姜靈芝 楊 帆

（廣東省佛山地質(zhì)局，廣東 佛山 528000）

0 引言

在城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)管理、工程勘察、城市地質(zhì)調(diào)查和地災(zāi)應(yīng)急搶險中，需要用到大量的地質(zhì)信息進(jìn)行輔助決策，尤其是地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)圖形數(shù)據(jù)，如基巖地質(zhì)圖、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)和分布圖等，如何及時便捷地獲取信息，并廣泛地應(yīng)用于城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)中，從而構(gòu)建一個實時、便利的基礎(chǔ)地質(zhì)成果資料查詢系統(tǒng)。

巖土工程勘察野外采集系統(tǒng)可在智能手機等移動終端上運行，使地質(zhì)工作者、城市規(guī)劃人員和社會大眾可隨時查詢所需的地質(zhì)資料，打破地質(zhì)數(shù)據(jù)訪問的時空限制，提供全方位、全天候的地質(zhì)信息服務(wù)，從而實現(xiàn)4 個方面的效益。①支撐地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險，保障城市運營安全。通過地質(zhì)災(zāi)害隱患點分布圖、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖等數(shù)據(jù)來協(xié)助地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與應(yīng)急搶險，可迅速查明災(zāi)害和事故場地的地質(zhì)條件、誘災(zāi)因素等。應(yīng)急搶險人員可在災(zāi)害現(xiàn)場使用APP 的GPS 定位功能找到所處的地理位置，在移動終端查閱周圍地質(zhì)災(zāi)害的分布情況、基巖地質(zhì)情況和地質(zhì)鉆孔柱狀圖，從而迅速掌握地質(zhì)條件，對災(zāi)情作出判斷，并制定救災(zāi)措施，保障城市安全。②高效服務(wù)于城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)管理。通過發(fā)布地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖、規(guī)劃建設(shè)地質(zhì)風(fēng)險評價圖等信息，輔助規(guī)劃建設(shè)、重大工程選址、規(guī)劃功能分區(qū)的制定。通過開發(fā)移動端APP，從專業(yè)規(guī)劃的角度出發(fā)，依據(jù)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量、城鄉(xiāng)用地評價、開發(fā)強度建議、主要地質(zhì)風(fēng)險等評價指標(biāo)，將地質(zhì)語言轉(zhuǎn)化為規(guī)劃專業(yè)語言，使規(guī)劃專業(yè)人員能從地質(zhì)圖件中迅速獲取所需的信息。③輔助工程地質(zhì)勘察野外作業(yè)。通過開發(fā)外業(yè)數(shù)據(jù)采集APP，地質(zhì)勘察技術(shù)人員遇到復(fù)雜情況時可通過查詢鉆探點的地質(zhì)背景信息，來掌握附近的巖石、土層、斷裂等的分布情況，從而輔助地層劃分。④滿足公眾地質(zhì)信息服務(wù)需求。當(dāng)前，城市建設(shè)的各項工程是以地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，市場需求更加旺盛。本研究設(shè)計的系統(tǒng)有助于公眾實時查詢所需的基礎(chǔ)地質(zhì)信息，方便建設(shè)單位實時了解建設(shè)場地的基礎(chǔ)地質(zhì)情況，避免重復(fù)勘察投資。

1 總體目標(biāo)

本研究對巖土工程勘察外業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與開發(fā)［1］。該系統(tǒng)可對勘察行業(yè)內(nèi)的各類原始數(shù)據(jù)、圖像、圖件和文字報告進(jìn)行全面動態(tài)管理。能最大限度地發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)信息資源的共享，為國家基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、建設(shè)、管理及城市地質(zhì)研究提供基礎(chǔ)信息，并為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺提供巖土工程信息決策支持［1］。作為區(qū)域工程勘察成果的數(shù)據(jù)平臺，為便于用戶使用該系統(tǒng)，對該系統(tǒng)提出以下要求。①提供系統(tǒng)權(quán)限管理。使不同用戶具有不同的操作權(quán)限，從而保證數(shù)據(jù)的安全性。②提供版本管理功能。支持多個用戶同時訪問，且互不影響。③具備地理信息系統(tǒng)的地圖瀏覽與操作功能，如地圖放大、縮小、漫游、目標(biāo)定位等功能。④具備完善的數(shù)據(jù)查詢功能。系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求進(jìn)行單項或組合的數(shù)據(jù)查詢，也可雙向查詢空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)［2］。⑤具備良好的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可對區(qū)域宏觀或微觀地質(zhì)狀況以數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行反映。⑥具有統(tǒng)計分析功能。便于系統(tǒng)對巖土參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。⑦具有制圖功能。可繪制物理力學(xué)參數(shù)相關(guān)圖、鉆孔柱狀圖、地質(zhì)剖面圖等。⑧具備數(shù)據(jù)輸出功能。輸出用戶所需的查詢結(jié)果、統(tǒng)計分析結(jié)果、圖件等。

2 技術(shù)路線

本研究按照系統(tǒng)調(diào)研分析、地質(zhì)數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)、系統(tǒng)試運行來完成系統(tǒng)的開發(fā)。

2.1 系統(tǒng)調(diào)研分析

通過對國內(nèi)外相關(guān)的地質(zhì)信息服務(wù)系統(tǒng)、手機APP 程序的開發(fā)和應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)研，全面了解各系統(tǒng)的架構(gòu)體系和服務(wù)方式，根據(jù)調(diào)研結(jié)果對巖土工程勘察野外采集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

2.2 地質(zhì)數(shù)據(jù)處理

收集地質(zhì)調(diào)查成果數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并提供相關(guān)地圖服務(wù)。收集常用的鉆孔數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，如KT3000、理正等數(shù)據(jù)庫格式，設(shè)計出能與本研究所設(shè)計的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的模型，從而將外部系統(tǒng)中已錄好的鉆孔數(shù)據(jù)庫直接導(dǎo)入到本研究設(shè)計的系統(tǒng)中。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

按易用性、高可用性、靈活擴展性、安全性等要求，來完成巖土工程勘察野外采集系統(tǒng)的設(shè)計，包括系統(tǒng)架構(gòu)、程序界面、交互方式、網(wǎng)絡(luò)安全策略等，并采用合適的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)來完成開發(fā)和測試。

2.4 系統(tǒng)試運行

在開發(fā)完成后，要在一定范圍內(nèi)對系統(tǒng)進(jìn)行試用，通過用戶的實際使用情況，從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題，并根據(jù)用戶的反饋意見進(jìn)行修改完善，最終達(dá)到公開上線的要求。

3 系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 多源數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。地質(zhì)成果數(shù)據(jù)來自不同時期的地質(zhì)調(diào)查工作，采用的數(shù)據(jù)格式、坐標(biāo)系、比例尺等都不盡相同，必須按照國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用特定的技術(shù)轉(zhuǎn)換方案，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)格式。可構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模型，實現(xiàn)對移動數(shù)據(jù)庫、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、文件數(shù)據(jù)庫、理正CAD軟件庫等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的存儲、轉(zhuǎn)換與自動化處理。

3.1.2 應(yīng)用配置的模塊化。隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)應(yīng)用管理朝著模塊化、集成化、智能化方向發(fā)展。在不重新進(jìn)行軟件開發(fā)的前提下，系統(tǒng)要最大程度地適應(yīng)今后擴展的需要，做到數(shù)據(jù)、用戶、角色和業(yè)務(wù)流程的靈活定制和擴展。

3.1.3 系統(tǒng)服務(wù)集成化。系統(tǒng)建設(shè)必須基于面向服務(wù)（SOA）的架構(gòu)模式，采用服務(wù)接口總線的方式為終端用戶提供服務(wù)。

3.1.4 網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)智能化。解決移動網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定時可能發(fā)生的情況，系統(tǒng)采用瓦片緩存技術(shù)，從而最大限度地使用在線網(wǎng)絡(luò)資源［3］，同時也可提高地圖數(shù)據(jù)的展示速度。在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境中實現(xiàn)在線和離線模式的無縫切換。

3.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

勘察外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一款輔助勘察外業(yè)編錄的“互聯(lián)網(wǎng)+勘察”外業(yè)采集APP，通過信息技術(shù)來提高外業(yè)編錄數(shù)據(jù)生成效率，包括人員登錄、項目列表、鉆孔列表、開孔記錄、巖性描述、取樣與測試、現(xiàn)場拍照、單孔報驗、鉆孔柱狀圖等，從而提高勘察外業(yè)的編錄效率和質(zhì)量。

3.2.1 系統(tǒng)登錄。用戶在打開APP 后，系統(tǒng)會提示需要輸入用戶名和密碼，驗證通過后即可進(jìn)入該系統(tǒng)，不同權(quán)限的人員獲得的權(quán)限不同。

3.2.2 項目列表。用戶登錄該系統(tǒng)后，系統(tǒng)會自動列出用戶所參與的全部項目清單及相關(guān)信息，包括項目編號、項目名稱、勘察類型和項目地點。用戶可通過此列表快速進(jìn)入到項目中，并進(jìn)行編錄工作，如果無法在表格中找到所需的項目名稱，也可進(jìn)行搜索。

3.2.3 鉆孔列表。用戶在進(jìn)入項目界面后，左側(cè)會顯示鉆孔列表，該列表分為“我的”和“全部”兩欄（見圖1）。其中，“我的”列表是當(dāng)前用戶負(fù)責(zé)編錄的全部鉆孔列表，“全部”列表則是項目所包含的全部鉆孔數(shù)據(jù)列表。在“我的”列表中，點擊任意鉆孔后會在右側(cè)顯示其可操作的功能，包括開孔記錄、巖土描述、取樣與測試錄入、拍照功能、單孔報驗和鉆孔柱狀圖查詢。

圖1 鉆孔列表

3.2.4 開孔記錄。用戶點擊開孔記錄后，會進(jìn)入到開孔記錄編輯界面中（見圖2），可填寫機長、技術(shù)員、編號、檢查人等信息，也可對圍蔽及管線安全、技術(shù)準(zhǔn)備、封孔準(zhǔn)備、總體備注等表格進(jìn)行編輯，填寫完成后系統(tǒng)將自動保存。

圖2 開孔記錄

3.2.5 巖性描述。用戶點擊巖性描述按鈕可進(jìn)入單孔巖性描述界面（見圖3），用戶首次進(jìn)入該界面會自動下載項目模板，通過點擊“新增”按鈕來添加一行新的描述記錄，在記錄完成后，點擊保存即可保存在本地，點擊右上角的上傳數(shù)據(jù)按鈕即可將其上傳到服務(wù)器中，由后續(xù)內(nèi)業(yè)工作進(jìn)行處理。通過點擊快速跳轉(zhuǎn)按鈕可跳轉(zhuǎn)至取樣與測試錄入、拍照、柱狀圖等界面中。

圖3 巖性描述

3.2.6 取樣及測試。點擊單個鉆孔界面或巖性描述界面中的“取樣及測試”按鈕，即可進(jìn)入取樣及測試錄入界面中，該界面分為3 部分，分別為取樣記錄、標(biāo)貫試驗記錄和動（錐）探試驗記錄。①取樣記錄。該界面可記錄現(xiàn)場巖芯取樣的信息，包括原狀土、擾動土、軟土、腐蝕土、巖樣和水樣。用戶可通過該界面選擇所要進(jìn)行的試驗項目。②標(biāo)貫試驗記錄。用戶通過該界面記錄現(xiàn)場標(biāo)貫數(shù)據(jù)，填寫起始深度、結(jié)束深度、實際擊數(shù)、桿長及修正擊數(shù)。③動（錐）探試驗記錄。用戶可通過該界面來記錄現(xiàn)場動（錐）探數(shù)據(jù)，填寫起始深度、結(jié)束深度、實際擊數(shù)、桿長以及修正擊數(shù)。在完成上述3 個記錄后點擊保存即可，點擊拍照按鈕會提示需要進(jìn)行拍照。點擊右上角的上傳數(shù)據(jù)按鈕，會將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器中。

3.2.7 現(xiàn)場拍照。在單個鉆孔界面或巖性描述界面中，點擊“拍照”按鈕即可進(jìn)入現(xiàn)場拍照界面中，現(xiàn)場拍照分為開孔拍照、終孔拍照、現(xiàn)場拍照、巖芯拍照、整孔巖芯拍照5 類。其中，現(xiàn)場拍照、巖芯拍照、整孔巖芯拍照需要進(jìn)一步選擇并輸入相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，在完成拍照后，點擊保存照片按鈕即可?，F(xiàn)場拍照可對編錄員、司鉆員、描述員、項目負(fù)責(zé)人、工程師、鉆機設(shè)備、場景及其他情況進(jìn)行拍照。在進(jìn)入現(xiàn)場拍照功能界面后，點擊拍攝照片按鈕，會要求用戶選擇其所拍照的類型。巖芯拍照/整孔巖芯拍照可按不同深度對巖芯或整個鉆孔進(jìn)行拍照，點擊拍攝照片按鈕，會要求用戶填寫當(dāng)前拍照巖芯的起始深度和結(jié)束深度。

3.2.8 鉆孔柱狀圖。在單個鉆孔界面或巖性描述界面中點擊“柱狀圖”按鈕即可進(jìn)入鉆孔柱狀圖界面（見圖4），在該界面中可查詢該鉆孔每個土層/水位的名稱及深度，并標(biāo)識出取樣的深度和原位測試的深度。

圖4 鉆孔柱狀圖

3.2.9 單孔報驗。在單個鉆孔界面或巖性描述界面中點擊“單孔報驗”按鈕，即可進(jìn)入單孔報驗界面，基本信息、取樣數(shù)量、原位測試中的部分?jǐn)?shù)據(jù)將自動從服務(wù)器中進(jìn)行對接。同時，可對自檢意見等表格進(jìn)行編輯，完成填寫后系統(tǒng)將自動保存。

4 結(jié)語

本研究通過對巖土勘察野外采集系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，開發(fā)了“互聯(lián)網(wǎng)+勘察”的外業(yè)手持移動端APP系統(tǒng)，給野外采集各環(huán)節(jié)提供便捷的錄入、查詢及導(dǎo)出數(shù)據(jù)的界面。能夠隨時定位查詢給定范圍內(nèi)的地質(zhì)成果數(shù)據(jù)，包括基巖地質(zhì)信息、地質(zhì)災(zāi)害信息、工程地質(zhì)鉆孔信息、歷年規(guī)劃用地地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價成果信息、規(guī)劃建設(shè)地質(zhì)風(fēng)險區(qū)劃圖等。通過移動互聯(lián)網(wǎng)和手持移動端APP 來滿足隨身攜帶、移動辦公的需求，在日常辦公、實地考察或突發(fā)事件中，可大大提高工作效率。巖土工程勘察野外采集系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害防治、規(guī)劃編制管理、重大項目選址及可行性研究、建設(shè)工程事故處理等領(lǐng)域［2］，進(jìn)而充分發(fā)揮基礎(chǔ)地質(zhì)成果對國土規(guī)劃建設(shè)的技術(shù)支撐作用，具有重要的社會應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。