李少強(qiáng) 駱效銀

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巖土工程的信息化與可視化分析

李少強(qiáng)1駱效銀2

（上海同是科技股份有限公司 上海 200000）

隨著現(xiàn)代空間技術(shù)應(yīng)用的飛速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)也得到了廣泛的運(yùn)用，巖土工程的信息化和可視化也越來越得到國家的重視。本文主要介紹了巖土工程信息化和可視化的應(yīng)用領(lǐng)域以及其支撐技術(shù)，并簡(jiǎn)單介紹了三維地層信息系統(tǒng)等軟件。

地理信息系統(tǒng)；巖土工程；信息化與可視化；三維地層信息系統(tǒng)

近年來，空間信息技術(shù)的運(yùn)用有了飛速的發(fā)展，人們可以便捷真實(shí)的發(fā)現(xiàn)地球及其周圍環(huán)境的物理和幾何信息，持續(xù)性的形成空間數(shù)據(jù)流與信息流。從而促進(jìn)了數(shù)字地球體系的產(chǎn)生。所謂數(shù)字地球，就是數(shù)字化的地球，是利用數(shù)字技術(shù)及方法將地球及周圍的環(huán)境變化數(shù)據(jù)，按照一定的坐標(biāo)加以整理，然后存入計(jì)算機(jī)內(nèi)，生成全球數(shù)字模型，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的今天，人們可以直觀快速的了解地球。而地理信息系統(tǒng)是數(shù)字地球的支撐技術(shù)，是數(shù)字化地球能夠?qū)崿F(xiàn)的重大保證。地理信息系統(tǒng)是一個(gè)集科學(xué)，地理學(xué)，地圖學(xué)及信息學(xué)多種學(xué)科綜合而成的計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠科學(xué)的采集，儲(chǔ)存，分析和顯示地理學(xué)信息。目前對(duì)巖土工程的儲(chǔ)存還以文字，圖片等為主，在分析，修改和查詢時(shí)造成了很大的麻煩，并且這些數(shù)據(jù)大多都是點(diǎn)線面的關(guān)系，很難體現(xiàn)出“體”的概念，在面臨大規(guī)模的工程時(shí)，不能直觀的體現(xiàn)，也給工程分析造成了不便，所以針對(duì)目前我國地理信息系統(tǒng)存在的問題，將巖土工程進(jìn)行信息化和可視化顯得尤為重要。

1 巖層工程的信息化與可視化概念

巖層工作分析的對(duì)象是經(jīng)過了漫長(zhǎng)歲月演變而形成的地質(zhì)層，人們?cè)陂L(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)中累積了大量的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化與智能化能夠有效的提高巖層工作的工作效率。巖層工作是一個(gè)全過程的搜集資料，分析資料，處理資料的過程，需要工作人員全程進(jìn)行數(shù)據(jù)的把握，分析再進(jìn)行指導(dǎo)。與其他工程相比較而言，巖層工作考慮的面積會(huì)更廣，需要考慮自身的隱蔽性，地質(zhì)條件的多變性以及巖層體質(zhì)的不穩(wěn)定性，所以工作人員必須全程進(jìn)行勘測(cè)，特別是大工程的施工情況下，工作人員需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的反應(yīng)進(jìn)行分析然后優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行指導(dǎo)施工，數(shù)字地球技術(shù)的發(fā)展為巖層工作的信息化提供了基礎(chǔ)，同時(shí)巖層工作的信息化也是數(shù)字地球技術(shù)的重要組成部分，可視化技術(shù)是近幾年新發(fā)展起來的一種技術(shù)，它是將圖形學(xué)，圖像學(xué)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)處理進(jìn)行綜合而形成，它的目的在于提高信息的利用效率。

2 巖層工程的信息化和可視化涉及的方面

巖層工程技術(shù)需要大量的高新技術(shù)和專業(yè)知識(shí)，涵蓋了多個(gè)學(xué)科和技術(shù)，這些技術(shù)包括：a三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及建模技術(shù)。由于巖層工程的復(fù)雜性，需要制定套合適的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和建模技術(shù)，使在進(jìn)行施工時(shí)，能夠有效的反應(yīng)巖層情況又能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理和操作，這也是系統(tǒng)高效分析的基礎(chǔ)[1]；b三維可視化技術(shù)在目前的科學(xué)研究中非常流行，它是將數(shù)據(jù)根據(jù)三維空間模型進(jìn)行一定的空間算法進(jìn)行體現(xiàn)，可以真實(shí)的再現(xiàn)世界，讓用戶能夠直觀，高效的看到數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的信息；c三維空間分析技術(shù)，三維空間分析技術(shù)是將數(shù)據(jù)進(jìn)行空間體現(xiàn)再進(jìn)行有效的分析，有效的三維分析手段也是三維信息系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的保障，是進(jìn)行指導(dǎo)決策的依據(jù)。

3 巖土工程信息化和可視化的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 在地質(zhì)勘探中的作用

建立工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫便于資料的查詢；三維圖和平面圖的形成與管理；根據(jù)數(shù)據(jù)生成地質(zhì)剖面圖和斷面圖；根據(jù)鉆孔和物探的資料生成柱狀圖；進(jìn)行巖層的承載力分析；生成文字報(bào)告。

3.2 在施工監(jiān)測(cè)中的作用

對(duì)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析；將工程用平面圖展示；監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置顯示以及布置的優(yōu)化；繪制監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化圖，荷載分布以及應(yīng)力分布圖；生成監(jiān)測(cè)報(bào)告。

3.3 在工程設(shè)計(jì)以及方案優(yōu)化中的作用

建立地質(zhì)工程數(shù)據(jù)庫；對(duì)三維圖，平面圖的管理與顯示；生成巖層剖面圖與斷層圖；生成數(shù)字地面模型；對(duì)可行性進(jìn)行分析；對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化。

4 三維巖土工程信息系統(tǒng)的原理及應(yīng)用

4.1 原理

三維巖土工程信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源是巖土工程勘察所得，包括地形，地貌，構(gòu)筑物等的平面設(shè)計(jì)圖所形成的圖形或數(shù)據(jù)，通過對(duì)工程對(duì)象建模工具形成地質(zhì)構(gòu)造，地下水，底層，建筑物等三維結(jié)構(gòu)。并用模型根據(jù)各種分析操作生成巖層工作所需要的各種數(shù)值面，體等數(shù)據(jù)。三維機(jī)構(gòu)建模是指根據(jù)鉆孔資料，剖面圖，平面圖，地形圖，以及地質(zhì)圖等資料，建立能反應(yīng)地質(zhì)空間形態(tài)的三位幾何模型。

4.2 應(yīng)用

根據(jù)三維巖層工程信息系統(tǒng)觀察到的數(shù)據(jù)具有直觀高效，便利等特點(diǎn)，特別是在大工程的應(yīng)用中更加廣泛，在巖土工程地下空間的開發(fā)與利用中有著廣泛的發(fā)展前景，為了將三維多元數(shù)據(jù)進(jìn)行高效，方便，逼真的顯示，我國專家提出了可視化框架同數(shù)據(jù)的分離問題，另一方面要需要研究對(duì)結(jié)構(gòu)模型的面繪制和屬性模型的體繪制的融合問題。

5 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的軟件技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)在我國學(xué)科中的運(yùn)用也越來越多。理論，實(shí)驗(yàn)和科學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)也成為了二十一世紀(jì)發(fā)展的支柱。巖土工程三維信息化與可視化是計(jì)算機(jī)在巖土工程中的創(chuàng)新與發(fā)展，所以將巖層工程信息化與可視化也必將成為未來相關(guān)專業(yè)的熱點(diǎn)問題。

[1]王嘉偉.數(shù)字化技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新, 2017(4):5-5

[2]郭甲騰,吳立新, 楊宜舟,等.巖土工程勘察場(chǎng)地立體空間建模與可視化信息管理[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 35(1):122-125

with the rapid development of modern space technology, geographic information system (GIS) has been widely used, and the information and visualization of geotechnical engineering have been paid more and more attention by the country. This paper mainly introduces the application field of information and visualization of geotechnical engineering and its supporting technology, and briefly introduces the software of 3D stratigraphic information system and so on.

Geographic Information system; Geotechnical Engineering; Informatization and Visualization; 3D stratigraphic Information system

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.11.123

TP391.9

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1672-9129(2017)11-0103-01