空間數(shù)據(jù)模型，可對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行高效管理，打通了移動端、Web端、服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的快速瀏覽與查詢。系統(tǒng)運(yùn)行流暢、功能豐富、擴(kuò)展性強(qiáng)。架構(gòu)模式采用了“分層模式”，系統(tǒng)共分4個(gè)層次，分別為數(shù)據(jù)展現(xiàn)層、數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)存儲層，如圖2所示。圖2架構(gòu)模式示意數(shù)據(jù)展現(xiàn)層主要對用戶的請求接受，以及數(shù)據(jù)的返回，為客戶端提供應(yīng)用程序的訪問。數(shù)據(jù)接入層主要負(fù)責(zé)對用戶請求協(xié)議處理，同時(shí)對用戶進(jìn)行訪問控制和授權(quán)，用于管理用戶對功能及數(shù)據(jù)實(shí)體的訪問控制和授權(quán)。數(shù)據(jù)處理層主要負(fù)責(zé)RESTfulAPIS語義的實(shí)現(xiàn)，將數(shù)據(jù)展示層與數(shù)據(jù)存儲層之間完成解耦。數(shù)據(jù)存儲層主要處理與數(shù)據(jù)庫之間的交互，不應(yīng)對數(shù)據(jù)做任何業(yè)務(wù)上的加工。捕獲數(shù)據(jù)庫交互式出現(xiàn)的異常，拋出或記錄下來。其作用就是數(shù)據(jù)訪問，并將訪問的數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)處理層。

2公路工程地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能

2.1移動客戶端功能

移動客戶端主要用于野外數(shù)據(jù)采集，主要功能包括地圖功能、坐標(biāo)參數(shù)、鉆孔編錄、地質(zhì)調(diào)繪、其他專業(yè)工具。地圖功能可以加載矢量與柵格的地圖數(shù)據(jù)，同時(shí)支持自定義地圖數(shù)據(jù)，如可以加載各類區(qū)域地質(zhì)圖、工程類圖、高德地圖、谷歌地圖、天地圖等，而且可實(shí)現(xiàn)工程類圖與其他地圖的疊加，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)無紙化。坐標(biāo)參數(shù)支持常見的橢球參數(shù)、投影參數(shù)及多種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等參數(shù)設(shè)置功能。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換包括常用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，具體包括平移轉(zhuǎn)化、三參數(shù)、四參數(shù)、七參數(shù)轉(zhuǎn)化。坐標(biāo)參數(shù)可滿足不同項(xiàng)目外業(yè)勘察定位、坐標(biāo)采集要求。配合具有高精度的GPS-RTK模塊的終端或低精度設(shè)備+具高精度模塊的模方，可以實(shí)現(xiàn)高精度測量，減少測繪儀器攜帶、低效等問題，極大提高勘察外業(yè)輕便化、高效化。鉆孔編錄主要實(shí)現(xiàn)對鉆孔信息的采集，具體的編錄內(nèi)容包括基本信息、地層信息、取樣信息、原位測試、照片等采集工作。通過預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地層、常用字段下拉、自動生成電子巖芯照片、自動計(jì)算深度等功能實(shí)現(xiàn)快速化鉆孔編錄。編錄形成數(shù)據(jù)庫、照片可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳至云端，Web客戶端可實(shí)時(shí)下載查看或編輯。地質(zhì)調(diào)繪功能中具有基于定位后的點(diǎn)、線、面的繪制、屬性信息及多媒體數(shù)據(jù)采集，采集數(shù)據(jù)時(shí)可自動調(diào)用電子羅盤或測距儀，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)狀、距離的自動量測及填寫。調(diào)繪形成dxf、excel文件、照片等可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳至云端，Web客戶端可實(shí)時(shí)下載查看或編輯。除上述主要業(yè)務(wù)功能外，針對公路工程行業(yè)特性，移動終端還具有其他專業(yè)功能，如電子羅盤、極射赤平投影、實(shí)體比例正射投影、實(shí)測剖面、手繪板、激光測距以及導(dǎo)航等功能。

2.2Web客戶端功能

Web客戶端具有項(xiàng)目及人員管理、項(xiàng)目資料管理、考勤管理、決策管理等幾個(gè)功能模塊。主要給管理層及項(xiàng)目負(fù)責(zé)人使用，用于人員及設(shè)備的管理，用來制訂項(xiàng)目計(jì)劃、為項(xiàng)目制訂鉆孔地層編錄模版、對外業(yè)采集資料（調(diào)繪點(diǎn)及鉆孔編錄信息）進(jìn)行管理及編輯、對工作量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并提供決策管理等功能。

3工程應(yīng)用

為測試“公路工程地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”的工程應(yīng)用效果，本研究依托4個(gè)公路勘察項(xiàng)目開展了測試。測試項(xiàng)目具體為廣佛肇高速公路施工補(bǔ)勘、大麻至高陂旅游產(chǎn)業(yè)路初勘、大埔縣大麻鎮(zhèn)蓮塘韓江大橋詳勘、省道S227線大埔縣楓朗至高陂改建工程。通過依托以上4個(gè)項(xiàng)目，對采集系統(tǒng)移動客戶端的地質(zhì)調(diào)繪、鉆孔編錄、地圖定位及其他專業(yè)功能進(jìn)行了詳細(xì)測試，并對Web客戶端的項(xiàng)目進(jìn)程、資料及人員考勤等管理功能進(jìn)行了使用，測試結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，采集系統(tǒng)的各項(xiàng)功能已基本完善，能高效地應(yīng)用在公路工程勘察工作中，可以解決傳統(tǒng)工程地質(zhì)調(diào)繪、編錄紙質(zhì)攜帶不方便、工具眾多、內(nèi)業(yè)整理工作重復(fù)且易遺漏、修改不便、不利于數(shù)據(jù)信息管理及應(yīng)用等問題，從而使野外工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆孔編錄數(shù)字化、信息化、集成化作業(yè)成為可能，且極大地提高了效率，節(jié)約了成本。

4結(jié)束語

公路工程地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由服務(wù)器端、Web客戶端和移動客戶端組成，通過協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)公路工程地質(zhì)勘察野外調(diào)繪、鉆孔編錄數(shù)字化、信息化、高效、快捷的目的。移動客戶端主要功能包括地圖功能、坐標(biāo)參數(shù)、鉆孔編錄、地質(zhì)調(diào)繪、其他專業(yè)工具。Web客戶端具有項(xiàng)目及人員管理、項(xiàng)目資料管理、考勤管理、決策管理等幾個(gè)功能模塊。本研究通過測試，效果良好，極大地提高了效率，節(jié)約了成本，值得推廣。雖然本研究取得了較好的成效，但還有值得進(jìn)一步研究的方向，如系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目數(shù)據(jù)的進(jìn)一步應(yīng)用，包括勘察報(bào)告編制及與設(shè)計(jì)有效對接；另外實(shí)現(xiàn)所有項(xiàng)目資料的統(tǒng)一化管理、場景化管理，實(shí)現(xiàn)透明地球。

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作者：張金平 單位：廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司