CN110222373A - 一种面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法，本发明采用信息技术对工程勘察的全流程进行改造，采用人工智能和移动互联网技术提高工程勘察数据采集的准确程度和方便性，采用关系型和非关系型数据库结合的方法管理工程勘察数据，利用多场信息耦合的方法建立工程地质三维模型，将三维地质模型和勘察数据库联合，构建工程地质三维信息模型服务器，基于模型服务器进行三维地质分析和应用，从中提取专题模型，满足岩土工程各阶段对地质信息的需求。本发明有利于勘察效率和成果精度的提高，并可以将勘察成果最大程度地传递到岩土工程实施的不同阶段，提高了勘察成果的利用价值。

Description

一种面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法

技术领域

本发明属于工程地质勘察技术领域，具体涉及一种面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法。

背景技术

岩土工程全生命周期的不同阶段(规划、设计、施工、运维)对工程地质勘察信息的需求不同，采用信息技术对工程地质勘察数据的处理方式进行改造，能提高工程勘察数据的处理效率，进而满足土木工程全生命周期对地质信息的多层次需求。中国实用新型专利CN201120047999.7公布了一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置。通过对钻机改装，实现钻孔过程数据的自动采集，能够记录钻进过程中岩土体的强度变化，自动识别地质岩土体的界面。在中国发明专利CN201010301197中公开了一种城勘岩土工程勘察数据处理系统，该系统包括：手机终端，网络服务器，基站。还提供了一种相同构思的数据处理方法，所述方法的实现是采用手机终端通过公共通信网络将勘探孔的记录信息实时传送至网络服务器中进行存储和监控。在中国发明专利CN107357767A公布了一种工程勘察内业数据处理方法，所述工程勘察内业数据处理方法的具体步骤包括数据录入、数据处理和数据输出几大步骤，本发明公开了一种工程勘察内业数据处理装置，所述工程勘察内业数据处理装置，该装置包括外业数据录入模块、图形数据制作模块、对比模块和电子报盘制作模块几大模块。这些工程地质勘察数据的信息化处理方法大多是从工程勘察内部的某个阶段或者某个具体的应用需求出发，对工程地质勘察数据处理全流程效率的提升不高，勘察信息的准确度和可利用程度较低，最关键的是其处理结果不能很好地满足岩土工程的规划、设计、实施、检查和成果分析等多个阶段的需求。

作为一个完整的信息获取、加工和应用过程，对内，工程勘察内部各个环节之间应该是充分衔接、数据流转顺畅的；对外，工程勘察的成果应该是能够服务于岩土工程全生命周期，被后续专业充分利用的。因此，应用信息技术对工程勘察的全流程进行改造来提高工程勘察的效率和成果的准确性很有必要。在改造的同时，要从土木工程全生命周期对工程勘察成果的需求出发，开发新的勘察成果表达方式，提高勘察成果的可利用程度。

发明内容

针对工程地质勘察成果与岩土工程全生命周期对地质信息的需求脱节，不能满足岩土工程各参与方对地质信息多层次需求的问题，本发明提出了一种对工程地质勘察全流程进行信息化再造的方法，以提高工程地质勘察信息被岩土工程的规划、设计、施工、管理等阶段的利用程度，该方法还可以提高工程地质勘察全流程的工作效率。

本发明解决其技术问题所采用的面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法，包含如下步骤：

①采用安装有工程勘察数据智能化采集系统的移动终端，在工程勘察现场进行勘察数据采集和编录。利用通信网络将采集到的数据传输到数据分析中心，数据分析中心利用勘察资料建立勘察区域的三维地质信息模型和工程勘察数据库，作为三维地质信息模型服务器。通过模型服务器，提取专题地质信息模型，对模型进行数据格式转换，供数值模拟计算、设计、施工、等后续专业使用。

②在数据采集环节，采用基于场景的智能化采集系统提高数据的准确性，采用移动终端提高数据采集的灵活性，采用三维地质信息模型作为数据的录入、编辑和校验的工作平台，提高数据采集的直观性和灵活性。

③在数据管理环节，采用关系型数据库和非非关系型数据库相结合的方法，构建工程勘察数据库，进行勘察原始数据、中间数据和成果数据的组织和管理。

④在数据分析环节，利用多场信息耦合的方式建立工程地质勘察三维信息模型，并将该模型和工程勘察数据库通过勘察对象的唯一标识符进行关联，构成三维地质信息模型服务器。基于该中心开展三维地质分析，包括：自动生成统计报表、自动生成剖切图件(剖面图、平切图、展示图等)、自动绘制二维地质分析图件(节理玫瑰图、节理等密图、赤平投影图等)，依据这些分析结果对三维地质信息模型进行修正，降低模型的不确定性。

⑤在后续应用环节，对耦合多场信息的三维地质信息模型进行分解提取，得到系列的专题模型(工程地质三维结构模型、水文地质三维结构模型、工程地质三维属性模型、水文地质三维属性模型)，供岩土工程的规划、设计、施工等阶段使用。

在本发明中，步骤②基于移动端的场景的智能化采集技术可以提高勘察数据处理的精度、直观性和方便性。步骤③依据关系型数据库和非关系型数据库相结合的方法管理勘察数据。步骤④依据地质信息模型和勘察数据库联合组成的三维地质信息模型服务器进行地质分析和应用。步骤⑤依据模型服务器提取专题地质信息模型，对其转换格式后，供规划、设计、施工等专业使用。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明建立一步到位的数据处理模式和可视化的工作平台，避免了不同阶段之间数据的转换丢失，有利于勘察效率和成果精度的提高。与此同时，利用三维地质信息模型和工程勘察数据库作为载体进行岩土工程勘察信息的提交方式，可以将勘察成果最大程度地传递到岩土工程实施的不同阶段，提高了勘察成果的利用价值。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法一实施例的流程图；

图2是智能化的数据采集与预处理方法的流程图；

图3是基于三维地质信息模型服务器生成专题模型的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明采用人工智能和移动互联网技术提高工程勘察数据采集的准确程度和方便性，采用关系型和非关系型数据库结合的方法管理工程勘察数据，利用多场信息耦合的方法建立工程地质三维模型，将三维地质信息模型和勘察数据库联合，构建工程地质三维信息模型服务器，基于模型服务器进行三维地质分析和应用，从中提取专题模型，满足岩土工程各阶段对地质信息的需求。参考图1，本实施例的面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法具体包含如下步骤：

S1、在启动工程地质勘察时，依据现有的资料和现场踏勘的结果，建立勘察区域粗糙的三维地质信息模型，并通过网络发布至数据分析中心。

S2、基于该地区的已有资料和现有地质知识建立该地区的地质知识库，知识库以词库和规则库的方式进行实现，并存储至数据分析中心。

S3、采用安装有工程勘察数据智能化采集系统的移动终端，在工程勘察现场进行勘察数据采集和编录；进行勘察数据采集时，工程勘察数据智能化采集系统会首先根据移动终端的空间定位的结果和输入的数据内容，自动从数据分析中心的地质知识库加载与空间定位的结果及输入数据相关的背景知识，供用户进行合理性检查和数据校验工作；同时，对勘察现场进行取样，并进行试验，获取试验结果。

参考图2，工程勘察野外数据的内容包括空间定位信息、地质现象的空间形态信息和属性信息，其质量直接影响着地质解释结果与客观实际的接近程度。从操作方式的方便性出发，我们提出了基于场景的智能化野外数据采集方法，该方法基于移动GIS思想，利用平板电脑、GPS技术、通信技术建立移动GIS的工程勘察数据采集模式。

该方法首先基于该地区的已有资料和现有地质知识建立该地区的地质知识库，知识库以词库和规则库的方式进行实现。进行野外数据采集时，系统会首先根据空间定位的结果和输入的数据内容，自动从知识库加载与输入数据相关的背景知识，供用户进行合理性检查和数据校验等工作。在这种具有场景(上下文)感知、分析、推理、自适应的工作模式的支持下，每一个野外地质人员背后都有一个强大的知识系统在动态地支撑野外数据采集，能显著增强数据的准确性和数据采集的智能化。

采用这种方法进行数据采集时，首先打开安装在平板电脑(目前仅支持安装了微软Win7及以上操纵系统的平板电脑)上的数据采集软件，系统会根据GPS空间定位的结果，自动加载该地区的遥感影像、基础地质数据和基础地理数据，构建勘察区域的三维地表模型，以此为工作平台，结合空间定位结果，创建工程勘察对象(地质点、钻孔、平洞探坑、探槽)，并给其赋予唯一编码，采用空间地质对象和属性信息相捆绑的方式录入属性数据和试验信息。系统会查找知识库中与录入信息相关的背景知识，供用户进行知识学习、数据校正等工作，校正后的数据经过清洗、重构、解析等综合处理后，可以实时地传送到数据库，也可以采用先存储到平板电脑的存储设备，再导入汇总到数据库的方式。这种智能化的数据采集方式减少了数据的重复录入次数，避免了数据的中间损失，满足了工程勘察中对空间定位、文字描述、图形影像等的记录要求，提高了数据的准确性，且有利于数据的管理和基于数据的分析。

S4、将采集和编录勘察数据保存到移动终端自身的存储器中，再自动上传至数据分析中心；数据分析中心采用结构化和非结构化相结合的工程勘察数据库，来存储和管理勘察数据以及试验结果。

岩土工程的多个领域涉及到工程勘察数据的处理和应用，各领域之间存在关联性，同时也存在相对的独立性。这种关联性表现在工程勘察信息的互用，需要工程勘察数据在各领域之间准确共享和交换。

工程勘察的原始资料用来描述勘探对象的相关信息，这些信息既是进行三维地质信息模型构建的数据源也是进行数据分析的依据，具有显著的多主题特征，主题式点源数据勘察库是管理这类信息的有效方法，题式点源数据勘察库包括点源数据库和主题式数据库两层含义；点源数据库理解为存贮各个勘探点信息的数据库，用来存储该勘探对象的空间和属性数据，既是对勘探区域内进行监测信息的收集、存储、管理、处理和使用的基本单位，也是建立三维地质信息模型基础；主题式数据库是指数据库的建立以实现勘察数据的综合管理为核心，对勘察资料的存储和管理统一概念模型和数据模型，实现术语和代码的标准化，通过系统分析和模型设计来形成与各种业务主题相关联的数据库，使数据的管理与某个特定的需求分离开来，以保证数据能够在多个功能主题中能被高效率地检索和共享；根据常见的勘探手段，设计了各类数据的表结构，利用关系型数据库SQL Server建立了主题式点源勘察数据，实现了勘察数据的组织和管理。

S5、数据分析中心依据现场勘探和试验结果，结合专家库知识，采用多场信息耦合的方法更新步骤S1中的三维地质信息模型，包括生成地质构造、勘探对象的三维几何模型以及拟合生成物性信息的分界面；勘探对象包括钻孔、平洞、探坑以及探槽，物性信息包括风化、地下水以及卸荷。

S6、将工程勘察数据库和三维地质信息模型联合，建立工程地质三维信息模型服务器，开展三维地质分析，包括生成工程勘察数据统计报表、自动绘制二维地质分析图件，然后利用分析结果与实际数据进行比对，从而对模型进行修正；二维地质分析图件包括节理玫瑰图、节理等密图、赤平投影图。

S7、基于修正后的工程地质三维信息模型服务器进行分解提取，得到系列的专题模型，供岩土工程全生命周期不同阶段使用，包括工程地质三维结构模型、水文地质三维结构模型、工程地质三维属性模型、水文地质三维属性模型，可以分别为设计、施工水文地质等后续专业服务。

参考图3，从工程地质三维信息模型服务器中导出专题模型时，是首先从三维地质信息模型提取需求的子集，并加入一些额外的规则，描述特定情景下的数据交换内容，用以满足岩土工程不同阶段之间信息交换需求；具体来分为两个主要的步骤，第一步是依据叙述性文档指定的对象、属性与关系，定义子模型的内容，从而确定专题模型所定义的内容，应该遵循通用的流程标准，用以描述信息交换的内容，第二步则基于专题模型生成特定的数据模型，包括几何图形、属性、关系和规则，以满足特定的应用。

S8、在施工阶段，将施工现场揭露的地质信息和监测信息反馈到工程地质三维信息模型服务器，构建完整的工程勘察地质信息管理体系，为建设工程的运营维护和改造提供支持。改造后的工程地质勘察流程实现了工程勘察数据采集、数据处理、数据管理、数据分析、数据应用、数据分发和后续更新的全过程信息化，有利于提高岩土工程全生命周期对勘察信息的利用效率。

现有的工程地质勘察数据的信息化处理方法大多是从工程勘察内部的某个阶段或者某个具体的应用需求出发，对数据处理全流程效率的提升不高，对勘察信息如何能够被岩土工程利用考虑的较少，勘察信息的可利用程度较低，不能很好地满足岩土工程的规划、设计、实施、检查和成果分析等多个阶段的需求。本发明采用信息技术对工程勘察的全流程进行改造，以提高工程勘察数据的处理效率，优化勘察成果的提交方式，满足岩土工程全生命周期对工程勘察信息的需求。在技术方案层面，采用人工智能和移动互联网技术提高工程勘察数据采集的准确程度和方便性，采用关系型和非关系型数据库结合的方法管理工程勘察数据，利用多场信息耦合的方法建立工程地质三维模型，将三维地质模型和勘察数据库联合，构建工程地质三维信息模型服务器，基于模型服务器进行三维地质分析和应用，从中提取专题模型，满足岩土工程各阶段对地质信息的需求。本发明有利于勘察效率和成果精度的提高，并可以将勘察成果最大程度地传递到岩土工程实施的不同阶段，提高了勘察成果的利用价值。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、在启动工程地质勘察时，依据现有的资料和现场踏勘的结果，建立勘察区域粗糙的三维地质信息模型，并通过网络发布至数据分析中心；

S2、基于该地区的已有资料和现有地质知识建立该地区的地质知识库，知识库以词库和规则库的方式进行实现，并存储至数据分析中心；

S3、采用安装有工程勘察数据智能化采集系统的移动终端，在工程勘察现场进行勘察数据采集和编录；进行勘察数据采集时，工程勘察数据智能化采集系统会首先根据移动终端的空间定位的结果和输入的数据内容，自动从数据分析中心的地质知识库加载与空间定位的结果及输入数据相关的背景知识，供用户进行合理性检查和数据校验工作；同时，对勘察现场进行取样，并进行试验，获取试验结果；

S4、将采集和编录勘察数据保存到移动终端自身的存储器中，再自动上传至数据分析中心；数据分析中心采用结构化和非结构化相结合的工程勘察数据库，来存储和管理勘察数据以及试验结果，包括：

用来描述勘探对象的相关信息所形成的工程勘察的原始资料通过主题式点源数据勘察库来进行管理，主题式点源数据勘察库包括点源数据库和主题式数据库两层含义；点源数据库理解为存贮各个勘探点信息的数据库，用来存储该勘探对象的空间和属性数据，既是对勘探区域内进行监测信息的收集、存储、管理、处理和使用的基本单位，也是建立三维地质信息模型基础；主题式数据库是指数据库的建立以实现勘察数据的综合管理为核心，对勘察资料的存储和管理统一概念模型和数据模型，实现术语和代码的标准化，通过系统分析和模型设计来形成与各种业务主题相关联的数据库，使数据的管理与某个特定的需求分离开来，以保证数据能够在多个功能主题中能被高效率地检索和共享；

S5、数据分析中心依据现场勘探和试验结果，结合专家库知识，采用多场信息耦合的方法更新步骤S1中的三维地质信息模型，包括生成地质构造、勘探对象的三维几何模型以及拟合生成物性信息的分界面；

S6、将工程勘察数据库和三维地质信息模型联合，建立工程地质三维信息模型服务器，开展三维地质分析，包括生成工程勘察数据统计报表、自动绘制二维地质分析图件，然后利用分析结果与实际数据进行比对，从而对模型进行修正；

S7、基于修正后的工程地质三维信息模型服务器进行分解提取，得到系列的专题模型，供岩土工程全生命周期不同阶段使用，包括工程地质三维结构模型、水文地质三维结构模型、工程地质三维属性模型、水文地质三维属性模型；

S8、在施工阶段，将施工现场揭露的地质信息和监测信息反馈到工程地质三维信息模型服务器，构建完整的工程勘察地质信息管理体系，为岩土工程的运营维护和改造提供支持。

2.根据权利要求1所述的面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法，其特征在于，步骤S5中，所述勘探对象包括钻孔、平洞、探坑以及探槽。

3.根据权利要求1所述的面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法，其特征在于，步骤S5中，所述物性信息包括风化、地下水以及卸荷。

4.根据权利要求1所述的面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法，其特征在于，步骤S6中，所述二维地质分析图件包括节理玫瑰图、节理等密图、赤平投影图。

5.根据权利要求1所述的面向岩土工程全生命周期的工程勘察数据处理方法，其特征在于，步骤S7中，从工程地质三维信息模型服务器中导出专题模型时，是首先从三维地质信息模型提取需求的子集，并加入一些额外的规则，描述特定情景下的数据交换内容，用以满足岩土工程不同阶段之间信息交换需求；具体来分为两个主要的步骤，第一步是依据叙述性文档指定的对象、属性与关系，定义子模型的内容，从而确定专题模型所定义的内容，应该遵循通用的流程标准，用以描述信息交换的内容，第二步则基于专题模型生成特定的数据模型，包括几何图形、属性、关系和规则，以满足特定的应用。