城市地质信息化

(1)概述

深圳市城市地质调查信息系统是由深圳市调查研究单位投资实施的大型GIS信息管理项目。该项目于2002年6月开工，2003年2月基本完工。2005年，在原有系统的基础上增加了网络发布功能。

该系统采用深圳1∶1000(特区外1∶2000)地形图作为地理背景底图，可实现对调查项目、调查点数据、原位测试和土工试验数据、水文地质试验数据、区域地层岩性空间分布数据、区域地质构造空间分布数据等特征地质对象数据的综合管理。

从1983开始，该数据库中的管理信息包括已完成的各类勘探项目的全部信息，以及深圳特区1 ∶ 5万地质图中所包含的地层岩性和地质构造的空间分布数据。此外，还有罗湖断裂带高层建筑沉降监测项目的部分数据和地质灾害、地质遗迹的部分数据。

该系统被列为“2003年深圳市重点信息化项目”和“2003年深圳市建设科研项目”。

系统建设的主要目的和意义是:

1)全面有序地管理、开发和利用城市地质勘查资源。

2)为城市规划、国土资源开发、城市建设和城市管理的决策分析提供地质信息依据。

3)为深圳社会经济建设的可持续发展提供基础地质地理信息。

4)规范统一深圳市地质资源和工程地质勘察行业技术标准，实现网络信息共享。

5)为城市防灾减灾、城市地质科学研究、岩土工程设计、工程地质勘察的发展提供服务。

(2)系统构建方法和实现技术

城市地质调查信息系统的建设需要采用GIS技术、数据库技术和网络技术进行开发。

地理信息系统(GIS)技术提供了空间数据及其属性数据的集成，可以以地图的形式显示，并提供了各种层次的地图空间数据查询和表达功能。目前，国外主流的地理信息系统(GIS)平台软件有Arc/Info、MicroStation Geography、MapInfo和AutoMap，国内有MapGIS和SuperMap。从网络运行环境来说，可分为客户机/服务器(C/S)和浏览器/服务器(B/S)两种模式，后一种模式又称为互联网地理信息系统(WebGIS)。

深圳城市地质调查信息系统也分为两个版本。之前的版本是客户端/服务器(C/S)版本，是在国产SuperMap 2000软件的平台上开发的。后期版本为浏览器/服务器(B/S)版本，主要使用MicroStation Geographics平台下的GeoPublisher作为服务器地图数据发布引擎，客户端使用自主开发的控件完成。

由于地理信息的海量数据特性，地理信息数据的存储对数据库管理系统的并发响应速度要求很高，存储数据的方式主要有两种:一种是将空间地图数据及其属性数据集成存储在一个数据库中；另一种方式是将空间地图数据及其属性数据分开存储，即地图数据存储为文件(一般以地图为划分单位)，而属性数据存储在数据库管理系统中。前一种方式具有维护管理方便、技术先进、响应迅速等优点，是目前的发展方向，但技术实现成本高，系统不稳定。因此，深圳市城市地质调查信息系统仍采用空间地图数据及其属性数据分开存储的方法，数据库管理系统采用M S SQL Server2000。

图3-3-1系统基本对象

由于计算机网络和互联网技术的普及，越来越多的计算机软件摆脱了单机工作环境的限制，转变为网络化的协同工作模式。深圳市城市地质调查信息系统也是一个网络化的软件系统，设计采用互联网软件技术实现。目前主要用于局域网应用，但其技术已经完全满足在Intcrnet环境下的应用需求(图3-3-1)。

(3)要素的分类和编码

根据建设部《城市地理信息系统建设规范》的经验和成果，深圳市城市地质调查信息系统分为城市地理基础数据集和城市地质基础数据集要素两类，其中城市地理基础数据集主要指地形、地物、地下管线、测绘标志等数据要素， 而城市地质基础数据是指城市地质工作和工程建设中所涉及的地层岩性、地质构造等空间数据，以及地质测绘和勘探所获得的各种成果数据，如勘探点(钻孔)、测绘标志等。

深圳市城市地质调查信息系统城市地理基础数据集中要素的分类与编码基本参照了原有的测绘产品要素分类标准。如《1:500 1:1000 1:2000地形图要素分类与编码(G B 14804-93)》和《土地基础信息数据分类与编码》(GB/T 1393)因此，系统建设者根据实际工作需要，对各类要素进行了统一分类与编码，其成果已被规范采用

在元素分类和编码过程中，强调以下原则:

1)唯一性:编码要唯一明确。

2)扩展性:给定编码规则和扩展区间，满足实际应用中编码扩展和增加的需要。

数字都是用数字编码的，有***6位，第一位是主题类别，第二位是类别，第三位和第四位是中类，最后两位是子类和扩展位。

城市地质基础数据集简述如下(表3-3-1 ~ 3-3-7)。

1.地层岩石

表3-3-1地层岩石元素编码

2.地质结构

表3-3-2地质构造要素编码

3.水文地质学

表3-3-3水文地质要素编码

4.地震地质学

表3-3-4地震地质要素编码

5.环境地质学

表3-3-5环境地质要素编码

6.地质资源

表3-3-6地质资源要素编码

7.其他元素

表3-3-7其他地质要素编码

继续的

(4)数据组织

1.主要数据类型

系统数据主要包括基础地理数据(1: 1000地形图)、基础地质数据和工程测量专题数据(图3-3-2)。

2.元素属性数据

系统主要要素的属性数据见表3-3-8 ~ 3-3-18。

表3-3-8地层边界属性表

图3-3-2系统管理数据库的数据类型

表3-3-9岩石属性表

表3-3-10土层属性表

表3-3-11勘探点属性表

表3-3-12故障属性表

表3-3-13地震震中属性

表3-3-14滑坡性质

表3-3-15危岩体性质

表3-3-16海水入侵带特性

表3-3-17地质遗迹属性

表3-3-18地面沉降区属性

3.数据库结构

系统由关系数据组织，勘探项目与勘探点数据之间的关系复杂。各元素属性表与各辅助数据表之间的结构如图3-3-3 ~ 3-3-5所示。

图3-3-3调查项目相关数据表及关联关系

图3-3-4勘察工程场地(站点)相关数据表及其关系

(5)系统功能

1.项目查询

系统根据关键字查询和组合信息查询提供数据库中调查项目的检索功能，或者根据地图位置点击、框选和不规则框选功能实现调查项目的查询。

2.钻探查询

系统提供了点击、框定、给出坐标范围、绘制不规则区域等方法。，并在数据库中选择钻孔进行查询和分析。

3.位置查询

该系统是一个标准的GIS应用项目，可以实现GIS提供的各种定位和查询功能。比如根据坐标定位查询，根据地名定位查询，根据其他关键词定位查询，或者浏览定位地图等。

4.区域数据提取

通过在地图上框定或画出一个区域，选定该区域的勘探点(钻孔)，将这部分勘探点的数据以模拟“项目”的形式导出到勘探作业软件(“勘探e”软件格式)中进行进一步分析，如图3-3-6所示。

5.钻井生成模拟

系统可以在给定的平面位置点选择外围钻孔，通过数据插值模拟，生成一个模拟钻孔，可以用来查询该点的估计地层和地层厚度。

6.报告和专题地图输出

系统提供地质平面图、钻孔柱状图、钻孔剖面图、原位测试钻孔柱状图、地层汇总表、地层参数汇总表、土工试验和原位测试结果汇总表等报表和专题图的输出功能。

图3-3-5勘探孔与各种试验数据表的关系

图3-3-6 W ebGIS版本将选定的钻孔输出为模拟工程数据文件。

7.管理和维护功能

系统提供数据备份、访问控制、数据入库(数据手工录入和整体导入)等功能。

8.网络出版

系统建设之初采用传统的C/S模式，之后逐渐扩展到B/S模式。通过Bentley GeoWebPublisher平台，将地理地图数据和钻孔数据以Web方式发布，摆脱了客户端繁琐的维护和安装任务，使网络中的终端通过打开浏览器即可访问和搜索系统的各种资源。

具体实现功能如下:

①地图的缩放和平移；(2)地图的查询和定位；(3)对数据库中的调查项目和勘探点进行各种交互式查询；④输出选定的勘探点作为模拟工程数据进行分析。

在客户端开发项目中，结合Flash活动脚本技术，解决了单纯依靠Bentley GeoWebPublisher提供的控件方式无法实现大数据发布的快速响应和客户端地图操作的灵活性的问题，客户端界面更加友好，易于操作。

查询页面效果如图3-3-7所示。

图3-3-7绘制不规则区域的选定钻孔

㈥系统的应用

该系统建成后，已在多个工程项目的地质信息采集、勘察前准备、成果汇编和周边地质信息补充中得到应用，取得了良好的效果。这些项目包括:①深圳轨道交通4号线二期；②深圳防震减灾信息管理系统项目；③深港西部通道深圳侧接线工程；(4)深圳东部沿海高速公路项目；⑤深圳市龙岗区土地储备开发中心北通道市政工程；⑥深圳和记黄埔观澜房地产有限公司观澜低密度住宅开发项目..

随着项目中积累的勘探点数据和其他基础地质资料的种类和数量不断增加，深圳市城市地质调查信息系统提供的信息将更加详细和准确，其管理和应用价值将逐步提高。由于制度的基础性和代表性数据，制度所体现的公共服务价值将逐步体现出来。

2006年，该系统被评为国家优秀地理信息系统项目。

二、“勘测E”数字化勘测作业系统

(一)建设思路

目前国内商用工程测量软件基本都是在AutoCAD下进行二次开发，严重依赖国外软件，用户运行成本高，不利于软件正版化，也不符合国家支持民族软件发展的政策。另一方面，在AutoCAD下开发的软件必须牺牲许多定制功能，难以实现图纸和零件的交互处理，不能满足发展的需要。近二十年来，随着科技的发展，对工程测量软件提出了更多更新的要求。除了满足常规计算机辅助制图的功能外，具有全面的数据管理和分析能力、GIS应用接口、高度标准化、可定制化、扩展性强的测量软件将是未来5 ~ 10年的主要发展方向。

针对这种情况，我们可以开发一套不同于传统思维，以城市工程测量为主要服务对象，通过内置自主知识产权的图形平台，完成测量数据采集处理、输出和管理的专业软件。“勘测E”数字化勘测信息处理软件就是这一思想的具体实现。

深圳市勘测研究院自主研发的“勘测E”数字化勘测信息处理软件，特点是无需任何CAD软件自主开发，用户可一次性完成正版化。软件开发始于2003年，采用c++ builder和Visua1 C++开发。2004年，该软件被建设部列为“2004年重点信息化建设项目”，并于2004年通过了建设部科技司组织的专家组鉴定。专家鉴定意见为“国内领先，国际先进”。

(二)“勘测E”CAD制图平台

“勘测E”所包含的自主开发的二维CAD平台是一个功能齐全的图形绘制环境(图3-3-8)，可以满足工程勘测数据整理和图形输出的功能要求，也为其他岩土工程应用提供了一个基本的图形支撑环境。

1.绘制图形

“勘测E”CAD图形平台实现了类似于AutoCAD绘图操作的常用绘图功能。包括绘制直线段、绘制多义线、绘制正多边形、绘制矩形、绘制圆弧、绘制圆、绘制椭圆、绘制样条曲线、绘制多行文本、生成块和填充。

2.编辑图表

“勘测E”CAD图形平台将实现AutoCAD常用的图形编辑功能。包括删除、复制、镜像、偏移、排列、旋转、缩放、裁剪、扩展、分解和对齐。

3.浏览功能

“勘测E”CAD图形平台将实现AutoCAD的常用浏览功能，包括图形窗口的放大、缩小、平移等功能。提供多种放大和缩小浏览方式，包括窗口缩放、居中缩放等。

图3-3-8“测量E”绘图环境

4.辅助绘图功能

“勘测E”CAD图形平台提供捕捉和正交辅助绘图功能。捕捉点的类型有端点、中点、圆心、交点、切点、垂直点、象限点和最近点。

5.交互式绘图

“Survey E”CAD图形平台为绘图提供命令行输入和画笔交互。键盘模式可以精确输入世界坐标，弥补了画笔绘制精度不足的缺点。可以按ESC键取消当前命令，或者按Enter键完成当前命令；辅助绘图命令(如平移、实时缩放和滚轮缩放)不会中断当前绘图并修改命令(如绘制直线和复制对象)。

6.层管理

“勘测E”CAD图形平台提供图层管理功能。

1)创建多层:可以创建多层，每层管理自己的实体。

2)锁定图层:锁定指定图层，实体不可编辑修改。

3)隐藏图层:隐藏指定的图层，使实体既不可见也不可修改。

4)冻结图层:冻结指定的图层。

5)删除图层:删除指定的图层，该图层所拥有的实体也将被删除。

6)实体改变图层:改变所选实体的图层属性。

7.图形文件访问

“勘测E”CAD图形平台提供图形文件访问功能。

1)兼容AutoCAD的DXF文件格式:可以打开和保存DXF文件，暂时不会处理AutoCAD专用的线型和字体。

2)用户自定义文件格式”。CAD”:可以另存为一个”。CAD "文件以文件流的形式存在，它也可以被读取，并且它与早期版本兼容。

3)图形源文件。wmf:可以保存为. wmf文件，但是不能读取。

8.打印和打印预览功能

测量CAD图形平台提供打印和打印预览功能。

1)可以显示当前局域网中可用的打印机。

2)可以显示打印机的基本信息。

3)能够根据对象的线宽和颜色预览和打印图形。

4)可以根据用户指定的打印样式打印和预览图形。如果同时指定了对象线宽和对象颜色，则优先选择对象线宽和对象颜色。

5)打印样式可以编辑保存为文件，打印样式用颜色值表示，每个颜色值表示要打印的颜色、线宽和线型，最多可以有256个颜色值。

6)可以指定是否根据打印样式预览和打印图形。

7)可以列出当前打印机支持的所有纸张类型。

8)可以指定打印方向:纵向和横向。

9)可以指定打印区域:图形边界、图形范围、当前显示的图形和窗口选择范围。

10)可以指定打印比例和份数。

11)可以指定是以偏移模式打印还是以居中模式打印。在偏移模式下，您可以输入相对于纸张左上角的X和Y方向的偏移距离。

12)批量打印功能，能够批量打印输出。

(3)调查操作的功能

1.数据输入功能

提供各种勘察数据输入功能，以及将静力触探试验和一些土工试验软件数据直接导入到系统中的功能。输入界面如图3-3-9所示。

2.专题地图生成功能

1)布局方案:可根据工程数据自动生成输出勘探点的布局方案，可根据画笔点击位置排列勘探点，并可拖动勘探点，或选择勘探点排列剖面线。

2)平面图:根据指定比例和原始输入参数，自动生成输出钻孔的平面位置分布图。图纸内容包括:钻孔、剖面线等。，并可叠加任意地形图和地物。

图3-3-9 "勘测E "钻探数据录入界面

3)直方图:自动生成任意位置的地质直方图等。

4)剖面图:自动或手动划分土层，自动生成工程地质剖面图，包括钻探数据、动静态勘探曲线等原位测试数据、设计标高、基础标高示意图等。能够编辑和处理各种特殊情况。

界面如图3-3-10所示。

5)等值线图和云图:根据各种经典算法(三角法、网格法等)自动生成地面等值线、各岩土层埋深等值线、各土层等厚等值线、基岩面等值线、地下水位等值线等等值线图。);通过画线，可以自由绘制等值线图的内外边界，过程直观简单。界面如图3-3-11和图3-3-12所示。

(4)模板定制

软件提供自定义模板的功能，并根据模板自动生成图形。不同单位或公司绘制的地质调查专题图格式不同，但模板可根据自身要求定制；模板的尺寸符合国家图纸尺寸规范(图3-3-13)。

图3-3-10 "勘测E "生成剖面示意图

图3-3-11 "侦察E "云图生成选项对话框

图3-3-12 "调查E "等效云图生成效果

图3-3-13“调查E”示意图模板定制

1.图形符号管理

系统提供自定义符号的功能。符号是具有特定含义的图形块，用于生成专题地图；除了系统自带的符号外，用户还可以自由扩展自己的符号(图3-3-14):

1)可以将本系统中的任何图形保存为符号，并可以将符号分类显示。

2)任何符号都可以按一定比例直接拖入图中。

3)您可以编辑和删除符号。

2.调查报告的生成

自动提供工程勘察报告初稿，自动完成土工试验、水质分析、原位测试的统计分析。

3.辅助工程设计

提供浅基础沉降计算、桩基承载力和沉降计算功能(图3-3-15)。

(5)三维可视化功能

该系统采用OpenGL技术和三维网格插值算法，实现了地层三维空间分布的模拟和显示功能。并且可以用鼠标控制地层模型进行缩放、旋转等观察，输出的视图可以是图形文件(图3-3-16)。

图3-3-14 "调查E "的符号管理功能

图3-3-15 "测量E "辅助计算分析对话框

关于数据的导入导出，目前“勘测E”软件可以将勘测项目数据文件整体导入深圳市城市勘测信息系统，也可以接收和打开深圳市城市勘测信息系统导出的项目数据文件。

“勘测E”网络版和单机版勘测项目的数据也可以通过整体导入导出文件的方式进行无损交换。

图3-3-16 "勘测E "三维地层分布模拟

㈥系统应用

目前，该软件已在深圳及国内多个地区和单位的勘测内业中广泛使用，并通过了“深圳市轨道交通4号线二期工程”等大型勘测项目的检验，取得了良好的应用价值。

软件在应用中根据实际需要不断改进和升级。

边坡工程的三维可视化设计

1.概观

目前边坡支护工程的设计一般采用二维图纸，用平面、立面、剖面三视图表示。由于坡度在空间上往往不是一个简单的“平面”，所以原始地形是一个非常不规则的空间曲面。传统的二维设计只能对上述问题进行粗略的概念表达，无法准确描述支撑前后的形状。不仅工程量计算不准确，导致预算与实际成本出现偏差，还可能因设计条件不准确导致支撑不足或过度，造成安全隐患或工程浪费。

此外，永久性边坡工程的景观问题也越来越受到重视。建筑工程在保证安全的同时，要求边坡设计环保美观，甚至起到景观装饰的作用。采用传统的三视图方法，不仅费时费力，而且对于复杂边坡的边坡规划和定位往往会产生非常严重的误差。而且经常发现一些边坡上的线条怪异，格子梁扭曲难看，很大程度上是因为二维设计图表达不清，深度不够，定位不准，无法指导和约束施工。

利用三维可视化边坡设计是指利用三维空间建模技术建立边坡精确的三维模型，进而进行支护结构布置和计算分析的新一代设计方法。它可以消除传统二维设计对于复杂边坡的许多缺点，深圳勘测研究单位在这方面做了许多有效的尝试。

2.工作成果

在M icroStation平台下，开发了边坡三维可视化建模系统，具体功能如下:①通过地形图实现三维原始地形建模；(2)通过钻孔信息，可以模拟三维地层的空间分布规律；(3)模拟结构面的空间产状和分布；④实现三维开挖模拟和土方计算；⑤三维环境中边坡支护结构的布置及工程量统计。

在空间建模的基础上，系统将逐步开发三维景观设计与展示、稳定性计算与分析等功能。边坡可视化设计模拟效果如图3-3-17、18、19所示。

图3-3-17钢筋混凝土格构梁支撑方案的三维建模效果

图3-3-18锚杆钢筋混凝土格构梁体系三维模型(1)

图3-3-19锚杆钢筋混凝土格构梁体系三维模型(2)