公路工程地質數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究應用

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［摘要］公路工程地質勘察最終成果主要由工程地質調繪及鉆孔編錄數(shù)據(jù)整理而得。目前傳統(tǒng)的工程地質調繪及鉆孔數(shù)據(jù)采集主要還是局限于碎片化的工作流程，采集過程復雜、耗時、費力，成果零散。某研究成果公路工程地質數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由服務器端、Web客戶端和移動客戶端組成，通過協(xié)同作用，實現(xiàn)公路工程地質勘察野外調繪、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、坐標參數(shù)、鉆孔編錄、地質調繪、其他專業(yè)工具。Web客戶端具有項目及人員管理、項目資料管理、考勤管理、決策管理等幾個功能模塊。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。

［關鍵詞］公路；勘察；地質調繪；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，構造發(fā)育。工程地質勘察最終成果主要需通過外業(yè)工程地質調繪及鉆孔編錄數(shù)據(jù)整理而得。目前傳統(tǒng)的工程地質調繪及鉆孔數(shù)據(jù)采集主要還是局限于碎片化的工作流程，各個工作環(huán)節(jié)基礎資料采集單獨進行，單獨整理成果，同一條公路的技術標準甚至不統(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雜、耗時、費力，成果零散，不利于基礎資料的綜合利用，項目歸檔時容易遺漏，不利于后續(xù)勘察、設計、施工及營運階段的資料查詢應用。隨著計算機應用技術的不斷發(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編錄功能為主，無調繪功能，第二類是基于GIS平臺的填圖軟件，主要用于區(qū)域地質填圖，即區(qū)域地質調繪，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)，可實現(xiàn)公路工程地質野外調繪、鉆孔編錄于一體，信息化、高效、快捷，為內業(yè)資料整理及最終報告編制提供系統(tǒng)而全面的基礎數(shù)據(jù)具有廣泛的現(xiàn)實意義和工程應用前景。

1公路工程地質數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

1.1系統(tǒng)的目的

為實現(xiàn)公路工程地質野外調繪、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)必須達到以下目的。（1）實現(xiàn)野外工程地質調繪及編錄設備一體化、無紙化的問題。要實現(xiàn)無紙化，需要將各類區(qū)域地質圖、工程類圖件、百度地圖等導入系統(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）實現(xiàn)野外工程地質調繪及編錄快速化、信息化、標準化問題。為達到此目的，需要實現(xiàn)標準地層引用、常用字段下拉、深度自動計算、電子巖芯照片自動生成等功能，還要開發(fā)眾多地質野外使用的小工具。為實現(xiàn)信息化需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸。（3）實現(xiàn)野外實時高精度定位問題。即要先實現(xiàn)坐標系統(tǒng)的設置、坐標參數(shù)的計算，還要實現(xiàn)采集設備的高精度定位。為實現(xiàn)設備高精度定位可采用高精度平板或低精度設備+具高精度模塊的模方。（4）實現(xiàn)項目管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、成果資料統(tǒng)一管理問題。即要搭設云平臺，用于數(shù)據(jù)的存放、計算及管理。

1.2系統(tǒng)的架構

為達到系統(tǒng)的目的，本采集系統(tǒng)主要由服務器端（服務器程序、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，實現(xiàn)公路工程地質野外調繪、鉆孔編錄數(shù)字化、信息化、高效、快捷的目的。服務器端（服務器程序、數(shù)據(jù)庫）主要用于數(shù)據(jù)的存放、計算及管理。服務器程序基于Net4.0采用VisualC#/C++開發(fā)，空間數(shù)據(jù)引擎采用SpatialDatabaseEngine。Web客戶端用于設置項目基本信息，導入?yún)^(qū)域地質、地形圖等基礎性圖件，導入項目鉆孔任務、技術要求、會議紀要等項目資料，編制標準地層模板，并對項目人員、設備、進度、成本等進行管理，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目相關資料，如圖件、鉆孔任務、文件、標準地層模板等，外業(yè)進行調繪及編錄信息采集、導航、定位等，并進行資料的實時上傳。移動客戶端采用Java與C++進行開發(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)進行高效管理，打通了移動端、Web端、服務端，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的快速瀏覽與查詢。系統(tǒng)運行流暢、功能豐富、擴展性強。架構模式采用了“分層模式”，系統(tǒng)共分4個層次，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，為客戶端提供應用程序的訪問。數(shù)據(jù)接入層主要負責對用戶請求協(xié)議處理，同時對用戶進行訪問控制和授權，用于管理用戶對功能及數(shù)據(jù)實體的訪問控制和授權。數(shù)據(jù)處理層主要負責RESTfulAPIS語義的實現(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，不應對數(shù)據(jù)做任何業(yè)務上的加工。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、坐標參數(shù)、鉆孔編錄、地質調繪、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)，同時支持自定義地圖數(shù)據(jù)，如可以加載各類區(qū)域地質圖、工程類圖、高德地圖、谷歌地圖、天地圖等，而且可實現(xiàn)工程類圖與其他地圖的疊加，實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)無紙化。坐標參數(shù)支持常見的橢球參數(shù)、投影參數(shù)及多種坐標轉換等參數(shù)設置功能。坐標轉換包括常用的坐標轉換方法，具體包括平移轉化、三參數(shù)、四參數(shù)、七參數(shù)轉化。坐標參數(shù)可滿足不同項目外業(yè)勘察定位、坐標采集要求。配合具有高精度的GPS-RTK模塊的終端或低精度設備+具高精度模塊的模方，可以實現(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。鉆孔編錄主要實現(xiàn)對鉆孔信息的采集，具體的編錄內容包括基本信息、地層信息、取樣信息、原位測試、照片等采集工作。通過預設標準地層、常用字段下拉、自動生成電子巖芯照片、自動計算深度等功能實現(xiàn)快速化鉆孔編錄。編錄形成數(shù)據(jù)庫、照片可通過網(wǎng)絡實時上傳至云端，Web客戶端可實時下載查看或編輯。地質調繪功能中具有基于定位后的點、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)時可自動調用電子羅盤或測距儀，實現(xiàn)產狀、距離的自動量測及填寫。調繪形成dxf、excel文件、照片等可通過網(wǎng)絡實時上傳至云端，Web客戶端可實時下載查看或編輯。除上述主要業(yè)務功能外，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、實體比例正射投影、實測剖面、手繪板、激光測距以及導航等功能。

2.2Web客戶端功能

Web客戶端具有項目及人員管理、項目資料管理、考勤管理、決策管理等幾個功能模塊。主要給管理層及項目負責人使用，用于人員及設備的管理，用來制訂項目計劃、為項目制訂鉆孔地層編錄模版、對外業(yè)采集資料（調繪點及鉆孔編錄信息）進行管理及編輯、對工作量進行統(tǒng)計并提供決策管理等功能。

3工程應用

為測試“公路工程地質數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”的工程應用效果，本研究依托4個公路勘察項目開展了測試。測試項目具體為廣佛肇高速公路施工補勘、大麻至高陂旅游產業(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個項目，對采集系統(tǒng)移動客戶端的地質調繪、鉆孔編錄、地圖定位及其他專業(yè)功能進行了詳細測試，并對Web客戶端的項目進程、資料及人員考勤等管理功能進行了使用，測試結果見表1。結果顯示，采集系統(tǒng)的各項功能已基本完善，能高效地應用在公路工程勘察工作中，可以解決傳統(tǒng)工程地質調繪、編錄紙質攜帶不方便、工具眾多、內業(yè)整理工作重復且易遺漏、修改不便、不利于數(shù)據(jù)信息管理及應用等問題，從而使野外工程地質調繪、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結束語

公路工程地質數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由服務器端、Web客戶端和移動客戶端組成，通過協(xié)同作用，實現(xiàn)公路工程地質勘察野外調繪、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、坐標參數(shù)、鉆孔編錄、地質調繪、其他專業(yè)工具。Web客戶端具有項目及人員管理、項目資料管理、考勤管理、決策管理等幾個功能模塊。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，但還有值得進一步研究的方向，如系統(tǒng)上實現(xiàn)對項目數(shù)據(jù)的進一步應用，包括勘察報告編制及與設計有效對接；另外實現(xiàn)所有項目資料的統(tǒng)一化管理、場景化管理，實現(xiàn)透明地球。

參考文獻

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作者：張金平 單位：廣東省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司