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一、城市地质信息化
一、地质勘察信息管理系统建设
（一）概述
深圳市城市地质勘察信息系统是由深圳市勘察研究单位自行投资和实施完成的一个大型GIS信息管理项目。项目开始于2002年10月，2003年12月基本完成，2005年在原系统基础上增加了Web发布功能。
系统采用深圳市1∶1000（特区外为1∶2000）地形图为地理背景底图，能实现对勘察项目、勘探点数据、原位测试和土工试验数据、水文地质试验数据、区域地层岩性空间分布数据、区域地质构造空间分布数据和其他特征性地质对象数据进行综合管理。
该数据库内的管理信息工作自1983年以来，包括所完成的各类勘察工程的全部信息，以及深圳特区1∶5万地质图所包含的地层岩性和地质构造空间分布数据。除此之外，还有部分罗湖区断裂带高层建筑物沉降监测项目数据和部分地质灾害和地质遗迹数据。
该系统被列为“2003年深圳市信息化重点工程”以及“2003年深圳市建设科研项目”。
系统建设的主要目的和意义为：
1）全面有序地管理、开发、利用城市地质勘察资源。
2）提供城市规划、国土资源开发、城市建设和城市管理等决策分析的地质信息依据。
3）为深圳社会经济建设的可持续发展提供基础性地质地理信息。
4）规范统一深圳市地质资源与工程地质勘察行业技术标准，实现网络信息共享。
5）为城市防灾减灾、城市地质科学研究、岩土工程设计和工程地质勘察等领域的发展提供服务。
（二）系统建设方法与实施技术
城市地质勘察信息系统的建设，需要采用地理信息系统（GIS）技术、数据库技术和网络技术进行开发。
地理信息系统（GIS）技术，提供了将空间数据及其属性数据进行关联整合，能以地图这一图形方式进行显示，并且提供各种层次的地图空间数据查询和表现功能。目前，主流的地理信息系统（GIS）平台软件，国外平台有Arc/Info、MicroStationGeoGraphics、MapInfo和AutoMap等，国内平台有MapGIS、SuperMap等。从网络运行环境来看，又分为客户端/服务器端（C/S）和浏览器/服务器端（B/S）模式，后一种方式又称为是互联网地理信息系统（WebGIS）。
深圳市城市地质勘察信息系统也分为两个版本，前期版本为客户端/服务器端（C/S）版本，采用国内SuperMap2000软件为平台进行开发；后期版本为浏览器/服务器端（B/S）版本，主要采用MicroStationGeographics平台下的GeoPublisher作为服务器地图数据发布引擎，客户端则采用自主开发的控件完成。
由于地理信息海量数据特点，地理信息数据存储对数据库管理系统的并发响应速度等要求较高，数据存储主要有两种方式：一种是将空间地图数据及其属性数据，统一存放到一个数据库中的图属一体化存储方式；另一种则是将空间地图数据和其属性数据分别存储的方式，即地图数据以文件方式存储（一般以图幅为分割单位），而属性数据则存储到数据库管理系统中。前一种方式是具有维护管理方便、技术先进、响应快的优点，是目前的发展方向，但技术实现费用较高、系统不稳定，因此，深圳市城市地质勘察信息系统仍采用空间地图数据和其属性数据分别存储的方式，数据库管理系统采用的是MSSQLServer2000。
图3-3-1系统基本对象
由于计算机网络和Internet技术的普及，越来越多的计算机软件已经摆脱了单机工作环境的局限，向联网协同工作的方式转化，深圳市城市地质勘察信息系统也是一个联网运行的软件系统，设计上采用了Internet软件技术来实现，目前主要面向于局域网内应用，但其技术上也已经完全满足Intcrnet环境下的应用需求（图3-3-1）。
（三）要素分类与编码
根据建设部《城市地理信息系统建设规范》的经验和成果，深圳市城市地质勘察信息系统内分为城市地理基本数据集和城市地质基本数据集要素两类，其中城市地理基本数据集主要是指地形、地物、地下管线和测绘标志等数据要素，城市地质基本数据则指城市地质工作与工程建设所涉及的地层岩性、地质构造等空间数据，以及地质测绘和勘探所获得的各类成果数据，如勘探点（钻孔）、原位测试数据等。
深圳市城市地质勘察信息系统城市地理基本数据集要素分类与编码，基本上参照原有测绘产品要素分类规范，如《1∶5001∶10001∶2000地形图要素分类与代码（GB14804-93）》、《国土基础信息数据分类与编码》（GB/T13923），而城市地质基本数据集由于项目建设时期国内尚没有可供遵循的规范标准，因此根据实际工作需要，系统建设者对各类要素进行了统一分类和编码，其成果已被《城市地理信息系统建设规范（CJJ100-2004）所采纳。
要素分类编码过程中，注重了以下原则：
1）唯一性：编码应唯一、无歧义。
2）扩展性：给定编码规则和扩充区间，以满足实际应用中编码扩展、增加的需求。
编号全部采用数字编码，共6位，第一位数字为主题类，第二位数字为大类，第三、四位数字为中类，最后两位数字为小类和扩充位。
下面对城市地质基本数据集作简要说明（表3-3-1～3-3-7）。
1.地层岩石
表3-3-1地层岩石要素编码
2.地质构造
表3-3-2地质构造要素编码
3.水文地质
表3-3-3水文地质要素编码
4.地震地质
表3-3-4地震地质要素编码
5.环境地质
表3-3-5环境地质要素编码
6.地质资源
表3-3-6地质资源要素编码
7.其他要素
表3-3-7其他地质要素编码
续表
（四）数据组织
1.主要数据种类
系统数据主要包括基础地理数据（1∶1000地形图）、基础地质数据和工程勘察专题数据3类（图3-3-2）。
2.要素属性数据
系统主要要素的属性数据见表3-3-8～3-3-18。
表3-3-8地层界线属性表
图3-3-2系统管理建库的数据种类
表3-3-9岩层属性表
表3-3-10土层属性表
表3-3-11勘探点属性表
表3-3-12断层属性表
表3-3-13地震震中属性
表3-3-14滑坡体属性
表3-3-15危岩体属性
表3-3-16海水入侵带属性
表3-3-17地质遗迹属性
表3-3-18地面沉降区域属性
3.数据库结构
系统采用关系型数据进行组织，对于勘察项目与勘探点数据之间关系较为复杂，其各要素属性表与各辅助数据表之间结构如图3-3-3～3-3-5。
图3-3-3勘察工程项目相关数据表及关联关系
图3-3-4勘察工程场地（场区）相关数据表及关联关系
（五）系统功能
1.项目查询
系统提供根据关键字查询、组合信息查询数据库中的勘察项目的检索功能，或者根据地图位置点选、框选、不规则框选等功能实现对勘察项目的查询。
2.钻孔查询
系统提供点选、框选、给定坐标范围和绘制不规则区域等方式，选定数据库内的钻孔，供查询分析之用。
3.定位查询
该系统是一个标准的地理信息系统应用工程，可以实现地理信息系统所提供的各种定位查询功能。如根据坐标定位查询、根据地名定位查询、根据其他关键词定位查询、或者地图浏览定位等等。
4.区域数据提取
通过在地图上框选、或者绘制一个区域，实现选定该区域上的勘探点（钻孔），并将该部分勘探点以一个模拟“工程”的形式，将数据导出到勘察作业软件（“勘察e”软件格式），供进一步分析，如图3-3-6所示。
5.模拟钻孔生成
系统可以通过选择给定平面位置点上的周边钻孔，通过数据插值模拟手段，生成一个模拟钻孔，用于查询该点的推测地层和地层厚度。
6.报表和专题图输出
系统提供地质平面图、钻孔柱状图、钻孔剖面图、原位测试孔柱状图、地层简表、地层参数简表、土工试验和原位测试结果简表等报表和专题图输出功能。
图3-3-5勘探孔和各类试验的数据表之间的关系
图3-3-6WebGIS版本下将选定钻孔输出为模拟工程数据文件
7.管理维护功能
系统提供有数据备份、访问权限控制、数据入库（数据手工录入和整体导入）等功能。
8.Web发布
系统建设初期采用了传统C/S模式，后期逐步扩展到B/S模式，通过BentleyGeoWebPublisher平台，将地理地图数据与钻孔数据以Web方式进行发布，摆脱了客户端繁琐的维护安装任务，使得网内终端，打开浏览器就能够实现对系统各种资源的访问和查找。
具体实现功能如下：
①地图的缩放、平移；②地图的查询定位；③对数据库中的勘察工程和勘探点进行各类交互式查询；④选定勘探点输出为模拟工程数据用于分析。
在客户端开发工程中，结合了FlashActiveScript技术，解决了单纯采用BentleyGeoWebPublisher所提供的控件方式无法实现的大数据发布的快速响应与客户端地图操作的灵活性同时实现的问题，客户端界面更为友好和易于操作。
查询页面效果如图3-3-7所示。
图3-3-7绘制不规则区域选定钻孔
（六）系统应用情况
系统建成后，先后在多个工程项目的地质信息收集、勘察前期准备、成果编制和周边地质信息补充等方面得到了具体应用，取得了很好的效果。这些工程包括：①深圳市轨道交通四号线二期工程；②深圳市防震减灾信息管理系统工程；③深港西部通道深圳侧接线工程；④深圳市东部沿海高速公路工程；⑤深圳市龙岗区土地储备开发中心北通道市政工程；⑥深圳和记黄埔观澜地产有限公司观澜低密度住宅发展项目。
随着项目中积累的勘探点数据和其他基础地质数据种类和数量的增加，深圳市城市地质勘察信息系统提供的信息将更为详细和准确，其管理应用价值将逐步得到提升。由于系统数据的基础性和代表性，系统所体现的公共服务价值也将逐步得到体现。
2006年，该系统被评为全国优秀地理信息系统工程。
二、“勘察e”数字化勘察作业系统
（一）建设思路
目前国内商业性工程勘察软件基本上在AutoCAD下二次开发完成，对国外软件依赖严重，用户运行成本较大，不利于软件正版化，也不符合国家支持民族软件发展的政策。另一方面，在AutoCAD下开发，所编制的软件必须牺牲很多定制特性，图属交互处理很难实现，不能满足发展的需要。随着近二十年来的技术发展，对工程勘察软件提出了更多、更新的需求，除满足常规的计算机辅助制图功能外，具备综合数据管理和分析能力、GIS应用接口、标准化程度高、可定制、扩展性强的勘察软件将是今后5～10年的主要发展方向。
针对这一形势，完全可以开发出一套有别于传统思路，以城市工程勘察为主要服务对象，通过内建自主知识产权的图形平台，能够完成勘察数据采集和处理，成果输出和管理的专业软件，“勘察e”数字化勘察信息处理软件就是这一思路的具体实现。
深圳市勘察研究单位独立开发的“勘察e”数字化勘察信息处理软件，其特点就是不依赖任何CAD软件，完全自主开发，用户一次性完成正版化，软件开发始于2003年，采用C++Bulider与Visua1C++进行开发。软件于2004年被列为建设部“2004年重点信息化建设项目”，并于2004年通过建设部科技司组织的专家组鉴定，专家鉴定意见为“国内领先，国际先进”。
（二）“勘察e”CAD绘图平台
“勘察e”包含的自主开发二维CAD平台，是一个功能基本齐备的图形绘制环境（图3-3-8），能够满足工程勘察数据整理和图形输出的功能需求，也能为其他岩土工程应用提供基本的图形支撑环境。
1.绘制图形
“勘察e”CAD图形平台实现了类似于AutoCAD绘图操作的常用绘图功能。包括：绘制直线段、绘制多义线、绘制正多边形、绘制矩形、绘制圆弧、绘制圆、绘制椭圆、绘制样条曲线、绘制多行文本、生成块和填充。
2.编辑图形
“勘察e”CAD图形平台将实现AutoCAD常用编辑图形功能。包括：删除、拷贝、镜像、偏移、阵列、旋转、缩放、裁剪、延伸、分解和排列对齐。
3.浏览功能
“勘察e”CAD图形平台将实现AutoCAD常用的浏览功能，包括：图形窗口的放大、缩小和平移功能。提供多种放大缩小的浏览方式，包括窗口缩放、中心缩放等。
图3-3-8“勘察e”制图环境
4.辅助绘图功能
“勘察e”CAD图形平台提供捕捉、正交辅助绘图功能。捕捉点类型有：端点、中点、圆心、交点、切点、垂直点、象限点和最近点等。
5.交互式绘图
“勘察e”CAD图形平台提供命令行输入和画笔交互的方式绘图。键盘方式可以精确地输入世界坐标，弥补画笔绘图精度不足的缺点。可以ESC键取消当前的命令，也可以Enter键完成当前的命令；辅助绘图命令平移、实时缩放和滚轮缩放不中断当前的绘图、修改命令如：画直线、对象拷贝等；
6.图层管理
“勘察e”CAD图形平台提供图层管理功能。
1）建立多个图层：可以创建多个图层，每个层管理自己所拥有的实体。
2）锁定图层：将指定的图层锁定，无法编辑修改实体。
3）隐藏图层：将指定的图层隐藏，既看不到实体，也无法修改实体。
4）冻结图层：将指定的图层冻结。
5）删除图层：删除指定的图层，图层所拥有的实体也被删除。
6）实体改变图层：改变选择的实体的图层属性。
7.图形文件存取
“勘察e”CAD图形平台提供图形文件存取功能。
1）兼容AutoCAD的DXF文件格式：能够打开和保存DXF文件，暂不处理AutoCAD特有的线型、字体。
2）自定义文件格式“.CAD”：能够以文件流的形式保存为“.CAD”文件，也能够读取“.CAD”文件，并且能够兼容早期版本。
3）图源文件.wmf：能够保存为.wmf文件，但不能读取。
8.打印和打印预览功能
勘察CAD图形平台提供打印和打印预览功能。
1）能够显示当前局域网内共享、可用的打印机。
2）能够显示打印机的基本信息。
3）能够按照对象线宽和对象颜色预览和打印图形。
4）能够按照用户指定的打印样式打印和预览图形，如果同时指定了对象线宽和对象颜色，优先采用对象线宽和对象颜色。
5）能够编辑打印样式并保存为文件，以颜色值来表示打印样式，每个颜色值代表要打印的颜色、线宽和线型，最多能有256个颜色值。
6）能够指定是否按照打印样式预览和打印图形。
7）能够列出当前打印机支持的所有纸张类型。
8）能够指定打印方向：纵向、横向。
9）能够指定打印区域：图形界线、图形范围、当前显示的图形和窗选范围。
10）能够指定打印比例和打印份数。
11）能够指定按照偏移方式打印还是居中方式打印，偏移方式下可以输入相对于纸张左上角的X、Y方向上的偏移距离。
12）批量打印功能，能够批量打印输出。
（三）勘察作业功能
1.数据录入功能
提供各类勘察数据录入功能，及静力触探试验和部分土工试验软件数据直接导入系统的功能。录入界面如图3-3-9所示。
2.专题图生成功能
1）平面图布置图：可根据工程数据自动生成输出勘探点平面位置分布图，根据画笔的点击位置布置勘探点，拖拽勘探点，也可选择勘探点布置剖面线。
2）平面图：按照指定比例和原始录入参数，自动生成输出钻孔平面位置分布图。图面内容包括：钻孔、剖面线等，可叠加任意地形图及地物。
图3-3-9“勘察e”钻孔数据录入界面
3）柱状图：自动生成任意位置地质柱状图等。
4）剖面图：自动或人工划分土层，自动生成工程地质剖（断）面图，内容包括钻探数据，动、静探曲线等原位测试数据，设计标高，基础标高示意等；能够编辑处理多种特殊情况。
界面如图3-3-10所示。
5）等值线图、云图：按多种经典算法（三角网法、格网法等）自动生成地面等高线、各岩土层埋深等值线、各土层等厚线、基岩面等高线、地下水位等高线及其他等值线图等；以画线方式，自由绘制等值线图内外边界，过程直观简单。界面如图3-3-11，图3-3-12所示。
（四）模板定制
软件提供自定义模板功能，并根据模板自动生成图形。不同的单位或公司所绘制的地质勘察专题图的格式有所不同，但完全可以按照自己的要求定制模板；模板的尺寸符合国家图纸尺寸规范（图3-3-13）。
图3-3-10“勘察e”生成剖面图示意
图3-3-11“勘察e”生成云图选项对话框
图3-3-12“勘察e”等值云图生成效果
图3-3-13“勘察e”专题图模板定制示意
1.图形符号管理
系统提供自定义符号的功能。符号是有特定意义的图形块，用来生成专题图；除了系统自带的符号外，用户可以自由扩充自己的符号（图3-3-14）：
1）能够将本系统中的任何图形保存为符号，并可以将符号分类显示。
2）可以将任何符号以一定的比例直接拖拽到图形中。
3）可以编辑和删除符号。
2.勘察报告生成
提供自动生成工程勘察报告初稿，自动完成土工试验、水质分析、原位测试的统计与分析。
3.辅助工程设计
提供浅基础沉降计算、桩基承载力及沉降计算功能（图3-3-15）。
（五）三维可视化功能
系统采用OpenGL技术和三维格网插值算法，实现了对地层层面三维空间分布进行模拟显示的功能。并且能够通过鼠标控制地层层面模型进行缩放、旋转等观察，以及输出视图为图形文件等功能（图3-3-16）。
图3-3-14“勘察e”的符号管理功能
图3-3-15“勘察e”的辅助计算分析对话框
有关数据的导入导出，目前“勘察e”软件能够对勘察项目数据文件整体导入到深圳市城市勘察信息系统中，同时也能够接收和打开深圳市城市勘察信息系统导出的项目数据文件。
“勘察e”网络版和单机版勘察项目数据也能够以文件整体导入导出方式进行无损交换。
图3-3-16“勘察e”三维地层层面分布模拟
（六）系统应用
目前该软件已经广泛应用于深圳及国内多个地区和单位的勘察与内部作业的生产业务，经过了“深圳市轨道交通四号线二期工程”等大型勘察项目检验，取得了很好的应用价值。
该软件还不断根据应用中实际的需求，进行持续完善升级。
三、边坡工程三维可视化设计
1.概述
目前边坡支护工程设计普遍是采用二维图纸，按平面、立面加剖面的三视图设计表达的方式，由于边坡往往并不是一个空间上简单的“平面”，原始地形更是一个非常不规则的空间曲面。传统二维设计只能对上述问题进行粗略概念性的表达，无法准确地刻画支护前后的形态。不但工程量算不准确，造成预算与实际费用的偏差，也可能由于设计条件不准确，造成支护不足或过度，形成安全隐患或工程浪费。
另外，永久性边坡工程景观问题越来越得到重视，在确保安全的同时，建设工程要求边坡设计能环保美观，甚至起到景观装饰作用。用传统三视图方式，对于复杂边坡的坡面规划定位，不但费时费力，往往误差也非常严重。而且经常发现部分边坡坡面线条怪异，格构梁扭曲难看，很大程度上都是因为二维设计图表达不清、深度不够、定位不准、不能指导和约束施工的原因。
采用三维可视化边坡设计，是指采用三维空间建模技术，建立准确的边坡三维模型，在此基础上进行支护结构布置和计算分析的新一代设计方法。它可以消除传统二维设计用于复杂边坡的许多不足，深圳市勘察研究单位在这方面做了较多有效的尝试。
2.工作成果
在MicroStation平台下，开发完成了边坡三维可视化建模系统，具体实现功能如下：①通过地形图实现三维原始地形的建模；②通过钻孔信息，可以模拟三维地层空间发布规律；③模拟结构面空间产状和分布规律；④实现三维开挖模拟和土石方量算；⑤边坡支护结构的三维环境下的布设和工程量统计。
系统在空间建模基础上，还将逐步发展三维景观设计和展示、稳定性计算分析等功能。边坡可视化设计模拟效果如图3-3-17，18，19所示。
图3-3-17钢筋砼格构梁支护方案三维建模效果
图3-3-18锚杆钢筋砼格构梁系统三维模型（1）
图3-3-19锚杆钢筋砼格构梁系统三维模型（2）
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