公路工程地质数据采集系统研究应用

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［摘要］公路工程地质勘察最终成果主要由工程地质调绘及钻孔编录数据整理而得。目前传统的工程地质调绘及钻孔数据采集主要还是局限于碎片化的工作流程，采集过程复杂、耗时、费力，成果零散。某研究成果公路工程地质数据采集系统主要由服务器端、Web客户端和移动客户端组成，通过协同作用，实现公路工程地质勘察野外调绘、钻孔编录数字化、信息化、高效、快捷的目的。移动客户端主要功能包括地图功能、坐标参数、钻孔编录、地质调绘、其他专业工具。Web客户端具有项目及人员管理、项目资料管理、考勤管理、决策管理等几个功能模块。该研究通过测试，效果良好，极大地提高了效率，节约了成本，值得推广。

［关键词］公路；勘察；地质调绘；钻孔编录；数据采集

公路工程属于线性工程，一般沿线地层岩性众多，构造发育。工程地质勘察最终成果主要需通过外业工程地质调绘及钻孔编录数据整理而得。目前传统的工程地质调绘及钻孔数据采集主要还是局限于碎片化的工作流程，各个工作环节基础资料采集单独进行，单独整理成果，同一条公路的技术标准甚至不统一，最后的成果分别归档。可见，传统的勘察资料采集过程复杂、耗时、费力，成果零散，不利于基础资料的综合利用，项目归档时容易遗漏，不利于后续勘察、设计、施工及营运阶段的资料查询应用。随着计算机应用技术的不断发展，目前市场上也出现了各种版本的勘察数据信息化采集系统。这些信息化采集系统总体分为2大类，第一类以场地钻孔地质编录功能为主，无调绘功能，第二类是基于GIS平台的填图软件，主要用于区域地质填图，即区域地质调绘，无编录功能。这些勘察数据采集系统功能较为单一，且未融入外业采集的管理功能。因此，研制一套基于互联网+的信息化公路工程勘察数据采集系统，可实现公路工程地质野外调绘、钻孔编录于一体，信息化、高效、快捷，为内业资料整理及最终报告编制提供系统而全面的基础数据具有广泛的现实意义和工程应用前景。

1公路工程地质数据采集系统设计

1.1系统的目的

为实现公路工程地质野外调绘、钻孔编录于一体，信息化、高效、快捷的目的，该数据采集系统必须达到以下目的。（1）实现野外工程地质调绘及编录设备一体化、无纸化的问题。要实现无纸化，需要将各类区域地质图、工程类图件、百度地图等导入系统，而且为了现场作业的便利，需要将工程类图件叠加于其他图件上。（2）实现野外工程地质调绘及编录快速化、信息化、标准化问题。为达到此目的，需要实现标准地层引用、常用字段下拉、深度自动计算、电子岩芯照片自动生成等功能，还要开发众多地质野外使用的小工具。为实现信息化需要实现数据的实时传输。（3）实现野外实时高精度定位问题。即要先实现坐标系统的设置、坐标参数的计算，还要实现采集设备的高精度定位。为实现设备高精度定位可采用高精度平板或低精度设备+具高精度模块的模方。（4）实现项目管理、数据统计、成果资料统一管理问题。即要搭设云平台，用于数据的存放、计算及管理。

1.2系统的架构

为达到系统的目的，本采集系统主要由服务器端（服务器程序、数据库）、Web客户端和移动客户端（Android）组成，如图1所示。三者通过协同作用，实现公路工程地质野外调绘、钻孔编录数字化、信息化、高效、快捷的目的。服务器端（服务器程序、数据库）主要用于数据的存放、计算及管理。服务器程序基于Net4.0采用VisualC#/C++开发，空间数据引擎采用SpatialDatabaseEngine。Web客户端用于设置项目基本信息，导入区域地质、地形图等基础性图件，导入项目钻孔任务、技术要求、会议纪要等项目资料，编制标准地层模板，并对项目人员、设备、进度、成本等进行管理，对采集数据管理及编辑等。Web客户端采用HTML5+JS开发，地图引擎采用OpenLayer。移动客户端可以下载项目相关资料，如图件、钻孔任务、文件、标准地层模板等，外业进行调绘及编录信息采集、导航、定位等，并进行资料的实时上传。移动客户端采用Java与C++进行开发，地图引擎采用MobGIS平台。本次系统中采用自主研发的空间数据模型，可对空间数据进行高效管理，打通了移动端、Web端、服务端，实现空间数据的快速浏览与查询。系统运行流畅、功能丰富、扩展性强。架构模式采用了“分层模式”，系统共分4个层次，分别为数据展现层、数据接入层、数据处理层、数据存储层，如图2所示。图2架构模式示意数据展现层主要对用户的请求接受，以及数据的返回，为客户端提供应用程序的访问。数据接入层主要负责对用户请求协议处理，同时对用户进行访问控制和授权，用于管理用户对功能及数据实体的访问控制和授权。数据处理层主要负责RESTfulAPIS语义的实现，将数据展示层与数据存储层之间完成解耦。数据存储层主要处理与数据库之间的交互，不应对数据做任何业务上的加工。捕获数据库交互式出现的异常，抛出或记录下来。其作用就是数据访问，并将访问的数据传递给数据处理层。

2公路工程地质数据采集系统的功能

2.1移动客户端功能

移动客户端主要用于野外数据采集，主要功能包括地图功能、坐标参数、钻孔编录、地质调绘、其他专业工具。地图功能可以加载矢量与栅格的地图数据，同时支持自定义地图数据，如可以加载各类区域地质图、工程类图、高德地图、谷歌地图、天地图等，而且可实现工程类图与其他地图的叠加，实现现场作业无纸化。坐标参数支持常见的椭球参数、投影参数及多种坐标转换等参数设置功能。坐标转换包括常用的坐标转换方法，具体包括平移转化、三参数、四参数、七参数转化。坐标参数可满足不同项目外业勘察定位、坐标采集要求。配合具有高精度的GPS-RTK模块的终端或低精度设备+具高精度模块的模方，可以实现高精度测量，减少测绘仪器携带、低效等问题，极大提高勘察外业轻便化、高效化。钻孔编录主要实现对钻孔信息的采集，具体的编录内容包括基本信息、地层信息、取样信息、原位测试、照片等采集工作。通过预设标准地层、常用字段下拉、自动生成电子岩芯照片、自动计算深度等功能实现快速化钻孔编录。编录形成数据库、照片可通过网络实时上传至云端，Web客户端可实时下载查看或编辑。地质调绘功能中具有基于定位后的点、线、面的绘制、属性信息及多媒体数据采集，采集数据时可自动调用电子罗盘或测距仪，实现产状、距离的自动量测及填写。调绘形成dxf、excel文件、照片等可通过网络实时上传至云端，Web客户端可实时下载查看或编辑。除上述主要业务功能外，针对公路工程行业特性，移动终端还具有其他专业功能，如电子罗盘、极射赤平投影、实体比例正射投影、实测剖面、手绘板、激光测距以及导航等功能。

2.2Web客户端功能

Web客户端具有项目及人员管理、项目资料管理、考勤管理、决策管理等几个功能模块。主要给管理层及项目负责人使用，用于人员及设备的管理，用来制订项目计划、为项目制订钻孔地层编录模版、对外业采集资料（调绘点及钻孔编录信息）进行管理及编辑、对工作量进行统计并提供决策管理等功能。

3工程应用

为测试“公路工程地质数据采集系统”的工程应用效果，本研究依托4个公路勘察项目开展了测试。测试项目具体为广佛肇高速公路施工补勘、大麻至高陂旅游产业路初勘、大埔县大麻镇莲塘韩江大桥详勘、省道S227线大埔县枫朗至高陂改建工程。通过依托以上4个项目，对采集系统移动客户端的地质调绘、钻孔编录、地图定位及其他专业功能进行了详细测试，并对Web客户端的项目进程、资料及人员考勤等管理功能进行了使用，测试结果见表1。结果显示，采集系统的各项功能已基本完善，能高效地应用在公路工程勘察工作中，可以解决传统工程地质调绘、编录纸质携带不方便、工具众多、内业整理工作重复且易遗漏、修改不便、不利于数据信息管理及应用等问题，从而使野外工程地质调绘、钻孔编录数字化、信息化、集成化作业成为可能，且极大地提高了效率，节约了成本。

4结束语

公路工程地质数据采集系统主要由服务器端、Web客户端和移动客户端组成，通过协同作用，实现公路工程地质勘察野外调绘、钻孔编录数字化、信息化、高效、快捷的目的。移动客户端主要功能包括地图功能、坐标参数、钻孔编录、地质调绘、其他专业工具。Web客户端具有项目及人员管理、项目资料管理、考勤管理、决策管理等几个功能模块。本研究通过测试，效果良好，极大地提高了效率，节约了成本，值得推广。虽然本研究取得了较好的成效，但还有值得进一步研究的方向，如系统上实现对项目数据的进一步应用，包括勘察报告编制及与设计有效对接；另外实现所有项目资料的统一化管理、场景化管理，实现透明地球。

参考文献

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作者：张金平 单位：广东省交通规划设计研究院股份有限公司