Info-Geotech 工程勘察管理信息系统方案浅析.docx

Info-Geotech 工程勘察管理信息系统方案浅析工程管理0901 侯硕 学号：2009111752摘要：通过对工程勘察信息管理的需求分析，结合最新的计算机应用技术，提出采用GIS技术和大型商用数据库管理技术开发Info-Geotech工程勘察管理信息系统的技术方案，并对Info-Geotech系统中的功能模块的开发进行了分析说明，设计了系统软件开发的功能模块结构图。通过应用GIS技术和大型商用数据库管理技术对海量的工程勘察信息进行管理、分析和评价，并实现这些信息资源共享，为城市规划、建设和管理提供岩土工程信息决策支持。关键词：工程勘察；数据库；地理信息系统；软件开发目前，国内外结合城市地理信息系统（urban GIS，U GIS）的城市数字化工作发展迅速。U GIS是集规划、测量、地理、信息、管理、社会、计算机科学和应用对象知识等为一体的综合技术。U GIS在美国、日本、加拿大、澳大利亚和德国等发达国家已成为较成熟的应用技术，取得了相当的社会和经济效益。U GIS技术已从环境、资源等宏观管理领域逐步向工程和工业管网等微观管理和生产管理方向发展，与经济发展的结合日益密切。U GIS项目建设涉及面广，信息量大，精度高，要求基础资料完整，因而耗资较大，建设周期较长，一旦建设成功，社会经济效益巨大。工程勘察管理信息系统是U GIS的重要组成部分。随着计算机科学的不断进步与发展，计算机在城市规划管理中的应用越来越普遍。特别是作为信息技术（IT）一个重要分支的地理信息系统（GIS）的应用与发展，为工程勘察管理信息系统的建设创造了有利条件。工程勘察管理信息系统是以岩土工程勘察成果信息为基础，在计算机系统支持下，依托城市基础地理信息系统而形成的计算机数据库与信息处理系统。随着国民经济的蓬勃发展，城市建设的步伐和规模都以前所未有的速度展开，大量的建设项目使城市工程地质勘察活动在深度和广度上都达到了相当规模，这些工程的勘察成果是十分宝贵的信息资源，它们不仅对当时的城市规划、建设起了重要作用，还有很高的重复利用价值，建立城市工程勘察信息系统，使其由“死”资料变成“活”信息，对于实现城市地学信息资源共享，支持城市规划、建设的科学决策，完善单项岩土工程勘察，以及为城市地质学的研究提供基础数据都有非常重大的现实意义1。城市工程勘察信息系统的研究是近几年来城市工程勘察行业的前沿和热点课题，也是城市勘察行业和城市规划、建设、管理部门的迫切需要，是城市现代化发展的必然趋势。一、Info-Geotech系统开发设计思想工程勘察管理信息系统的建设涉及计算机技术、地理信息系统、图形图像技术、数据库管理、网络技术、管理信息系统、办公自动化以及测绘技术、规划管理、工程地质、勘察工程技术等。是一个多学科综合的信息管理系统，涉及面广，技术难度大。因此，在系统的开发建设中，将尽量集成比较成熟的相关技术。工程勘察信息数据是城市空间基础地理信息的组成部分，是城市建设必不可少的基础资料。在城市发展建设中，积累了大量的工程勘察数据资料，这些资料主要以文字、数据及图表的形式储存在单项工程勘察报告书中而未被充分利用。这不仅造成了数据资源的浪费，而且其管理和查询已不能满足工程勘察行业发展的要求。工程勘察管理信息系统的开发必须充分利用已获取的工程勘察数据资料，不仅要实现工程勘察资料的安全、快速、简便的录入和储存，还要实现多种方式的资料检索及数据处理。因此，系统的功能设计必须满足可随机集中或分散地输出工程勘察资料的图、表、文等，保证数据的完整性和准确性；能够输出符合用户需要的图、表、文等，实现工程勘察资料的内业整理自动化，提高工作效率；能够较好地实现图形数据和属性数据的管理，满足用户的检索、查询、更新等操作；能够为规划、勘察、设计等部门快速提供各种工程地质资料及工程地质咨询、评估，为城市整体规划、项目选址、旧城改造、土地评估等快速提供参考数据和图纸资料。工程勘察管理信息系统是一项复杂性、综合性、专业性较强的系统工程。为了实现Info-Geotech系统的开发目标，在系统开发中以实用、高效、先进、可靠为基本原则，建立规范、安全、开放的信息系统，依靠先进的信息技术和严格的管理制度，使该系统在国内同行中处于先进水平。具体而言，在软件系统的开发过程应遵循如下原则2。（一）实用性作为应用系统，实用性是直接影响系统运行效果和生命力的最重要因素之一，也是系统开发者应遵循的原则。所谓实用，就是要考虑系统操作的简易性和使用的方便性，真正满足用户的实际需求。（二）先进性在系统总体设计上，注意吸收同类系统的建设经验。在技术上，采用先进且成熟的技术，在选用软件平台与硬件时，体现先进技术，且符合今后的发展方向，在软件开发上，严格按软件工程标准和面向对象理论来设计、管理和开发，保证系统开发的高起点。（三）高效性该系统的建设必须保证系统的运行速度和容量，提高工作效率。（四）规范性规范化、标准化是信息系统建设的基础，也是本系统与其它系统兼容和进一步扩充的根本保证，是系统开放性和数据共享的要求。（五）稳定性系统稳定性体现在两方面：系统能长期地正常运转；能够有效处理硬、软件故障，减少不必要的损失。（六）安全性、继承性与开放性安全性体现在保证数据的真实、可靠、不丢失；继承性是指系统易于升级与发展；开放性是系统生命力的表现，只有开放的系统才能够兼容和不断发展。二、Info-Geotech系统开发方案设计（一）Info-Geotech系统总体的设计Info-Geotech系统的开发目标应该是建立起具有地理信息系统（GIS）、管理信息系统（MIS）和办公自动化（OA）综合的智能化的信息管理系统。能够满足岩土工程勘察信息海量数据的综合管理，适应广泛的社会公众查询需求，具有智能化、网络化等满足实际应用需求的功能。因此，Info-Geotech系统的开发需要结合GIS、MIS、OA技术的特点，通过分布式网络结构与COMDCOM（组件技术）将图形数据、业务信息、及通信与协作平台技术有机集成于一体，具有较强的柔韧性和整合性。工程勘察管理信息系统还必须是一个集目前先进的图形、图像、计算机网络技术于一体的高效、大型、智能软件系统，是集信息输入、数据库管理及空间数据分析为一体的空间信息管理系统，能全面满足工程勘察信息管理用户的多方面需求，可为管理人员和工程师提供综合化、智能化、规范化的工具平台。（二）Info-Geotech系统的功能设计基于Info-Geotech系统的总体设计方案，Info-Geotech系统的业务管理流程可划分为如下各功能模块。1、数据的输入图形数据的输入（地形图、影像图、背景图等）可采用多种输入方式，如键盘、鼠标、数字化仪等人工采集，或文件数据格式转化、扫描矢量化等。属性数据的输入（工程地质基本库、扩展库）要求建立基于大型数据库平台的数据库录入系统。系统需具有数据库操作的基本功能，如数据记录的增加、删除、修改等，并具有数据合理性检查的功能。在数据输入模块中还需开发具有不同数据库文件格式转化的功能。2、数学模型的建立建立数学模型就是利用GIS系统提供的空间数据库技术，管理工程勘察工作中的空间信息和属性信息，并采用空间分析与统计技术，实现工程勘察空间信息的分析处理。空间分析是采用定量的（主要是统计的）过程与技术分析地图上或由地理坐标定义的二维或三维空间上的点、线和面的结构模式的技术。它作为GIS系统的一项重要特征，是区别于CAD技术和一般管理信息系统的标志。这也是与现阶段工程勘察信息管理软件的重要区别之处，是开发该系统的特色之一。空间分析包括地形分析、网络分析、叠加分析和缓冲区分析等。主要方法有：空间信息分类、空间信息叠合、网络分析、邻域分析、连接和空间信息统计等。利用空间分析技术，可以研究地下地质体、地层、地层参数等空间信息在地下空间的展布情况。建立空间数据处理模块，提供图形处理工具，与属性数据进行连接。根据实际工作的需要，可对现有图形的图层进行整理、合并，建立更为适合的图形分层方式。将图形元素的有关属性信息与图形建立关联，形成图形属性数据库。建立各层图形的拓扑关系。鉴于工程地质基本数据及扩展数据较为复杂，将所有属性数据与图形建立连接是不现实的。必须建立基于大型数据库的属性数据库信息管理系统（DBMS）。其基本功能为属性数据库（基本数据及扩展数据）的关联、检索、查询、统计、分析等。最终为工程地质GIS提供实用的数据库，如要应用勘探点资料，只需提供基本数据中的“勘探点”连接“分层”所形成的数据库内容。在上述工作完成后，就可利用基础GIS平台具有地理数据分析处理功能，来建立数学模型，如拓扑地图叠置分析、表面分析、网络建模等分析建模工具。3、应用子系统（1）图形管理子系统图形管理子系统可以对不同大小比例尺的地形图及影像图进行管理，包括地形图分幅检索、图形属性数据查询等。勘探点、区域地质、水文、地震断裂带、人防管理、地貌等图形表示及检索、查询显示、输出等。（2）工程地质综合处理子系统工程地质综合处理子系统有：单体工程地质工作内业处理，包括平面图、剖面图、柱状图等的制作，土工试验表格的生成；原位测试数据图件、表格的生成，报告按一定格式自动生成等； 工程地质数据库的查询、统计及表格输出等； 工程地质数据库的图形编辑、查询、统计及输出等，如图上勘探点柱状图、任意横切、纵切综合剖面图的生成； 地震断裂带等扩展数据的图上浏览、查询、输出等； 根据试验资料及原位测试资料，生成数据表格及有关图件3。（3）工程地质专家子系统工程地质专家子系统结合现阶段工程勘察的实际情况，采用应用比较广泛的专家系统、人工神经网络等技术，完成对工程勘察结果的智能化评价。专家系统是人工智能的一个重要分支，是一个具有专门知识与经验并能模拟专家的思路和方法来进行处理的系统。目前在工程勘察评价中已经做了许多的尝试，但还未形成真正意义上的专家系统，只能作为一种辅助工具使用，使缺乏经验的人能够得出的结论接近于熟练专家的水平。人工神经网络是一个由大量简单的神经元（又称为处理单元）广泛连接组成的人工网络，用来模拟大脑神经系统的结构和功能，它具有很好的适应能力和学习能力，特别适合于模式识别问题。根据现有工程地质资料及地区工程地质特点，结合专家经验，建立工程地质专家判断机制，用于工程选址、基础选型、区域稳定分析、边坡稳定分析、地质灾害预测等诸多方面，提供决策依据。（4）集成应用子系统集成应用子系统利用GIS技术平台进行图形特征的叠加、分析，生成三维的地层视图。可对各地层物理力学数据进行综合分析并实现三维图形显示。可分析输出某一平面承载力的等值线图。具有输出各种专题图的功能，如第四系地质图、地貌图、地基土压缩性分区图、基岩埋深风化图、不良地质现象分布图等。根据勘探点数据，结合地貌、区域地质、地震断裂带及水文等图上表示信息，建立起工程地质分区图、工程地质条件类型图、土地利用控制图、稳定性分析分区图等等。4、系统输出功能（1）空间数据库查询结果的输出传统的数据库只能实现数据的条文查询，没有图形查询的功能。而工程勘察工作的特点就是需要利用大量的图形、图件来实现地质工程勘察信息的表达。地理信息系统具有强大的图形处理功能，能够同时对空间数据和属性数据进行管理。利用地理信息系统的空间查询和空间分析技术，通过图形、图像、表格和文字等形式，可以形象、直观地表现工程勘察的相关信息。系统可以实现数据库的条文查询，也可以进行“图数据”或“数据图”的查询。即系统可以在图中选定任意区域或勘探点，查询相关的工程勘察信息，也可以根据输入的查询条件，获得满足条件的数据，然后在图中显示出来。（2）工程勘察成果图形、文档的输出系统要求实现对所有工程地质勘察内业数据处理自动化，可以快速准确地生成工程需要的各种图、表、曲线等资料。系统的输出根据需求可分为报表（表格）、文档、图件（图形）等。图件输出包括：勘探孔平面布置图、勘探孔柱状图、工程地质剖面图、各类等高线（等值线）图、工程地质综合分区图、勘探孔三维立体岩土层结构透视图及其它专题图件。输出方式均应具有显示输出、打印输出、文件输出等等。输出的报表，如土工试验表、原位测试数据表等均应按规定格式制表；输出的图件也必须参照有关规范要求的格式内容执行4。（3）专家文档报告输出工程勘察资料的分析评价是一项复杂的智能化过程。将在系统开发中探讨采用专家系统、人工神经网络等技术，完成对工程勘察成果的智能化评价，并实现专家级文档报告的输出。通过对获取的各种工程勘察信息的智能化分析处理，辅助专业技术人员的人工干预分析，可以初步揭示待勘察场地岩土体的空间分布及其物理力学性质、水文地质特征、不良地质灾害发育分布概况等城市环境工程地质特征，即反映场地的地基条件和施工条件对不同建筑或构筑物建设的适宜程度，为规划用地评价、建筑布局提供准确、直观的依据。三、Info-Geotech工程勘察管理信息系统的应用Info-Geotech工程勘察管理信息系统提供了基于GIS的信息管理，以城市大比例尺地形图为背景，通过漫游功能可实现任意指定区域工程地质状况及其相关信息的查询。同时可以通过输入工程编号、工程名称、工程地点等字段中的局部信息快速查询指定的工程地质数据，并可直接输出单孔柱状图或地质剖面图。通过指定某一范围的若干钻孔，查询该区域内的地层分布情况，通过钻孔勘察资料生成纵横剖面图或指定岩土层的三维立体模型，直观地分析该区域内的工程地质条件，为工程咨询提供服务。Info-Geotech工程勘察管理信息系统既可对正在施工的单项工程勘察数据录入、存储和分析处理，