（构造地质学专业论文）基于gis的城市工程勘察信息系统的设计研究.pdf

中南大学 i ! ；! 学位论史中_ 盘：摘要 摘要 地理信息系统作为一门新兴的空间信息技术，用来处理和分析与空i 司化置有 关的地理信息的计算机信息系统，业己广泛应用到社会生活和国民经济的箨个领 域。 城市化进程的迅猛发展，给城市工程勘察带来巨大的冲击，传统的城市勘察 生产管理手段已暴露出它的局限性，地理信息系统的介入，为城市工程勘察带来 6 h 所未有的发展空间。 如何有效、科学地管理海量工程勘察数据，如何快捷地实现l 程勘察数据的 高质量采集、及时更新、检索利禽询等，如何快速实现工程勘察数据图、表的输 出等等，这些都是城市j t 程勘察最为关注的核心问题。本文就上述诸多问题，针 对城市t 稃勘察的特点，对勘察数掘进行分析，完成刘勘察数据进行分类与编码， 实现了勘察数据的标准化，建立了城市工程勘剪；数据库，存此基础! 二，完成对城 市i ：程勘察信息系统的设计并加以实现。 由于工程勘察数据席是实现本城市上程勘察信息系统的关键所在，所以奉文 重点论述了对其进行的严格、科学的设计，土要体现在：( 1 ) 数据库的设训和建 设始终依据g i s 的设计原则，将窄问数据和属性数据分离存储，建立了丁i 稃勘 察数掘库，实现空间数据序和属性数据库的一体化管理。( 2 ) 在进行数据库设计 和建设过程中，从数掘的采集录入、入库建库到数据的管理、更新等过程都制定 了，格的数据流程没汁方案，从而实现勘察数据质量的严格控制。( 3 ) 数掘的安 全是系统m 常运行的保汪，因此，本文对工程甚j j 察数据库的安全性进行设训，通 过操作系统和本系统开发平台m i c r o s t a t i o n 以及数据库平台木身来设置不同 类型用户矛权限，从而确保数据的安全性和合法利用。 本系统是利用m d l 语言实现埘b e n t i e y 公i ，j 的m i c r o s t a t i o n ( j e o g r a p h i c s 7 ”平 台的一二次丌发，建立了城市工程勘察信息系统。咳系统基本匕能满足勘察行业的 生产管理要求，并能为城市规划、设计、建设等提供辅助决策依据，具有定的 实用价值。 关键词：地婵信息系统丁程勘察数据标准化 ：程勘察数据库m i c r o sc a t 沁n 憾轧眦陛 ! 堕墨兰塑! ：堂丝婆壅 玉茎堑兰 一一 a b s t r a c t a san e w l y1 i s i n gs p a t i “i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ( i t ) ，g i s ，n a m e l yg e o g r a p h i c a i i n f o r m a t i o ns v s t e m ，i sac o m p u t e r i z e di n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hd e a l s w i t ha 1 1 d a n a i y z e st h eg e o i n f o m a t i o nr e l a t e dt os p a t i a lp o s i t i o n ，b yn o w i th a sb e e nw i d e l y a p p l i e d t ov a r i o u sf i e l d so f s o c i e t yl i f ea n dn a t i o n a 】e c o n o m y 1 h er a p i de x p a n s i o no fu r b a n i z a t i o ni s i n c r c a s i n g l yp u t t i n gi m p a c t so nu r b a n g e o t e c h n i c a l i n v e s “g a t i o n a n d t h et t a d i t i o n a lm e t h o d so f p r o d u c “o nm a n a g e m e n t o f u r b a n g e o t e c h n i c a li n v e s t 追a t i o n h a v e e x p o s e d t h e i rh m i t a t i o n su n d e rn e w c j r c u m s t a l l c e s w i t ht h ea p p l i c a t i o no fg e o 舒a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m s ( g l s ) i n t o i t ，t h eu r b a ng e o t e c 上1 1 1 i c a li n v e s t i g a t i o ni si n s t a n t l yd e v e i o p i gu n p r e c e d e n t e d j y h o w e v e r ，h o wt om a n a g et h eh u g ea m o u l l to f d a t ao f g e o t e c h n j c a l i n v e s t i g a t i o n e f r e c t i v e l y a 1 1 d s c i e n t 币c a l l y ，a n d h o wt or e a l i z et h ec 0 1 1 e c t i o na n d u p d a t e a n d r e t r i e v a la n d q u e r y ，e t c ，o f m ed a t ao f g e o t e c h n i c a i n v e s t i g a t i o nw i t hh i g hq u a l i t ya n d a t h i g hs p e e d ：a n dh o w t or e a l i z et h eo u t p u to ft 1 1 e g r a p h i c sa n dt h ed a t at a b l e so f g e o t e c h n i c a li n v e s t i g a t i o nr a p i d ly ，a n ds oo n a no ft h e s ep r o b l e m sa r et h ek e yo n e s w h i c ha r ed r a w i n gg r o w i n ga t t e n t i o ni nt h e1 i n eo fu r b a ng e o t e c h n i c a li n v e s t i g a t i o n t bd e a jw i t ht h e s ep r o b l e m s ，t h ed a t ao fg e o t e c h n i ca l i n v e s t i g a t i o nw e r ea n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f u r b a ng e o t e c h n j c a li r e s t i g a t i o n ，a n dt h e nt h ed a t a o fg e o t e c h n i c a h n v e s t i g a t i o nw e r es o r t e da 1 1 de n c o d e d ，t h e nt h es t a n d a r d i z a t i o no ft 1 1 e d a t ao f g e o t e c h n i c a li n v e s t i g a t i o n w a sr e a l i z e da 1 1 dt h eu r b a n g e o t e c h n j c a l i n v e s t i g a t i o n d n a b a s ew a sb u i “f u r 出e r l y ，t h ed e s i g n sa n dr e a i i z a t i o no fu r b a n g e o t e c h n i c a j i n v e s t 适a t i o ng e o g r 印h i c i n f o f m a t i o ns y s t e mw e r ea c c o m p l i s h e d c o n s i d e r i n gg e o t e c l l i l i c a li n v e s t i g a t i o nd a t a b a s eb e i n gt h ek e yt or e a l i z et h i s s y s t e m ，t h ee m p h a s i sw e r ep u to nt h es t r i c ta n ds c i e n “n cd e s i g n so ft h ed a t a b a s ej n t h i sp a p e r 工1w a se m b o d i e d m a i n i yi n ：( i ) t h ed a t a b a s ew e r ed e s i g n e da n dc o n s t r u c t e d i nt e m l so ft h ed e s i g n i n gc o d e so fg i sa l it h et i m e ，t h es p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t i v e d a t aw e r es t o r e dr e s p e c t i v e j y ，a j l dt 1 eg e o t e c h n i c a li n v e s t i g a t i o nd a t a b a s ew a sb u i l t ， t h e nt h e i n t e g r a t i v em a n a g e m e n to fs p a t i a l d a t a b a s ea n da t t r i b u t i v ed a t a b a s ew a s r e a l l z e d ( 2 ) l nt h ep r o c e s so fd e s i g na n d c o n s t r u c t i o no f d a t a b a s e ，厅o mc 0 1 l e c t i n ga n d i n p u t t i n gd a t aa n db u i l d i n gd a t a b a s et om a i l a g i n g 叽du p d a t i n gd a t a ，t h es c h e m e so f d a t an o wa r ea l le s t a b l i s h e ds t r i c t l yt or e a l i z et h es t r i c tq u a l i t yc o n t r o lo f g e o t e c h l l i c a i i n v e s t 培a t j o nd a t a ，( 3 ) t h es a f 乱yo f d a t ai st h eg u a r a n t e et oe n s u r et h i ss y s t e mt or u n n o r m a l l y s os o m e s a f e t y m e a s u r e so fg e o t e c h 【l i c a i i n v e s t i g a t i o n d a t a b a s ew e r e a d o p t e di nt h i sp a p e lt h e nd j f 传r e n tt y p e so fu s e r sw e r eg i v e nd i 疗色r e n ta u t h o r i z a t i o n s b yt h eo p e r a t i n gs y s t e ma n dt h ep l a t f o t mf o rd e v e l o p m e n t m i c r o s t a t j o na n d d a 诅b a s ep i a t f o m l ，t h e r e f o r e ，t 1 1 es a f e t ya n d1 i c j tu s eo fd a t aw e r eg u a r a n t e e d ， 中南人学倾学位论文英文摘要 t h i sr e d e v 。l o p m e n to fm i c r 。s t a t i o ng e o 譬r a p h i c s t mo fb e n t l e yc o r pw a s l m p l e m e n t e di nm d l ，a n dt h eu r b a ng e o t e c h n i c a li n v e s t i g a t i o nl n f o r m a t j o n s y s t e mw a s b u l 上t t h is s y s t e m c a nb a s i c a 【l ym e e tt h er e q u i r e m e n t so f p r o d u c t i o nm a n a g e m e n ti nt h el i n eo fu r b a ng e o t e c h n i c a li n v e s t i g a t i o n ，a n dc a n o r r e ra s s i s l a n c ei nt h ed e c i s i o n m a k i n gp r o c e s so fc i t yp l a n n i n ga n dc i t y d e s i g n i n ga n dc i t yb u i l d i n g ， e t c s ot h i ss y s t e mh a sp r l c t i c a lv a l l 】e 1 n aw a v k e yw o r d s ：g i s ，g e 。t e c h n i c a l l n v e s t i g a t i 。n ，s t a n d a r d i z a t i o n 。fd a t a ( ；e ( ) t e c h n i c a l i n v e s t i g a t i o nd a t a b a s e ，m j c r o s t a t l o n i i 中南人学坝j 二学位沧史 绪论 第一章绪论 当今信息技术( i t ) 突飞猛进，信息产业获得空前的发展，而多尺度、多 类型、多时态的地理信息已成为人类研究利解决土地、环境、人口、灾害、规 划、建设等重大社会问题所必需的信息资源。信息时代对信息资源的采集、管 理、分析提出了更高的要求，因此，集计算机科学、信息科学、制图学、环境 科学、宅间科学、现代地理学和管理学为体的新兴边缘学科应运而生了 地理信息系统。它的迅速发展不仅为地理信息现代化管理提供了契机，而且极 大地推动了其它信息技术的发展邺】。 1 1 地理信息系统概述 1 1 1 地理信息系统的基本概念和发展 地理信息系统，简称g i s ( g e o g r a p h i ci n f o m a t i o ns y s t e m ) ，它是用来综合分 析和处理描述地球信息，尤其是人类生存夺问的各种地理数据，并用以支持决 策的工具。它是随着社会生产力的发展，科学技术的进步，尤其足系统科学、 制图学、地理分析、遥感技术和计算机技术的发展而发展起来的，至今只发展 不到4 0 年的历史【】。 地理信息系统的发展大约经历了以下几个阶段： 6 0 年代g i s 的产生阶段： 7 0 年代发展巩固阶段； 8 0 年代突破阶段： 9 0 年代社会化阶段。 随着计算机技术的飞速发展和进步普及，地理信息系统技术在整个世界 范围内得以全面推向实用，并应用到众多领域，发展成为多功能、用户欺享的 综合地理信息系统，并向智能化发展。 地理信息系统作为用于采集、存储、模拟、处理、检索、分析和表达地理 箱i 页 空问数据的计算机信息系统，与一般的信扈、系统相比，地理信息系统具有如下 一些特征“。： ( 1 ) 地理信息系统在分析处理问题中使用了空间数据与属性数据，并通过数 据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应用，从而提供了认识地理 现象的一种新的方法；而一般信息系统只剥属性数据库管理，即使存储了图形， 也不能进行空f e l _ j 数据的操作，如查询、检索、相邻分析等。 ( 2 ) 地理信息系统强调空间分析，通过利用空间解析式模型束分析空间数 据。 ( 3 ) 地理信息系统的成功不仅取决于技术体系，而且还依靠一定的组织体系 ( 包括系统实施、系统管理员、技术操作员、系统开发设计者等) 。 ( 4 ) 虽然信息技术对地理信息系统的发展起着重要作用，但是实践证明，人 的因素在地理信息系统的发展过程中的作用越来越大。 地理信息系统已成为空间信息科学与技术的。个重要组成部分，作为获取、 处理、分析、管理、表示以及在不同用户、不同系统之问传递空间数据的计算 机系统，业已广泛应用到国民经济的各个领域和社会生活的众多方面。据统计， 世界7 5 8 0 的信息是与空间位置有关的【4 j ，而地理信息系统f 是用来处理 空问数据的计算机系统，这足以表明地理信息系统的重要性2 1 。 地i 里信息系统的应用已为越来越多的国家政府机构、组织和公司所重视， 使得其应用领域越来越广，也越来越深入。其主要应用领域有喁9 1 ： ( 1 ) 环境评价和监测系统方面：主要用于环境影响评价、污染评价、灾害监 测、生态系统等； ( 2 ) 土地和资源评价管理方面：广泛应用于土地管理、水资源调查、矿产资 源评价( 矿产预测、矿产评价、工程地质、地质灾害等) 中； ( 3 ) 市政工程建设方面：应用于公共网络( 水、电、气) 、电信网络、交通、区 域和城市规划等中： ( 4 ) 政府和企业提供管理、规划和决策 _ 具：可用于企业生产经营管理、税 收、地籍管理、开发评价管理、公共设施建设、市区设计等； 第2 页 中南大学坝十学位论文 1 1 2 城市地理信息系统的特点 城市地理信息系统是一种利用计算机硬件、软件和网络技术，实现对城市 空间数据和非空间数据的采集、管理、处理、分析、更新和提供应用，并以处 理城市各种空j t 日j 实体及其关系为主的技术系统。 城市地理信息系统作为地理信息系统的一个分支，它除具有了地理信息系 统的一般特点外，还具有了它的独特之处。主要体现在如下几个方面【24 】： 1 数据类型的多样性和服务对象的多层- | = 生 它包括了地理基础要素和资源、环境、社会经济等多种数据，在时间上是 多时相的，在结构上是多层次的，性质上又存在“空问定位”和“属性”之分， 既有以图形为主的矢量数据，又有以遥感为源的栅格数据；在服务对象方面， 既要考虑市政主管、专业部门和公众的查询需要，又要满足管理、性价分析和 规划预测的不同用户需求，因而，城市地到信息系统在服务对象的多层性上有 很高的要求。 2 精度高、现势性强 基于城市的特点，从某种意义上讲，城市地理信息系统是地理信息系统在 大比例尺地学中的应用，因此，其精度要求就相应地很高了。同时，城市化进 程和城市发展的加快，对信息更新的时效性要求也随之提高，以确保信息的良 好现势性。 3 模型化、智能化、多功能性 城市地理信息系统既要实现管理现代化，又要实现策略的制订和优化，它 必然要有一整套分析、评价、预测和优化的模型，并具备管理、评价分析和预 测预报等多种功能，它比一般地理信息系统应有更综合和更高级的智能化需求。 4 与办公自动化的一体化 城市政府业务部门的办公自动化是城市地理信息系统应具备的功能之一， 也是确保城市地理信息系统具有生命力和信息更新能力的一个非常重要的途 径。因此，政府职能部门的办公自动化最好能充分应用城市地理信息系统的技 术，并形成一体化的系统结构。 第3 页 中南大学坝十学位论文 第一市绪论 5 f - c 格的层次结构和高度统一的规范标准 城市的职能部门很多，结构相对复杂。因此，对于一个城市地理信息系统， 从其底层的基础地理信息子系统，到中层的各种专题子系统和高层的综合子系 统，在层次结构和建设顺序上均有严格的要求。并且在信息标准、技术标准和 系统标准上必须有整套规范，以确保信息共享和系统兼容。 6 强烈的实用化需求 城市地理信息系统建设的实用化需求十分迫切，用户明确，目标清楚，可 能耿得的经济效益和社会效益也是一目了然的。所以，较之其他地理信息系统， 它的实用化需求会更加强烈和明确。 1 2 地理信息系统在城市工程勘察中的应用 1 2 1 城市勘察的内容及现状 城市是人类文明的象征，是人类社会物质和精神财富生产、积聚和传播的 中心，科学和经济的进步促进了城市化的发展。目前我国城市化进程迅猛，城 市化是工业化和社会信息化的必然结果【2 “5 1 。 地理信息系统是城市化过程中信息流的载体，同时也是加速城市化的催化 剂。通过地理信息系统，可以收集、存储、检索城市化过程中的过去和现况， 并籍此辅助城市发展的评估、规划和决策，模拟和预测城市化的未来。城市是 人类生活最集中、土地利用最密集的地区，也是土地开发对环境干扰和环境对 人类工程活动反映最为强烈的地区之一。而地质勘察是评价土地资源能力、工 程能力最重要的手段之，通过地质勘探、工程地质勘察可以确定城市岩土的 分布情况、物理力学指标、地下水资源等情况，为城市决策提供最基础的信息 资料。 1 城市勘察的内容 地质勘察是一项以多学科理论为指导，采用多种劳动方式进行的技术性工 作。其主要职责是为工程建设的规划选址、可行性研究、设计、施工、监测、 第4 页 中南人学坝上学位论殳 第一章绪论 竣工验收以及环境监测、保护与治理等过程提供工程地质、岩土工程、水资源 水环境和水文地质成果资料。地质勘察是基础建设的第一个程序，是设计、施 j ：的主要依掘，它的主要任务是搞清建筑物场地工程地质和水文地质的条件， 为设计、施工提供必要的设计参数及地基方案、地基处理、水资源利用和保护 等意见。在对地面地质地貌调查基础上，通过现场钻探、原位测试、室内试验 等多项工作后才能提供必要的参数及合理的建议。 城市勘察的主要工作内容有： 城市桥涵的基础调查、岸坡稳定性、建筑物地基承载力评价； 城市室外管道、电缆通道及回填状( 掩埋) 状况调查与评价： 城市堤岸地基和岸坡稳定性评价； 城市道路基础勘察和岩土性质评价及周边建筑物稳定性评价； 勘察城市地形地貌、岩土分层、地质构造、地下水分布、断裂、滑坡、 岩溶、地震液化、泥石流、崩塌； 已有建筑物的变形等工程地质测绘与调查： 地f 埋设物探测； 2 城市勘察的现状 ( 1 ) 城市一j ：程地质勘察现状 城市化进程的加剧和城市建设的发展，促使人们认识到工程地质勘察是城 市建设村期工作的一项重要研究内容。通过地质勘察了解规划区的工程地质环 境特征，不仅有助于城市用地的合理规划及丌发利用，避免规划设计的盲目性， 避免或减轻由于各种潜在的地质灾害和工程活动导致次生灾害所带来的损失， 产生昂贵的处理费用，而且可以预报在规划实施过程中和远景发展中，由于地 质条件的改变和人文活动可能引起的工程地质问题，并提出相应的对策。 社会的发展对工程勘察提出了越来越高的要求，工程地质勘察不仅要满足 某个单项工程地质条件的勘察，而且要能提供城市规划所能满足的地质资料。 这就要求地质勘察单位紧密结合城市规划的任务要求，因地制宜，选择运用各 种勘察手段，精心勘察，及时提供能全面确切地反映规划区的工程地质环境状 第5 页 中南入学顿l ：学位论义塑二翌堡堡 况特征和动态特征，符合城市规划要求的勘察成果。同时应紧密结合城市的具 体特点和存在的主要工程地质问题，开展村| 应的、针对性很强的专题科学研究 工作，以适应城市现代化建设的需要。 我国城市勘察虽然经过5 0 多年的发展，但是现阶段有些城市对城市规划工 程质勘察工作的重要意义还缺乏足够的认识，主要表现在三个方面：首先是在 建设过程中出现了一批工程质量问题，给国家造成不应有的损失：其次是主管 部门观念上的落后，很多领导只能认识到单个工程的地质勘察，意识不到城市 规划中地质条件的重要性，对已有地质资制的管理也缺乏相应的手段；再次， 城市规划工程地质勘察j i j 作的水平与速度，大大落后于城市规划与建设的发展 速度。在新的城市建设与老的城市改造中，场地的合理规划、利用与评价，以 及人类活动与地质环境相互作用与反馈的预测理论、技术与方法，还远远没有 达到令人满意的程度。因此，在城市规划1 程地质勘察工作中，必须重视新技 术和地质学科新理论晌运用，尤其是信息技术新成就的应用。例如，遥感新技 术在资源调查、测绘、地质勘察和编图中的应用，城市地质数据库的建立等。 ( 2 ) 环境地质勘察的现状 地质环境是一个动态平衡系统，地质环境与人类工程技术经济活动也是 个复杂系统。认清二者之间相互关联、相互制约的关系，对人类讵确处理人口、 资源与环境和谐发展至关重要。 环境地质勘察的提出始于2 0 世纪8 0 年代以后，在工程建设规模越来越巨 大的今天，出现了工程建设和地质环境趋于一体化的环境地质1 二程，地质体既 是工程建殴的环境，又是工程建筑物的组成部分。考虑工程的能动因素，环境 地质工程实质上是一种用与环境相适宜的工程措施调控工程地质体，使之具有 服务功能的工程。 环境地质工程的理论基础是工程地质体控制论。由于大规模的人类活动， 特别是迅速发展的城市化、重大工程建设、地下矿产资源和能源资源的开发， 或因人们认识的局限，或因违背自然规律的l i 目行为，使许多地区环境遭到破 坏，从而导致或加剧灾害的发生，危害城前的发展和重大工程的安全运营，给 环境和生态带来了不良的影响。 第6 丽 中南大学慨士学位论文 第一章绪论 1 2 3 国内外研究现状和发展趋势 1 国内外研究现状 g t s 往城市勘察中的应用始于2 0 世纪8 0 年代，但如同我国g 1 s 本身的发 展一样，直至9 0 年代后期其应用才处于起步阶段，其标志是有些城市开始的城 市勘察g 1 s 的筇一步工作，即城市地质数掘库的建立。 早在8 0q j 代，我同随着g i s 技术的发展，也逐渐将g i s 技术_ l 入城市勘察 中，进行各种资源数据的有效管理，l q 外尤其是发达罔家在将g i s 应用于崭土 工程研究方面己做了很多工作。例如日本大阪地区历时1 0 多年建立丁大阪湾地 层数据库信息系统，钻孔数达到3 0 0 0 0 个。只本九州大学正在与我国有关单位 合作开发三峡边坡的三维数据库系统。我国许多单位也开展了这方面的研究和 开发工作，比较有代表性的是：同济大学的朱合华提出了三维地层信息管理系 统的设计，中国科学院的刘大安、杨志法等开展了综合地质信息系统的研究工 作，并将其应用到了五强溪水电站左岸船闸边坡施工和运行监测实践中：上海、 北京、武汉、哈尔滨等城市已经成功研制了城市地质信息系统；中国科学院岩 土力学研究所| _ i 1 前正在开展长江大堤的三维可视化研究工作：北京理正软件设 计研究院等单位正探索开发专用g l s 软件，可以有效地管理一个地l 夏、个城 市的岩土工程、地质数据，力求g i s 与岩土工程勘察、i 迂汁、施工紧密结合。 北京、武汉、长沙、成都、广州等地，在最近几年陆续建立了城市地质钻 孔数据库、城市水文地质数据库、城市勘察数据库、城_ 市地下水数据库等，为 最终实现城市勘察g i s 建立了良好的基础。 建立城市地质勘察g i s 在技术上的难点主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 数据提取与交换困难。长期以来勘察资料沿袭传统的生产方式，以纸介 质方式保存成果图表，不能形成有价值的信息数据，同时还缺乏相应的数据标 准。 ( 2 ) 有限的地质资利! l 成三绁地j 巫m 即地质三维模型的建立。虽然可能有 些单位可以建立以面( 曲面) 表现的三维地质体，但是以面模型为二j ! 的i 维只 能以展示为主，而没有实际的应用价值( 即我们常说的二维半) ，只有建立起以 第8 页 主堕叁堂型：l ：兰笪堡皇塑二量笪笙一一 体( 曲体) 为基础的三维地质体模型，才能与专业应用结合在一起，产生耩础 资源上的高级应用和更高价值的分析数据。 ( 3 ) 如何构建体模型的三维地质体，是城市勘察g i s 的最主要技术难点，而 统一数据标准是最主要的管理难点。 2 城市勘察地理信息系统的发展趋势 城市地理信息系统涉及的面很广，包含的种类也很多，而城市勘察必然是 作为城市地理信息系统的子系统而存在。副为地质信息是很多专业应用的母体 信息和巫要的辅助信息，所以，地质资料的问题既可以单独应用，为城市决策 部门提供依据，又可以结合其他子系统( 如土地规划，地下建筑物、地下管线 利用等) 更好地为城市化进程服务。 城市地质地理信息系统的应用应从单纯的资源提供向分析管理型发展，地 理信息系统有很强的空间分析功能，目前我们应用的只是其中小部分，像数 据地形模型( d t m ) 的趋势面分析、相关分析以及t i n 模型分析，空问叠加分 析中的区域相交、相减、缓冲区分析等，都是与工程地质、水文地质有关而目 前我们尚未完全利用的功能。这些功能的开发与利用，能够使我们对很多问题 的认识在宏观上产生一个b 跃。 j 维地质信息的显示与预测和地理信，皂、系统相结合，可以使成果的碌示更 加接近现实，这也是地理信息系统的一个发展方向f l 。对于三维地层的显示与 预测，目前已经取得不少成果，但是，离实际要求还有一段距离，还有大量的 工作要做。 总之，在不远的将来，城市勘察g 1 s 必将发挥越来越大的作用。 1 3 本文研究的意义 目前，我国的城市化进程发展迅猛，在城市建设过程中，产生了大量的勘 察数据，如何对这些海量数据进行系统科学的管理，并生成各种为设计、施工 和决策提供依据的图、表，就必须建立一个高效的城市工程勘察数据库，通过 综合运用信息技术和系统工程的方法来建立城市工程勘察信息系统，从而科学 第9 页 中南大学倾士学位论艾第一章绪论 管理和应用城市上程勘察空间数据、原位测试及室内测试数据等，进而辅助城 市规划、工程设计、施工、管理和决策等工作。对实现城市工程勘察数据的信 息化，实现城市工程勘察数据的共享和重复利用，提升勘察数据的价值，并满 足勘察行业的生产管理工作，对提高工作效率都有积极的意义。 1 4 本章小结 本章在简要介绍地理信息系统的基础上，分析了城市地理信息系统的特点： 对城市工程勘察的内容和现状进行了详细的论述，进而讨沦了g i s 在城市工程 勘察应用中的的意义和目标，并指出当前城市工程勘察的在地理信息系统技术 上的难点及城市勘察信息系统发展趋势，最后，提出本文研究的意义。 中南大学坝。卜学位论文第二二章城市：r 程勘察信息系统数据分析 第二章城市工程勘察信息系统数据分析 数据是信息的载体，信息是数据的内涵。要从数据中获取信息，就必须正 确理解数据的含义，对数据做出准确的解释，信息系统对数据的处理就是为了 获取数据所包含的信息5 】。 2 1 数据的标准化 城市工程勘察信息系统的首要任务就是建立城市勘察数据库，将原有的地 质资料、水文资料、环境资料、工程项目资料等等进行统一管理。建立数据库， 首先必须确定数据的标准化，没有标准，就很难将分散的数据统一起来，就无 法实现不同格式的数据转换和重复利用，更不可能统规划数据库的结构、字 段代码、表达方式等。 因为数据是信息系统的基础，所以关于数据方面的标准是非常重要的，它 们主要包括数据交换、数据质量和数据说明文件等三方面的内容【17 1 。 t 数据交换 数据交换是将一种数据格式转换成为另外某利t 数据格式的技术。简单地 说，它是一种专门的中间媒介转换系统。 这类标准往往涉及环境要素的描述、分类、编码等方面的内容，美国的空 间数据转换规范( s d t s ) 和欧洲的地理数掘文件( g d f ) 均属这类标准。但是 在具体的应用和实施过程中，由于空间数据的格式、结构、应用和软硬件的复 杂多样性，制定这类标准的难度非常大。存目前的实际应用中，仍以采取系统 两两相互转换的方法为多。这种方法的弊端在于容易丢失信息和损失数据精度， 无法转换元数据文件。 2 数据精度 在应用过程中r 每个用户都希望获得现时的、完整而准确的数据。每个部 门对数据的精度、流通性、完整性以及其它方面的要求是不同的，即便在同一 个单位，不尉的应用项目对数据的精度要求也一；相同。所以很难以某种数据阀 第1 l 两 中南人学坝十学位论文第二章城市工程勘察信息系统数据分析 值来确定统一的精度标准，现在的做法是采用“数据质量报告”的概念来描述所 了解的数据精度。如s d t s 就采用数据质量报告对数字空间数据的一些要素进 行描述，包括空间数据精度、属性数据精度、逻辑致性、数据完整性和层次 关系等内容。 3 数据文件 数据文件通常称为元数据( m e t a d a t a ) ，它是关于数据的数据，用以描述数 据集或数据库的内容，数据的组织形式，数据存取方式等。元数据还包括了数 据质量和转换的相关信息。 元数掘有三种用途，一是作为数据的目录，提供数据集内容的摘要，类似 于图书馆中的图书卡片；二是有助于数据共享，提供数据集或数据库转换和使 用所需要的数据内容、形式、质量方面的信息：三是内部文件记录，用以记录 数据集或数据库的内容、组织形式、维护和更新等情况。 但是，目前还没有元数据的标准，在美国，不少数据提供部门都着手制定 自己的元数据文件，联邦地理数据委员会( f g d c ) 和国家标准与技术研究所 ( n i s r r ) 正着手于元数据标准，以作为s d t s 的补充。加拿大遥感中心( c c r s ) 也在着手于这方面的工作。 由于目前还没有一个规范的、标准的城市工程勘察要素分类与代码规范和 标准去遵循和参考，所以只能结合城市工秸! 勘察数据的特点，参考有关城市地 理信息系统数据分类和编码，参考国标地形图要素分类和代码等分类编码。 考虑到和其它地理信息系统的各种空间j 数据兼容性，工程地质勘察要素和 属性的分类和编码主要从以下几个方面入手： ( 1 ) 工程地质勘探测绘：对空间要素的分类和编码。 ( 2 ) 原债测试的基本要素：包括测试的仪器设备、外部环境、试验条件、取 样位置等因素。 ( 3 ) 室内测试的基本属性：同样也包括测试的仪器设备、外部环境、试验条 件、常量等因素。原位和室内的这些基本要素直接影响到岩土水等勘察对象的 第1 2 负 塑盔兰! 竺兰丝丝皇 笙兰童塑立三堡型! 坚堡旦墨堑垫塑鱼芏- 一 勘测结果和最终结论的获得，所以都是必须考虑的要素。 ( 4 ) 原位测试属性数据：包括原位现场测试要素和计算所得要素值。 ( 5 ) 室内测试属性数据：包括土工试验数据、水质分析数掘、岩石测试等数 据。 ( 6 ) 岩土水的工程分类：主要是依据原位和室内测试所得要素的属性值对岩 土水进行工程分类。 f 7 ) 工程勘察成果资料分类：工程勘察报告最终成果所提交的图件、表格和 文档进行分类。 2 2 工程勘察数据内容 城市工程勘察所涉及的数据种类繁多，结构复杂，且为海量数据，但从它 们的数学性质上看，则与一般的地质数据相同，可以概括为“定性数据”( 在数 据库中用“字符型”表示) 和“定量数据”( 在数据库中用“数值型”表示) 。 工程勘察涉及的数据主要有工程钻探数据、工程物探数据、室内测试数据、 水文、地震等数据( 见表2 1 ) 。 表2 1工程勘察主要图表一览表 名称名称 钻孔柱状图钻孔剖面图 钻孔平面分布图工程地质分区图 工程地质图地质构造1 划 水文地质图坚埂土层 】j 面埋深图 坚硬土层底面埋深图标准贳入试验成果表 岩石物理力学性质一览表室内试验成果表 动力触探成果表静力触探成果表 水质分析结果表剪四波速试验成果表 单项工程1 = _ 作量统计表1 二程结算收费单 地面脉动测试结果表其它 第1 3 _ 贝 中南人学硕士学位论文第二章丛j 堕王堡塾窒堕璺墨堑塑塑竺塑 工程勘察的主要图件有以下几种： 地质平面图，反映地质现象的露头和水平分布情况； 钻孔柱状图，反映各种地质现象的垂直分粕和对比情况； 工程地质剖面图，反映地质现象的垂直分布情况； 其它。 通过系统目标分析，可以归纳出城市丁i 程勘察信息所需要的数据内容，一 般来晚，城市地质数据库所需数据主要包括以下几个方面的内容： 工程概况： 场区地层结构： 钻孔及钻探地层信息： 土工及岩石试验成果信息； 现场原位测试成果信息： 水文地质试验成果信息： 工程勘察报告和工程实施后的反馈信息。 2 3 工程勘察信息系统数据分类与编码 在地理信息系统中，数据的传输特点具有真实性和唯一性，如城市管网、 宗地图等，但。【程勘察信息系统中，多数数据具有可变性，受经验和人为等因 素的影响较多。数据的来源也是多源的，如：来自现场钻探、物探、测试数据 和试验室内的测量和计算数据等。如何将它们有机地进行组织，有效地进行存 贮、管理和检索，直接影响到数据库乃至整个工程勘察信息系统的应用效率。 因此，地理信息的分类与编码是一项十分重要的基础工作。 为了便于操作，提高录入、查询、检索的效率和增强数据的共享性，必须 使名义型数据代码化，即用一组有序的字符串来代替某一名词、术语甚至一个 中南人学硕卜学位论文第三重哒立王焦塾窒堕星墨垫堑塑坌塑 特殊的短语。代码是人机的共同语言，是进行信息分类、校对、统计和检索的 关键。 代码的功能主要有鉴别、分类和排序三种，其中鉴别功能是最基本的功能， 在系统内，一个代码只能唯一地标识一个实体，反之，一个实体只能有一个标 准化代码，即一物一码，码一义，不允许莺码、乱码、错码，为此，必须向 国家标准词语和代码看齐。 1 分类、编码原则 工程勘察要素分类和编码方案遵循以下原则： ( 1 ) 规范化原则：即要求符合国家和地方标准和规范。 ( 2 ) 完备性原则：应满足国内所有的工稃勘察地理信息系统需要和城市地方 的特殊性需要，分类既反映要素的属性，又反映要素间的相互关系。 ( 3 ) 科学性：方案应适合现代计算机、地理信息系统、和数据库对数据采集、 处理、管理和应用的需要，根据城市工程勘察要素属性特征进行严密的科学的 分类。 ( 4 ) 系统性：系统性则指对数据按合理的分类，形成有机的、系统的整体， 各类之间既反映相互间的区别，又反映相互间的联系。 ( 5 ) 唯一性：系统中所有的要素的编码是唯的。但这里应该说明的是：由 于不同的时问、不同的勘测手段和计算方法，所得出的要素属性值是不同的。 如岩土的承载力系数在不同类型的勘探方法和计算方法下所得结果是有很大区 别的。所以，对于岩土的同一自然属性( 如：承载力、密度等) 、不同的原位和 室内测试结果用不同的分类和代码表示。这是和其它地理信息系统f i 同的地方， 也是工程地质数据的内在特殊性所决定的。 ( 6 ) 稳定性：分类可以采用国家现行使用的基础信息和专题信息常规分类为 基础，以各要素晟的稳定属性或特征为依折 制定出分类方案以及与之相对应的 编码方案，并应在较长时间内不发生重大的变更。代码值必须稳定，一旦确定 就不再变更。 第15 页 主童叁堂塑：! 堂垡笙兰 塑= 兰塑堕三堡塑窒堕星墨篓塑塑坌堑一一 ( 7 ) 兼容性和扩展性：对现有的和可预见的其它应用加以考虑。以求得最大 限度地和其它行业、地方相关标准兼容和协调一致。在设计代码结构和进行具 体编码刚留有适当的扩展余地，以便在必要时扩充新的类别的代码，而不影响 现有的分类和代码。 ( 8 ) 符合g i s 技术规范，特别是适合开发g i s 平台的要求。 2 g i s 的编码 g i s 的编码大体可分为两种：分类码和识别码。 f 1 ) 分类码 分类码，主要是根据信息的分类体系设计分类代码，用于标识不同类的地 理要素，根据这一代码可以在数据库中查询所需类别的全部数据。在逊行编码 时需要考虑一个重要的因素，即国标编码规范和行业编码；! | 6 范，如果所要编码 的对象类型已经具有国标编码规范或行业编码规范，则必须遵从幽标和行业规 范，列于国标和行业规范中没有的类别，则根据国标和行业编码规范的原则和 方法定义自己的对象分类码。 在维护管理数据库时，分类码可以用于检查数据的精度和完整性，对数据 层进行调整或重新组织。当对数据进行修改补充和更新时，也需要利用分类码。 ( 2 ) 对象码 根据空间对象的位置关系，按照从上到下、从左到右的顺序，顺次编码。 必须遵守的一个原则是，任何一个空间对象的对象码，也应该是唯一的。 属性值包括：质量和数量，以后者为主。属性分类以面型为主。 分类以树( 线) 型分类为主。即由大类、到小类；由一级到二级。 2 3 1 地理空间要素分类与编码 本系统在充分考虑国标和行业标准的前提f ，根据工程勘察数据类型特点， 对地理空间要素进行分类编码。以下是地形图或地质图上出现的内容，需要定 义为地理空间要素( f e a t u r e ) 。其中分类体系中的中间类在f e a t u r et a b l e 中不出 ! 堕叁堂塑：生兰垡堡兰 笙：三皇塑! ! ! ! 堡塾塞笪璺丕! 咝堡坌堑 现。 基础地理要素编码可采用5 层，共6 位数字进行编码，具体结构如下图 大类码小类码一级代码二级代码识别码 图2 1 地理空问要素编码结构图 在本系统中采用两位来表示大类码，小类、级和二级代码分别用一位数 字表示，而识别码可以由用户自行定义，以便进行扩充。 具体分