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數(shù)字化巖土勘察工程技術(shù)的應(yīng)用

時(shí)間:2022-11-21 03:32:43 碩士論文 我要投稿
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數(shù)字化巖土勘察工程技術(shù)的應(yīng)用

  摘要:我國(guó)_工.程建設(shè)的項(xiàng)目多,規(guī)模犬,地形、地質(zhì)條件復(fù)雜,工程勘察行業(yè)在全面建設(shè)小康社會(huì)的過(guò)程中任務(wù)繁重,迫切需要先進(jìn)技術(shù)。同時(shí),我國(guó)已經(jīng)步入社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制,社會(huì)主義法制日臻完善,市場(chǎng)日趨成熟,綜合國(guó)力明顯提高,有條件對(duì)科技開發(fā)予以更多投入。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展,巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)逐漸得到廣泛應(yīng)用。本文分析了傳統(tǒng)勘察技術(shù)的不足,并介紹了巖土工程數(shù)字化勘察技術(shù),在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析討論了數(shù)字化勘察技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的:是鍵技術(shù),對(duì)于進(jìn)一步促進(jìn)巖土工程數(shù)字化勘察技術(shù)的研究和應(yīng)用進(jìn)行了探討。

  關(guān)鍵詞:巖土工程;數(shù)字化;勘察;信息化;應(yīng)用技術(shù)

  1、概述

  巖土工程勘察是工程設(shè)計(jì)的先決條件。一般巖土工程信息,包括地形地貌、地層界面、斷層、地下水位、風(fēng)化層厚度以及各種物探、化探資料,這些資料只是一些 離散的數(shù)據(jù),巖土工程技術(shù)人員較難直接利用它們?cè)偃シ治鰣?chǎng)地中工程地質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律,更何況傳統(tǒng)的巖土工程資料分析和解釋一般都局限于二維、靜態(tài)的表達(dá),這種表達(dá)描述空間構(gòu)造起伏變化的直觀性差,往往不能充分揭示它們空間變化的規(guī)律,難以使人們直接、完整、準(zhǔn)確地理解,也就越來(lái)越不能滿足工程的空間分析要求。

  隨著計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)的完善,已經(jīng)完全可以集成以巖土工程建模、巖土工程數(shù)字化、巖土工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理、巖土工程特性分析、巖土工程地質(zhì)解釋以及空間分析和預(yù)測(cè)、地學(xué)統(tǒng)計(jì)和圖形可視化的一體化系統(tǒng),繼而發(fā)展成為現(xiàn)代化、信息化為一體的巖土工程勘察數(shù)字化新體系。本論文就將主要對(duì)數(shù)字化的巖土工程勘察進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討,以期和同行分享。

  2、巖土工程勘察方法概述

  2.1傳統(tǒng)的巖土工程勘察方法存在的問(wèn)題

  2.1.1勘察資料過(guò)于地質(zhì)化由于主管部門長(zhǎng)期的條塊分割,勘察、設(shè)計(jì)分散作業(yè),加之巖土工程規(guī)范制定和新技術(shù)、新方法應(yīng)用的滯后,以及專業(yè)設(shè)置不規(guī)范統(tǒng)一,巖土工程本身的特殊性等原因,設(shè)計(jì)與勘察之間脫鉤多,使得勘察提供的巖土工程信息通常以設(shè)計(jì)人員難以理解的形式出現(xiàn),而且勘察也較難參與設(shè)計(jì)的全過(guò)程;設(shè)計(jì)人員也因知識(shí)的局限,很難深層次理解巖土工程勘察信息,因而勘察成果在設(shè)計(jì)中的使用效果不大,造成許多不應(yīng)有的浪費(fèi)和損失。

  2.1.2勘察成果的數(shù)字化與數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)間不夠貫通勘察成果的數(shù)字化是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的底圖或稱基礎(chǔ)數(shù)據(jù),由于數(shù)字化的某些環(huán)節(jié)技術(shù)條件不成熟和不規(guī)范,與CAD設(shè)計(jì)軟件的接口不匹配,很難順利實(shí)現(xiàn)對(duì)接,設(shè)計(jì)系統(tǒng)不得不重新將勘察資料數(shù)字化,并大大影響了勘察成果中CAD的推廣應(yīng)用。

  2.1. 3 勘察信息數(shù)字化程度低勘察單位提供的勘察信息往往以圖紙、表格、文字等形式為主,內(nèi)容上定性描述較多。這一: 面造成設(shè)計(jì)人員對(duì)于勘察信息難于準(zhǔn)確理解,另一方面造成對(duì)勘察信息處理、利用上的困難。

  2.2數(shù)字化勘察技術(shù)概述數(shù)字化巖土工程勘察是指應(yīng)用當(dāng)代測(cè)繪技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和CAD技術(shù),通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件,把一個(gè)工程項(xiàng)目的所有信息(勘察、設(shè)計(jì)、進(jìn)度、計(jì)劃、變更等數(shù)據(jù))有機(jī)地集成起來(lái),建立綜合的計(jì)算機(jī)輔助信息流程,使勘察設(shè)計(jì)的技術(shù)手段從手工方式向現(xiàn)代化集成 CAD技術(shù)轉(zhuǎn)變,作到數(shù)據(jù)采集信息化、勘察資料處理數(shù)字化、硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、圖文處理自動(dòng)化,逐步形成和建立適應(yīng)多專業(yè)、多工種生產(chǎn)的高效益、高柔性、智能化的工程勘察設(shè)計(jì)體系。該技術(shù)體系用系統(tǒng)工程觀點(diǎn),把勘察、設(shè)計(jì)的圖紙、圖像、表格、文字等以數(shù)字化形式存貯,供各專業(yè)設(shè)計(jì)使用,達(dá)到快速、高效、準(zhǔn)確的應(yīng)用勘察成果目的,大幅度降低由于勘察成果的低效使用引起的設(shè)計(jì)變更,及其他工程質(zhì)量問(wèn)題,有效的節(jié)約社會(huì)成本資源。

  3、數(shù)字化巖土工程勘察應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)探討

  3.1巖土工程數(shù)字化建模方法巖土工程地質(zhì)建模的方法目前采用的主要有表面模型法,表面模型法(也叫數(shù)字表面模型)的歷史較早,它的基本內(nèi)容就是通過(guò)精確的表示出工程地質(zhì)體的外表面來(lái)表示均質(zhì)地質(zhì)體的建模方法,也是目前廣泛使用的建模方法。表面模型法的數(shù)據(jù)來(lái)源是通過(guò)測(cè)點(diǎn)獲得的一系列離散的測(cè)點(diǎn)資料,包括測(cè)點(diǎn)的幾何特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù),然后利用數(shù)據(jù)解釋結(jié)果重構(gòu)地質(zhì)體界面。可以抽象為把一系列同屬性的點(diǎn)按照一定的規(guī)則連接起來(lái),構(gòu)成網(wǎng)狀曲面片,進(jìn)而確定整個(gè)地質(zhì)體的空間屬性,有很多方法用來(lái)表示表面,常用的方法主要有數(shù)學(xué)模型法和圖示模型法,本論文主要討論圖示模型法。常用的圖示模型法有邊界表示法、規(guī)則格網(wǎng)法、等值線法、不規(guī)則格網(wǎng)法等,其中不規(guī)則格網(wǎng)法是廣泛選用的模型表示法,詳細(xì)探討如下:

  不規(guī)則格網(wǎng)法(TIN)是將區(qū)域內(nèi)有限個(gè)點(diǎn)將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內(nèi),如果任意點(diǎn)不在頂點(diǎn)上,則該點(diǎn)的數(shù)字屬性值通常通過(guò)線性插值的方法得到(在邊上用邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的高程,在三角形內(nèi)則用三個(gè)頂點(diǎn)的高程),所以TIN是一個(gè)三維空間的分段線性模型,在整個(gè)區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。有許多種表達(dá)TIN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)方式,這里采用一個(gè)簡(jiǎn)單的記錄方式是:對(duì)于每一個(gè)三角形、邊和節(jié)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)記錄,三角形的記錄包括三個(gè)指向它三個(gè)邊的記錄的指針,邊的記錄有四個(gè)指針字段,包括兩個(gè)指向相鄰三角形記錄的指針和它的兩個(gè)頂點(diǎn)的記錄的指針;也可以直接對(duì)每個(gè)三角形記錄其頂點(diǎn)和相鄰三角形。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括三個(gè)坐標(biāo)值的字段,分別存儲(chǔ)x,Y,z坐標(biāo)。這種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:對(duì)于給定一個(gè)三角形,查詢其曼個(gè)頂點(diǎn)屬性和相鄰三角形所用的時(shí)間是定長(zhǎng)的。它在沿直線計(jì)算地形剖面線時(shí)具有較高的效率,當(dāng)然可以在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加其它變化,以提高某些特殊運(yùn)算的效率。

  3.2數(shù)字化巖±勘察工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基于GIS的巖土工程勘察涉及到的原始數(shù)據(jù)主要為地理信息方面的空間數(shù)據(jù)和非 間數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)來(lái)源包括:

  3.2.1基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)主要包括

  (1)自然區(qū)劃圖。該圖反映被研究區(qū)域的地理區(qū)劃、河流、道路、居民區(qū)、山川、公共設(shè)施等等自然地理信息。

  (2)地形、地貌圖。該圖反映被研究區(qū)域的自然地貌情況。

  3.2.2 巖土工程勘察數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)主要包括所研究區(qū)域的工程地質(zhì)勘探資料。經(jīng)過(guò)篩選、處理的各勘探點(diǎn)包括地理、環(huán)境、土的物理力學(xué)指標(biāo)在內(nèi)的所有信息。各類建筑場(chǎng)地的地層信息,比如液化等級(jí)、液化指數(shù)、特征周期、年代、沉積相等。結(jié)合上述分析,數(shù)字化巖土勘察工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以按以下幾個(gè)步驟實(shí)施構(gòu)建:

  (1)巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型設(shè)計(jì)。

  巖:工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)管理作為巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作是一個(gè)數(shù)據(jù)密集、處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用問(wèn)題,為了能獲得反映信息世界的概念性數(shù)據(jù)模型,將與實(shí)體和聯(lián)系相關(guān)的功能與行為剝離出來(lái),僅從現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的數(shù)據(jù)側(cè)面來(lái)建立模型即研究數(shù)據(jù)對(duì)象與屬性及其關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上建立相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)。

  (2)數(shù)據(jù)庫(kù)建立實(shí)現(xiàn)。

  巖土工程一體化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有三類:用戶輸入的原始數(shù)據(jù)、系統(tǒng)生成的中間數(shù)據(jù)及最終數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)由測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)組成,而測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)又由測(cè)點(diǎn)幾何屬性數(shù)據(jù)(位置)和測(cè)點(diǎn)信息屬性數(shù)據(jù);中間數(shù)據(jù)包括根據(jù)原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)生成的地層層面等值線模型、三維表面模型、剖面模型等,根據(jù)這螳模型可以生成用戶需要的各種圖件,還可以進(jìn)行各種信息查詢操作;最終數(shù)據(jù)種類繁多,主要是根據(jù)用戶需要由中間數(shù)據(jù)生成,包括圖形資料和文檔資料(如勘察報(bào)告等)。

  3.3數(shù)字化巖土勘察的規(guī)范化目前,巖土勘察按行業(yè)主要有鐵路、公路、航務(wù)及工民建等。鐵路勘察行業(yè)處于領(lǐng)導(dǎo)地位的有中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院(現(xiàn)歸屬中國(guó)鐵建)、鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院(現(xiàn)歸屬中國(guó)中鐵);公路勘察行業(yè)處于領(lǐng)導(dǎo)地位的有中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院(總部位于西安)、中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院 (總部位于武漢);航務(wù)勘察行業(yè)處于領(lǐng)導(dǎo)地位的有中交第一航務(wù)1:程勘察設(shè)計(jì)院(總部位于天津)、中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院(總部位于武漢)。

  雖然各行業(yè)已有相應(yīng)的勘察規(guī)范,但僅局限于對(duì)勘察于段、勘察理論和勘察技術(shù)的規(guī)定,對(duì)勘察成果數(shù)字化這一領(lǐng)域還是一片空白。實(shí)際工程活動(dòng)中,各個(gè)勘察設(shè)計(jì)院均有自己的一套軟件系統(tǒng),及成圖數(shù)字化軟件,但相同的行業(yè)在不同的地域或相同的地域在不同的行業(yè)對(duì)巖土勘察成果的數(shù)字化流程、要求、程序軟件均存在較大差異。這就導(dǎo)致了同行業(yè)規(guī)范框架下生成的成果卻雜相叢生,難以和現(xiàn)已規(guī)范程序化的設(shè)汁軟件接軌,直接導(dǎo)致了勘察成果的高效使用。

  所以,各行業(yè)的巖土勘察對(duì)成果的數(shù)字化應(yīng)采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),可指定唯一的機(jī)構(gòu)(On中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì))組織各行業(yè)的主要成員對(duì)勘察成果數(shù)字化程序和軟件進(jìn)行匯編,并可向社會(huì)各界進(jìn)行邀請(qǐng)參與,制定套統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的勘察成果數(shù)字化程序軟件,各行業(yè)或單位在應(yīng)用時(shí)僅選擇適合于本行業(yè)的規(guī)范,在輸入通過(guò)勘察手段獲得的相應(yīng)的參數(shù)后,即可數(shù)字化生成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的勘察成果資料,并與現(xiàn)行的設(shè)計(jì)程序軟件耦合,便于高效的應(yīng)用勘察成果,有效的提高勘察設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率,降低社會(huì)資源成本,并國(guó)際領(lǐng)先的勘察設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行接軌。

  4、結(jié)束語(yǔ)

  從對(duì)巖土工程勘察方法實(shí)施規(guī)范改進(jìn),逐步過(guò)渡到數(shù)字化勘察技術(shù)的制定,并推廣其廣泛應(yīng)用,這是勘察工程發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是這其中還有一段很長(zhǎng)的路要走,不僅僅是因?yàn)楦餍袠I(yè)和地域空間范圍的主管機(jī)構(gòu)存在差異性,而且我國(guó)目前在數(shù)字化勘察、勘探方面的專業(yè)人才也很匱乏,因此,必須鼓勵(lì)數(shù)字化巖土工程勘察技術(shù)人才的培養(yǎng),并推進(jìn)該技術(shù)的研究應(yīng)用,以真正實(shí)現(xiàn)巖土工程數(shù)字化勘察的廣泛應(yīng)用,迅速與國(guó)際上先進(jìn)的巖土勘察接軌,提高我國(guó)巖土工程勘察行業(yè)的生產(chǎn)和競(jìng)爭(zhēng)能力。

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