（计算机应用技术专业论文）基于组件式gis工程勘察信息系统的设计和实现.pdf

江苏大学工程硕士学位论文 摘要 随着现代城市的发展，地下空间已成为人民生活和经济活动的重要场 所，也成为城市可供开发利用的重要资源。利用先进的地理信息系统技术和 方法实现对城市已有工程勘察信息的管理，对勘察工作进行作业指导、为城 市规划建设提供基础决策依据己成为城市工程勘察信息管理的重要任务。本 文对国内外地理信息系统技术和勘察信息系统的特点进行了综述，分析了系 统的开发模式和实现技术，确定了二次开发的控件和算法，并设计实现了工 程勘察信息系统。本文的主要工作包括： ( 1 ) 分析了工程勘察信息系统的特点以及与地理信息系统的关系，在比 较分析三种开发模式和两种流行的g i s 开发平台的基础上，结合c o m g i s 的 特点和原理，基于m a p o b j e c t s 开发了工程勘察信息系统。 ( 2 ) 分析了勘察数据的特点，设计了工程勘察信息系统数据编码和勘察 数据组织的模型；论述了勘察信息系统中虚拟钻孔分析、剖面分析、缓冲区 分析流程的方法。 ( 3 ) 分析和提出了工程勘察的信息编码和属性数据库的设计方案，对勘 察信息的空间分析手段作了较深入的探讨；在此基础上，运用m a p o b j e c t s 作为二次开发控件，以c o m g i s 为基础对工程勘察信息系统项目进行了详尽 的方案设计，实现数据输入、属性查询、空间分析、图形输出、系统维护等 多方面功能。系统在一定程度上解决了目前大多数勘察辅助系统的图属分 ? 离、检索不便、分析功能缺少等问题，实现了比较完备的勘察空间数据与属 江苏大学- t 程硕士学位论文 性数据编辑及检索分析功能。 ( 4 ) 设计和实现了工程勘察信息系统，在镇江市勘察测绘研究院取得了 较好的应用效果。 关键词：工程勘察，信息系统，数据库，组件式g i s 江苏大学工程硕七学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e mc i t y ，t h eu n d e r g r o u n ds p a c eh a sb e c o m e t h e i m p o r t a n tp l a c eo fp e o p l e s l i f ea n de c o n o m i ca c t i v i t i e sa n da l s ob e c o m et h ei m p o r t a n t r e s o u r c e st h a tc i t y c a nt ob ep r o v i d e d 弱t h ed e v e l o p m e n tm a k er i s eo f t e c h n i q u ea n d m e t h o dr e a l i z a t i o no ft h eg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hm a k eu s eo faf o r e r u n n e rh a v e a l r e a d yh a dt h em a n a g e m e n tt h a tt h ee n g i n e e r i n gi n v e s t i g a t e sa ni n f o r m a t i o nt ot h ec i t ya n d c a r r yo nh o m e w o r k i n s t r u c t i o nt o w a r d si n v e s t i g a t i n gaw o r ka n dp r o v i d ef o u n d a t i o nd e c i s i o n f o r t h ec i t yp l a n n i n gc o n s t r u c t i o na c c o r d i n gt oh a v eb e c o m et h ei m p o r t a n tm i s s i o nt h a tt h ec i t y e n g i n e e r i n gi n v e s t i g a t e sa ni n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t t h i st e x tt od o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l s y s t e mt e c h n i q u eo ft h eg e o g r a p h yi n f o r m a t i o nw i t hi n v e s t i g a t e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f i n f o r m a t i o ns y s t e mt oc a r r yo na no v e r v i e w ，a n a l y z e dt h ed e v e l o p m e n tm o d eo fs y s t e ma n d c a r r yo u tat e c h n i q u e ，m a d es u r et ot w ot i m e sd e v e l o po fc o n t r o lp i e c ea n dc a l c u l a t ew a y ，a n d d e s i g n e dt oc a r r yo u te n g i n e e r i n gt oi n v e s t i g a t ei n f o r m a t i o ns y s t e m t h et e x t u a la n dm a i nw o r k i n c l u d e ： ( 1 ) a n a l y z e de n g i n e e r i n g t oi n v e s t i g a t et h ec h a r a c t e r i s t i c so fi n f o r m a t i o ns y s t e ma n dt h e r e l a t i o no fg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，a tt h ef o u n d a t i o no ft h eg i sd e v e l o p m e n tw h i c h r e l a t i v e l ya n a l y z e st h r e ek i n d so fd e v e l o p m e n tm o d e sa n dt w ok i n d so ff a d s ，c o m b i n e c o m g i sc h a r a c t e r i s t i c sa n dp r i n c i p l e ，d e v e l o p p e de n g i n e e r i n gt o i n v e s t i g a t ei n f o r m a t i o n s y s t e ma c c o r d i n gt ot h em a p o b j e c t s ( 2 ) a n a l y z e dt oi n v e s t i g a t et h ec h a r a c t e r i s t i c so fd a t a ，d e s i g n e de n g i n e e r i n gt oi n v e s t i g a t e i n f o r m a t i o ns y s t e mad a t at oc o d ea n di n v e s t i g a t et h em o d e lo fd a t ao r g a n i z a t i o n ；d i s c u s s e dt o i n v e s t i g a t et h ec o n j e c t u r ei nt h ei n f o r m a t i o ns y s t e mt od r i l lah o l et h em e t h o do ft h ea n a l y s i s p r o c e s so ft h ea n a l y s i s ，b u f f e ra r e ao f t h ea n a l y s i s ，s e c t i o n ( 3 ) a n a l y z ea n dp u tf o r w a r d t h ee n g i n e e r i n g i n v e s t i g a t eo ft h ed e s i g np r o j e c to f i n f o r m a t i o nc o d i n ga n da t t r i b u t ed a t a b a s e ，m a d em o r et h o r o u g hs t u d yt ot h es p a c ea n a l y s i s m e a n sw h i c hi n v e s t i g a t e sa ni n f o r m a t i o n ；o nt h i sf o u n d a t i o n ，t h eu s a g em a p o b j e c t si st w o d e v e l o p m e n t st oc o n t r o lap i e c e ，t o o kc o m g i sa sf o u n d a t i o nt oi n v e s t i g a t ei n f o r m a t i o ns y s t e m i t e mt oc a r r yo nad e t a i l e dp r o j e c tad e s i g nt ot h ee n g i n e e r i n ga n dc a r r yo u tt h ee x p o r t a t i o n ， s y s t e mm a i n t e n a n c eo ft h ea n a l y s i s ，s k e t c ho ft h es e a r c h ，s p a c eo ft h ed a t ai m p o r t a t i o n ， a t t r i b u t ee t c v a r i o u sf u n c t i o n t h es y s t e ms o l v e dt om o s t l yi n v e s t i g a t ed i a g r a mo fl e n ds u p p o r t t ot h es y s t e mt ob e l o n gt os e p a r a t i o nc u r r e n t l yt os o m ee x t e n t ，i n s p e c t i o n a li n c o n v e n i e n c e ， a n a l y s i sf u n c t i o nw a n tf o re t c p r o b l e m ，c a r d e do u tt om o r ea n dc o m p l e t e l yi n v e s t i g a t es p a c e m 江苏大学工程硕士学位论文 d a t aa n da t t r i b u t ed a t at oe d i ta n di n s p e c t i o n a la n a l y s i sf u n c t i o n ( 4 ) d e s i g n e da n dc a r d e do u tt h ee n g i n e e r i n gr e c o n n a i s s a n c ei n f o r m a t i o ns y s t e m ，i to b t a i n s a p p l i c a t i o ne f f e c ti nr e c o n n a i s s a n c em a p p i n ga c a d e m e o fz h e n j i a n g c i t y k e yw o r d s ：t h ee n g i n e e r i n gi n v e s t i g a t e ，t h ei n f o r m a t i o ns y s t e m ，d a t a b a s e ， c o m g i s i v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 ， 不保密凹 学位论文作者签名： 删“月日 冶桕 指导教师签铂荔 口沪7 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：殇栩 日期：z 觑增年 二月 了 日 江苏大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究的背景与意义 城市勘测是城市建设的先行军，是现代城市规划、建设和管理的决策基础。随着 城市岩土工程勘察的推广深入，各个勘察设计单位已积累了大量的工程勘察资料，传统 的管理方式对于越来越多的资料将无能为力，而且无法完全体现出工程资料的知识价值， 特别是对大范围区域的综合勘察信息的整合分析更是无法入手。借助于计算机技术、信 息技术、数据库技术、图形可视化技术建立的工程勘察信息系统可以克服传统档案管理 方式效率低下、资料利用率不高等缺陷，开发、利用这些工程数据和资料，充分挖掘海 量资料库中蕴涵的知识，从而能够有效地积累工程经验，对城市规划与设计及后续工程 的设计、施工提供指导和借鉴，并为总结地区性的地质特征和经验公式提供可靠的依据。 在当前我国向城市化迈进，大力进行城市地下空间规划建设的过程中，对现有的城市工 程勘察成果实行科学管理，进而进行合理的开发与利用，对多快好省地开展好城市规划 建设和管理工作具有积极而又深远的意义。 目前，城市工程勘察成果管理一方面普遍存在资料孤立分散，信息化水平低、信息 交换渠道不畅、数据交换困难等问题；另一方面城市工程勘察成果在合理开发利用工作 中涉及大量特定信息的检索、统计和报表、图件制作等工作。随着城市建设的不断扩大， 工程勘察工作的不断深入，勘察成果的不断积累，使得深入合理和大范围勘察成果的二 次开发利用成为可能和迫切需要，也因此对工程勘察信息管理工作的管理手段和管理水 平提出了更高、更新的要求，如何应用现代化手段提高工作效率和管理水平成为了一个 亟待解决的问题1 2 j 。近些年来计算机技术的迅猛发展，尤其是g i s 技术的成熟，使城市 工程勘察管理信息化成为了现实。加强对城市勘察信息的科学管理与合理利用，需要对 传统的工作方式与处理技术进行革新，以提高数据处理的速度和质量，减轻工作人员工 作量，提高办公自动化水平。如何利用先进的计算机技术来实施工程勘察信息的综合管 理，并在较短的时间内，方便、快捷地开发出适合于城市工程勘察信息管理的信息系统 就成了当前的一个重要任务1 3 j 。 1 2 工程勘察信息系统的现状 工程勘察信息系统的开发研究国外较早，国内研究则从8 0 年代才开始，大致可分为 三个阶段： ( 1 ) 初期阶段：8 0 年代开始至9 0 年代初，主要是利用d b a s e 和高级语言开发简 单的信息管理系统，侧重于项目基本管理及计算功能，没有制图与分析功能。这个阶段 江苏大学工程硕士学位论文 产品少，产品功能单一，几乎没有商品化软件。 ( 2 ) 中期阶段：主要是利用数据库与计算机制图技术形成专业c a d 软件，侧重于 以c a d 技术应用功能的应用系统，但缺乏信息分析功能。这一阶段从9 0 年代初期开始， 随着计算机技术与机助制图技术的发展，特别是机助制图技术的发展，使得c a d 技术得 到迅速应用，加上国家对工程勘察设计行业迅速甩掉图板、实现现代化的要求，相关软 件得到了较大发展，相关勘测单位和软件开发单位开发了许多工程地质c a d 应用系统： 湖北省黄石市建筑设计1 9 9 0 年开发的”工程勘察制图软件c a g d ”利用编译b a s i c 语言开发，侧重于工程地质制图与指标计算。 山东淄博勘测院1 9 9 3 年设计开发的”工程地质计算机辅助设计系统”，利用b a s i c 语言与汇编语言开发，侧重于c a d 制图与土工计算处理。 杭州大地计算科学研究所与镇江市勘察测绘院1 9 9 4 年联合开发的”工程地质勘察计 算机辅助设计与计算系统( c a g e ) ”则是利用c 语言结合p a r a d o x 数据库和l i s p 语 言开发完成，是第一个利用数据库管理工程信息，并在a u t o c a d 平台上完成制图的工 程勘察信息系统，软件侧重于工程地质的指标计算与图表绘制【4 】。 武汉基华软件设计公司1 9 9 8 年开发的”基华岩土c a d ”，完全利用高级语言开发，没 有利用其他图形平台，完全由系统丌发较简单的图形操作函数，图形编辑能力较差，但 可生成与a u t o c a d 交换的d x f 文件，侧重于工程制图与计算。 北京理正设计研究院1 9 9 6 年开发的”理正工程勘察c a d 系统( g i c a d ) ，利用高级 语言结合a c e s s 数据库在a u t o c a d 平台上开发完成，可完成工程信息的数据编辑、 数据计算、图表生成以及简单的信息检索功能，该软件从1 0 版升级到现在为6 2 版，在 全国勘察单位发展了大量用户，使用较为广泛。 此外，许多勘测单位自主开发了一些工程地质c a d 软件，如武汉勘测研究院、深圳 勘察研究院、化工设计研究院、中煤设计研究院等单位先后开发了各自单位所用的应用 软件，并得到了较好的应用，为勘测行业甩掉图板做出了巨大贡献。 ( 3 ) 当前阶段：主要是利用数据库技术、计算机制图技术形成专业c a d 软件，侧 重于以c a d 技术应用为基础，工程信息管理为核心，工程项目管理为主线的应用系统， 但三维图形显示和信息分析功能缺少或功能很型副。主要代表产品有： 北京理正设计研究院开发的”理正工程勘察c a d 系统( g i q ) ”，现为6 8 版，具 有较强的工程信息管理、c a d 制图、数据计算、信息检索功能，但缺少分析与3 d 图形 显示功能。 上海华岩公司开发的”华岩工程勘察软件h y 2 0 0 0 ”，具有较强的工程信息管理、 c a d 制图、数据计算、信息检索功能，但缺少分析功能。 南京华宁公司开发的”华宁勘察c a d 软件h n c a d ”，现为1 6 版，主要完成勘察工 程的数据计算与c a d 制图，检索功能和分析功能没有。 2 江苏大学工程硕士学位论文 武汉勘测研究院开发的”岩土工程勘察资料处理软件”工勘c a d 2 0 0 5 ”，完全利用高级 语言开发，不需要c a d 平台支持，具有较强的数据计算、图表生成、信息管理功能差， 分析功能缺泛。 当前我国工程勘察行业的信息化水平参差小齐，有高有低。应用水平较高的主要是 京津沪和江浙粤地区，几乎所有勘测单位都实现了c a d 制图，部分大城市和大的综合研 究院己开始进行综合勘察信息系统的研究，而经济欠发达地区则还处于c a d 推广应用阶 段。总的说来，目前我国工程勘察信息系统从开发到应用都还处于一个专业c a d 制图软 件到集成信息系统的一个过渡时期，还是以勘察c a d 制图为主，城市勘察主要是利用数 据库技术、计算机制图技术形成专业c a d 软件，侧重于以c a d 技术应用为基础，工程 制图计算为核心，工程项目管理为主线的应用系统，部分产品具有一定的检索功能，但 信息分析功能缺少或功能很差，无法完成大范围整体区域的综合信息的整合分析。勘察 专业c a d 制图软件不少，但真正的勘察信息系统极少，而且c a d 软件大部分基于 a u t o c a d 等制图平台开发，易受制于人，应用单位需要支付额外的平台使用费。 由于国外工程勘察信息系统应用的成分远远高于我国，而且其信息系统的分析功能 强大，加入w t o 后，我国岩土工程行业将面临巨大挑战，为了改变这一现状，国务院颁 布了全国工程勘察设计行业2 0 0 1 - - 2 0 0 5 年计算机应用工程及信息发展规划纲要 6 1 。 根据该纲要的精神，工程勘察信息系统的分析功能得到了较好重视，我国许多城市及大 型综合设计研究院正在加紧研究类似的信息系统，比如广州市城市规划勘测设计研究院 结合自身特点开发出广州市工程勘察地质信息系统，北京市j 下在开发建设北京工程地质 信息系鲥。此外勘察单位与用户交流仅仅通过纸质地图和相关数据，不直观、效率也 低，基本没有发挥强大地理信息系统技术的功能。由于城市工程勘察要处理大量的图件 数据和属性数据，传统信息管理方法不仅效率低下，更不便于后续数据的更新管理。采 用组件式g i s 工具软件结合可视化开发工具集成开发的工程勘察信息系统，不仅可以提 高管理效率和办公自动化水平，更便于后期系统的实施管理【8 】。 1 3 本文研究内容 工程勘察信息系统一方面依赖各种比例尺的地形图来展示勘察钻孔信息的地理位 置，另一方面非空间信息( 如钻孔属性数据( 类型、时间、责任人等) 、地层属性数据( 名 称、编号、各类指标等) 是通过各种不同规格的表格数据形式来管理。传统的相对独立 且分散的基于文档的管理方法，其弊病是显而易见的：首先表现在纸质文档有不易查询、 保存携带、复制和不便于保密等缺点；其次表现在这种地理信息与属性信息相分离的信 息难以展示特定区域内大量勘察信息的相互关系，不能进行区域地质分析，难以对实际 工作进行有效的作业指导、为城市规划建设快速提供全面的基础决策信息。 目i j 大多数勘察单位使用的工程勘察软件系统还是以勘察c a d 制图为主，利用数据 3 江苏大学t 程硕士学位论文 库技术、计算机制图技术形成专业c a d 软件，侧重于以c a d 技术应用为基础，工程制 图与计算为核心，工程项目管理为主线的应用系统，部分产品具有一定的检索功能，但 图属互查、信息分析功能缺少或功能很差，无法完成大范围整体区域的综合信息的整合 分析。 本文通过广泛查阅相关文献资料，开发并实现了工程勘察信息系统，主要工作包括： ( 1 ) 分析了工程勘察信息系统的特点以及与地理信息系统的关系，在比较分析三种开 发模式和两种流行的g i s 开发平台的基础上，结合c o m g i s 的特点和原理，基于 m a p o b j e c t s 进行工程勘察信息系统的集成开发。 ( 2 ) 分析了勘察数据的特点，设计了工程勘察信息系统数据编码和勘察数据组织的模 型；论述了勘察信息系统中虚拟钻孔分析、剖面分析、缓冲区分析流程的方法。 ( 3 ) 分析和提出了工程勘察的信息编码和属性数据库的设计方案，对勘察信息的空问 分析手段作了深入的探讨；在此基础上，运用m a p o b j e c t s 作为二次开发控件，以c o m g i s 为基础对工程勘察信息系统进行了详尽的方案设计，完成了数据输入、属性查询、空间 分析、图形输出、系统维护等多方面功能设计。 采用c s 模式，设计和实现了镇江市工程勘察信息系统，实现了网络环境下勘察 数据的管理和勘察空间数据与属性数据编辑及维护功能。系统在一定程度上解决了目前 大多数勘察辅助系统的图属分离、检索不便、分析功能缺少等问题，实现了比较完备的 勘察信息的综合管理与查询分析功能。 1 4 论文组织 本文主要分为七章，其主要内容概述要如下： 第一章主要介绍了课题的背景和研究意义，概述了工程勘察信息系统的应用范围， 总结了工程勘察信息管理的发展历程与存在的不足，阐述了本文的主要研究工作。 第二章介绍了地理信息系统和工程勘察信息系统的概念及其关系，论述了g i s 开发 模式和组件式g i s 。 第三章对工程勘察信息系统进行了系统分析，剖析了工程勘察信息系统相关的数据 类型、结构与编码，论述了信息查询、虚拟钻孔分析、剖面分析、缓冲区分析流程。 第四章对勘察信息系统进行了设计，根据系统分析明确了系统设计目标和基本原则， 在此基础上设计了系统的结构、功能模块和系统数据库。 第五章实现了工程勘察信息系统的开发建设，通过以上系统分析与设计，基于 m a p o b j e c t s 的平台，采用v b 高级语言，完成了系统功能模块的集成，对系统实现中的 几个关键问题，给出了解决方法。 第六章介绍了工程勘察信息系统在镇江市勘察测绘研究院的应用情况。 第七章对总结全文工作，并对工程勘察信息系统的下一步工作进行展望。 4 江苏大学工程硕士学位论文 2 1 地理信息系统 第二章相关理论与技术基础 2 1 1 地理信息系统的概念 地理信息系统( g i s ) 是以采集、存储、分析和描述整个或部分地球表面( 包括大气 层在内) 与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统1 8 1 。美国国家地理信息与分析中 心( n c g 认) 于1 9 8 8 年曾给地理信息系统下过一个定义：为了获取存储检索分析和显示 空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统【9 , 1 0 】。 g i s 是以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一 门交叉性、边缘性的学科，主要涉及地理学、测量学、制图学、摄影测量与遥感、计算 机科学等领域l i 卜好j 。 g i s 是管理和研究空间数据的技术系统，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数 据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据( 包括地理实体的空间数据和属性数据) 的有效管理、研究各种地理实体及相互关系，通过对多种地理要素的综合分析，迅速地 获取满足应用需要的信息，并以地图、图形或数据的形式表示处理的结果【1 2 15 1 。 2 。1 2 地理信息系统的结构 广义上讲，地理信息系统由硬件设备、计算机软件、数据和用户四大要素组成。硬 件设备包括数据存储设备、输入设备( 如数字化仪、扫描仪、全数字摄影测量工作站等) 、 输出设备( 如矢量绘图仪、栅格式绘图设备等) ；数据包括与地理实体相关的各种定量数 据和定性数据：用户则是地理信息系统服务的对象【1 睨叭。 狭义的地理信息系统仅指计算机软件，软件部分由五个子系统组成( 如图2 1 所示) 。 图2 1g i s 软件的结构组成 5 江苏大学工程硕士学位论文 数据采集子系统：是解决把现有资料转换为计算机即可处理的形式，按统一的参考 坐标系统、统一的编码、统一的标准和结构组织到数据库中的处理过程。数据的采集方 法包括：现有地图数字化、野外测量数据、航空摄影测量、数字式地理信息处理、属性 数据和文字信息的录入等。 数据编辑子系统：指对地理信息系统中的空问数据和属性数据进行数据组织和修改 等。包括空问数据编辑和属性数据编辑，空间数据编辑就是利用地理信息系统软件工具， 对现有的己采集到的空间数据进行处理和再加工的过程。 数据存储管理子系统：地理数据不仅具有地理目标的空间位置与形状的三维信息， 而且还有空间关系和属性信息；它不但描述地理目标的现状，还可描述地理目标的过去 和预测未来，可以具有第四维的时间信息；作为各种专题信息的公共空间载体，数据的 一致性和稳定性、权威性要求很高，并与各类专题数据相关，涉及面广，数据共享性强 2 0 - - 2 4 1 o 查询与空间分析子系统：对单幅或多幅专题图件进行分析运算和指标量算。地理信 息系统的查询与空间分析功能是g i s 的主要特色功能，是区别于一般地图制作系统的主 要特点。 输出与表示子系统：指将g i s 内的原始数据或经过系统分析和转换后重新组织的数 据以某种用户可以理解的方式提交给用户；表示方式可以是地图、表格、图表、文字、 数字、影像等。 本文所提到的地理信息系统均是指狭义上的地理信息系统。 2 2 工程勘察信息系统 2 2 1 工程勘察的概念 工程勘察是指根据建设工程的要求，采用一定的技术手段( 地质测绘调查、勘探取 样、原位测试、室内试验、检测与监测等) ，查明、分析、评价建设场地的地质地理环 境特征和岩土工程条件，编制建设工程勘察文件的活动。工程勘察通常以工程项目的形 式组织进行，工程勘察主要有三类核心实体：勘察场区、钻孔和地层。 勘察场区是具有一定地表面积和不定深度的立体三维体，可以用二维的多边形面状 实体存储表示。通过布置钻孔进行钻探、测试，获取连续分布的三维实体勘察场区 的地下地层状况特征数据。 钻孔是具有狭小地表面积和一定深度的柱状三维体，可以用点状实体存储表示，就 相当于一个观测点，获取垂直方向的( 分层) 特征数据，并制作柱状图、各类报表表现 钻孔的垂直分层特征以及原位测试数据和室内测试数据，进而去反映整个场区地表下的 地质状况。 6 江苏大学工程硕士学位论文 地层是根据不同地质年代、成因以及岩土特征，把勘察场区地表下立体空间划分成 许多具有二定厚度和分布特征的不规则空间实体。鉴于目前信息技术难于完全真实的存 储和表示地层这一极不规则的空间实体，尽量用二维的面状实体、线状实体以及点状实 体存储表示，或仅记录其属性特征，用其他方式如地层等高线图、等厚度图以及三维显 示模型，从不同角度尽量逼真贴切地去表现复杂的地质地层信息。 工程勘察信息要实现在计算机内的管理就必然面对如下问题： 勘察实施点( 钻孔) 位置； 勘察对象( 地层) 的属性数据( 如地层编号、年代、名称、颜色、强度、厚度、 各种物理力学指标) 的特点及其表示方法； 钻孔属性数据( 点类型、孔径、钻探人、日期等) ； 工程属性数据( 3 2 程编号、名称、负责、建设单位、日期等) ； 勘察场区空间位置。 钻孔是工程勘察工作中的基本单元，它包含了几乎所有的勘察属性数据，同时又具 有空间属性，一定数量的钻孔即构成具体的勘察工程，整个区域所有钻孔则可形成区域 工程勘察信息的全部。要解决上述问题，就必须对信息系统内的每个勘探点孔与地层给 出严格的定义，这关系到整个区域勘察信息系统的综合查询、分析、剖面生成等综合功 能的实现。 2 2 2 工程勘察信息系统与g i s 的关系 工程勘察信息系统的实现方式之一是由城市专业勘测单位或建设主管部门收集、整 理、规范城市勘察信息，通过系统集成开发或引进符合自身特色的以勘探点和地层为主 要对象的空间信息系统。工程勘察信息系统是空间信息的一种组成部分，基于组件式g i s 的工程勘察信息系统就是在组件式g i s 基础上开发出来的综合性系统，它与g i s 系统一 样都包含数据采集、数据编辑、数据存储管理、查询与空间分析五个部分。 工程勘察信息系统是城市地理信息系统( u g i s ) 重要的组成部分，是g i s 在城市规 划建设管理中的现实应用，是对g i s 的发展和延伸。 组件式g i s 是开发工程勘察信息系统的新思路。组件式g i s 的基本思想是把g i s 的 各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能，各个g i s 控件之间，以及g i s 控件与其他非g i s 控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，利用接 口相互进行通讯形成最终的g i s 应用系统。所以我们可以利用组件式g i s 的工具软件结 合可视化的开发工具来开发城市工程勘察信息系统，基于组件式g i s 的工程勘察信息信 息系统正是在这样的背景下产生的。 因此，基于组件式g i s 进行工程勘察信息系统相关的技术研究，可以为城市规划建 设和管理提供岩土决策信息，为勘察单位提供工程作业指导，主要体现在如下几方面： 7 江苏人学丁程硕士学位论文 ( 1 ) 借助于工程勘察信息系统强大的空间数据库，可以将城市的岩土基础信息、 城市空间地理信息及它们复杂的属性信息一体化存储、分类、分层地进行存储管理。 ( 2 ) 借助于系统的空间分析能力和其它各种模型分析功能，能方便地对城市岩土地 层进行模拟，快速、较准确地对城市某区域的岩土地层情况进行分析，为规划管理提供 基础决策依据，为建设单位提供前期专业咨询；能科学地对勘察单位的实际勘察工程提 供作业指导，使勘察单位能有的放矢地开展勘探工作，有利于提高单位效益；能直观地 对勘察工程资料进行科学管理，改变勘察单位成果管理方式并提高成果管理水平。 ( 3 ) 借助于系统强大的图形功能和数据库管理功能，可以方便地对相关工程勘察信 息进行修改和更新。 2 2 3 工程勘察系统的特点 从功能上来说，工程勘察信息系统应能快速提供真实准确的地层及其相关属性信息， 并能实现快速查询、分析、辅助决策等功能，从而为具体建设工程勘察、城市规划决策 等管理提供可靠的依据。同时，它不同于一个单纯的m i s ( 信息管理系统) 、d s s ( 决策支 持系统) 等，它是在某种条件下各系统的综合运用，不仅应用于勘察单位的r 常管理工 作，还可以进行城市区域工程地质专题图的综合编制及规划方案的辅助决策等方面。 根据对工程勘察信息系统的功能要求，可归纳出该系统的如下特征： ( 1 ) 有效地实现对空间数据( 图形数据) 和非空间数据( 属性数据) 这两种不同性质 数据的操作和管理。空间数据表示所描述特征的几何位置，非空问数据是对此位置上特 征的属性描述。 ( 2 ) 所需存储、处理的数据量大，内容繁杂。工程勘察信息系统以勘察工程信息为主 要操作对象，以城市数字地形图为操作背景，而工程勘察信息中的勘探点类型、勘探点 位置、工程地层编号及属性数据、勘察场区位置以及勘察工程属性数据等，对于具体单 位勘察工程而言，它们各不相同，但对于城市整体而言，它们又相互关联，是一个有机 的整体。 ( 3 ) 勘察对象特别是地层三维图形的表示、实现、分析困难。对这些对象相应在地球 三维地理空间上各点的属性、状态、特征等的分布建立统一三维数字化描述，以便充分 利用此来促进和改进地下、市政、交通、水利、港航、电力等土木建筑工程，以及规划、 环保、矿藏开采、减灾防灾等“数字地球”各领域的深入发展与应用，现阶段尚没有取得 实质性突破。所有这些勘察信息数字化方面的工作本质上都是基于已知离散点资料的基 础上，进行分析计算的。如工程勘察报告是基于x o z 平面内离散点分析得出的，或者是 考虑基于三维曲面离散点来分析的，但是对于勘察工程属性分析来说，由于地质空间分 布的复杂性、模糊性与不确定性，在已知勘察钻孔资料的基础上，仅从其中剥离出有限 个离散点在给定面的基础上分析是建立不起三维地质工程属性统一描述的。三维工程数 8 江苏大学工程硕士学位论文 值分析其实质也是基于已知离散点插值来实现的，同时由于工程勘察对象( 地层、地下 水、岩石等) 应力、应变属性的相互关系( 本构关系) 无法把握，用于分析工程地质应 力、应变的前提即工程地质条件太简单，与现实地质条件相差太大，以及把已知力或位 移边界条件简化成离散点进行考虑，因此即使建立起来三维应力、应变描述，其适用性 与精确性到底有多大值得怀列2 5 】。 ( 4 ) 决策支持。决策支持在g i s 平台基础上建立适合于工程勘察信息系统的信息分析、 统计与辅助制图。 2 3gis 开发模式 2 3 1 三种开发模式 ( 1 _ ) 独立开发 指不依赖于任何g i s 工具软件，从空间数据的采集、编辑、数据的处理分析及结果 输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言，如v i s u a lc + + 、 v i s u a lb a s i c 、d e l p h i 等，在一定的操作系统平台上编程实现。这种方式的好处在于无 须依赖任何商业g i s 工具软件，减少了开发成本，另一方面对于大多数开发者来说，能 力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化g i s 工具软件相 比，而且在购买g i s 工具软件上省下的钱可能还抵不上开发者在开发过程中绞尽脑汁所 花的代价。 ( 2 )宿主型二次开发 指基于g i s 平台软件上进行应用系统开发。大多数g i s 平台软件都提供了可供用户 进行二次开发的脚本语言，如e s r i 的a r c v i e w 提供了a v e n u e 语言，m a p l n f o 公司的 m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供了m a p b a s i c 语言等等。用户可以利用这些脚本语言，以原 g i s 软件为开发平台，开发出自己的针对不同应用对象的应用程序。这种方式省时省心， 但进行二次开发的脚本语言，作为编程语言，功能较弱，用它们来开发应用程序仍然不 尽如人意，并且所开发的系统不能脱离g i s 平台软件，是解释执行的，效率不高。 ( 3 )基于组件的二次开发 大多数g i s 软件产商都提供商业化的g i s 组件，如e s r i 公司的m a p o b j e c t s 、 m a p i n f o 公司的m a p x 、超图公司的s u p p e rm a p 等，这些组件都具备g i s 的基本功能， 开发人员可以基于通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如d e l p h i 、v is u a lc + + 、 v i s u a lb a s i c 、p o w e rb u i i d e r 等为开发平台，进行二次开发。 利用g i s 工具软件生产厂家提供的建立在o c x 技术基础上的g i s 功能控件，如e s r i 的m a p o b j e c t s 、m a p l n f o 公司的m a p x 等，在d e l p h i 等编程工具编制的应用程序中，直 9 江苏大学工程硕士学位论文 接将g i s 功能嵌入其中，实现地理信息系统的各种功能。 2 3 2 三种模式的比较 由于独立开发难度太大，单纯二次开发受g i s 工具提供的编程语言的限制差强人意， 因此结合g i s 工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式就成为g i s 应用开发 的主流。它的优点是既可以充分利用g i s 工具软件对空间数据库的管理、分析功能，又 可以利用其它可视化开发语言具有的高效、方便等编程优点，集二者之所长，不仅能大 大提高应用系统的开发效率，而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更 好的外观效果，更强大的数据库功能，而且可靠性好、易于移植、便于维护。尤其是使 用o c x 技术，利用g i s 功能组件进行集成开发，更能表现出这些优势。 由于上述优点，集成二次开发j 下成为应用g i s 开发的主流方向。这种方法唯一的缺 点是前期投入比较大，需要同时购买g i s 工具软件和可视化编程软件，但“工欲善其事， 必先利其器”，这种投资值得。 目前许多软件公司都开发了很多a c t i v e x 控件，合理选择和运用现成的控件，减少 了开发者的编程工作量，使开发者避开某些应用的具体编程，直接调用控件，实现这些 具体应用，不仅可以缩短程序开发周期，使编程过程更简洁，用户界面更友好，可以使 程序更加灵活、简便，系统维护更容易，应用系统间也能更容易地进行无缝集成【弧3 2 】。 2 4 组件式g is 2 4 1 组件式0 is 的特点 组件式g i s ( t g 称c o m g i s ) 是面向对象技术和组件式软件在g i s 软件开发中的应用。认 识c o m g i s ，首先要了解它所依赖的技术基础组件式对象模型和a c t i v e x 控件。c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 是o l e 和a c t i v e x 共同的基础，它建立的就是一个软件模块与 另外一个软件模块之间的链接，当这种链接建立之后，模块之间就可以通过被称为“接 口的机制来进行通信【3 3 3 6 1 。 a c t i v e x 是一套基于c o m 的、可以使软件组件在各种开发语言、开发环境和网络环境 中进行互操作而不管组件是用何种语言创建的技术 3 2 , 3 3 。a c t i v e x 控件是一种可编程、可 重用的基于c o m 的对象，a c t i v e x 控件通过属性、事件、方法等接口与应用程序进行交 互。 组件式g i s 不是一种简单技术在g i s 软件开发中的应用，而是一种全新的g i s 软件技 术体系，不仅仅是g i s ，组件式软件技术给整个软件产业带来了一场技术革命。 组件式g i s 基于组件对象平台，具有标准的接口，允许跨语言应用，因而使g i s 软件 1 0 江苏大学工程硕士学位论文 的可配置性、可扩展性和开放性更强，使用更灵活，二次开发更方便。 组件式g i s 不仅可以成功地解决传统g i s 在软件开发、应用系统集成和用户学习使用 等方面面临的困难，而且有利于降低成本，具有无限扩展性等特点。因此，国际上大多 数g i s 软件公司把开发c o m g i s 软件作为重要的发展战略，c o m g i s 是当今g i s 发展的重要 趋势。 组件式g i s 的基本思想是把g i s 的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同 的功能。各个g i s 控件之间，以及g i s 控件与其他t e g i s 控件之间，可以方便地通过可视 化的软件开发工具集成起来，形成最终的g i s 应用系统。 组件式g i s 的发展顺应了当今软件技术的发展潮流，极大地方便了应用和系统集成。 同传统的g i s 相比，这一技术具有以下特剧3 3 】： ( 1 ) 小巧灵活、价格便宜 由于传统g i s 结构的封闭性，往往使得软件本身变得越来越庞大，不同系统的交互 性差，系统的开发难度大。在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系 统功能，用户可以根据实际需要选择所