壹、地質勘察信息管理系統建設
（壹）概述
深圳市城市地質勘察信息系統是由深圳市勘察研究單位自行投資和實施完成的壹個大型GIS信息管理項目。項目開始於2002年10月，2003年12月基本完成，2005年在原系統基礎上增加了Web發布功能。
系統采用深圳市1∶1000（特區外為1∶2000）地形圖為地理背景底圖，能實現對勘察項目、勘探點數據、原位測試和土工試驗數據、水文地質試驗數據、區域地層巖性空間分布數據、區域地質構造空間分布數據和其他特征性地質對象數據進行綜合管理。
該數據庫內的管理信息工作自1983年以來，包括所完成的各類勘察工程的全部信息，以及深圳特區1∶5萬地質圖所包含的地層巖性和地質構造空間分布數據。除此之外，還有部分羅湖區斷裂帶高層建築物沈降監測項目數據和部分地質災害和地質遺跡數據。
該系統被列為“2003年深圳市信息化重點工程”以及“2003年深圳市建設科研項目”。
系統建設的主要目的和意義為：
1）全面有序地管理、開發、利用城市地質勘察資源。
2）提供城市規劃、國土資源開發、城市建設和城市管理等決策分析的地質信息依據。
3）為深圳社會經濟建設的可持續發展提供基礎性地質地理信息。
4）規範統壹深圳市地質資源與工程地質勘察行業技術標準，實現網絡信息***享。
5）為城市防災減災、城市地質科學研究、巖土工程設計和工程地質勘察等領域的發展提供服務。
（二）系統建設方法與實施技術
城市地質勘察信息系統的建設，需要采用地理信息系統（GIS）技術、數據庫技術和網絡技術進行開發。
地理信息系統（GIS）技術，提供了將空間數據及其屬性數據進行關聯整合，能以地圖這壹圖形方式進行顯示，並且提供各種層次的地圖空間數據查詢和表現功能。目前，主流的地理信息系統（GIS）平臺軟件，國外平臺有Arc/Info、MicroStation GeoGraphics、MapInfo和AutoMap等，國內平臺有MapGIS、SuperMap等。從網絡運行環境來看，又分為客戶端/服務器端（C/S）和瀏覽器/服務器端（B/S）模式，後壹種方式又稱為是互聯網地理信息系統（WebGIS）。
深圳市城市地質勘察信息系統也分為兩個版本，前期版本為客戶端/服務器端（C/S）版本，采用國內SuperMap 2000軟件為平臺進行開發；後期版本為瀏覽器/服務器端（B/S）版本，主要采用MicroStation Geographics平臺下的GeoPublisher作為服務器地圖數據發布引擎，客戶端則采用自主開發的控件完成。
由於地理信息海量數據特點，地理信息數據存儲對數據庫管理系統的並發響應速度等要求較高，數據存儲主要有兩種方式：壹種是將空間地圖數據及其屬性數據，統壹存放到壹個數據庫中的圖屬壹體化存儲方式；另壹種則是將空間地圖數據和其屬性數據分別存儲的方式，即地圖數據以文件方式存儲（壹般以圖幅為分割單位），而屬性數據則存儲到數據庫管理系統中。前壹種方式是具有維護管理方便、技術先進、響應快的優點，是目前的發展方向，但技術實現費用較高、系統不穩定，因此，深圳市城市地質勘察信息系統仍采用空間地圖數據和其屬性數據分別存儲的方式，數據庫管理系統采用的是M S SQL Server2000。
圖3-3-1 系統基本對象
由於計算機網絡和Internet技術的普及，越來越多的計算機軟件已經擺脫了單機工作環境的局限，向聯網協同工作的方式轉化，深圳市城市地質勘察信息系統也是壹個聯網運行的軟件系統，設計上采用了Internet軟件技術來實現，目前主要面向於局域網內應用，但其技術上也已經完全滿足Intcrnet環境下的應用需求（圖3-3-1）。
（三）要素分類與編碼
根據建設部《城市地理信息系統建設規範》的經驗和成果，深圳市城市地質勘察信息系統內分為城市地理基本數據集和城市地質基本數據集要素兩類，其中城市地理基本數據集主要是指地形、地物、地下管線和測繪標誌等數據要素，城市地質基本數據則指城市地質工作與工程建設所涉及的地層巖性、地質構造等空間數據，以及地質測繪和勘探所獲得的各類成果數據，如勘探點（鉆孔）、原位測試數據等。
深圳市城市地質勘察信息系統城市地理基本數據集要素分類與編碼，基本上參照原有測繪產品要素分類規範，如《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖要素分類與代碼（G B 14804-93）》、《國土基礎信息數據分類與編碼》（G B/T 13923），而城市地質基本數據集由於項目建設時期國內尚沒有可供遵循的規範標準，因此根據實際工作需要，系統建設者對各類要素進行了統壹分類和編碼，其成果已被《城市地理信息系統建設規範（C JJ100-2004）所采納。
要素分類編碼過程中，註重了以下原則：
1）唯壹性：編碼應唯壹、無歧義。
2）擴展性：給定編碼規則和擴充區間，以滿足實際應用中編碼擴展、增加的需求。
編號全部采用數字編碼，***6位，第壹位數字為主題類，第二位數字為大類，第三、四位數字為中類，最後兩位數字為小類和擴充位。
下面對城市地質基本數據集作簡要說明（表3-3-1～3-3-7）。
1.地層巖石
表3-3-1 地層巖石要素編碼
2.地質構造
表3-3-2 地質構造要素編碼
3.水文地質
表3-3-3 水文地質要素編碼
4.地震地質
表3-3-4 地震地質要素編碼
5.環境地質
表3-3-5 環境地質要素編碼
6.地質資源
表3-3-6 地質資源要素編碼
7.其他要素
表3-3-7 其他地質要素編碼
續表
（四）數據組織
1.主要數據種類
系統數據主要包括基礎地理數據（1∶1000地形圖）、基礎地質數據和工程勘察專題數據3類（圖3-3-2）。
2.要素屬性數據
系統主要要素的屬性數據見表3-3-8～3-3-18。
表3-3-8 地層界線屬性表
圖3-3-2 系統管理建庫的數據種類
表3-3-9 巖層屬性表
表3-3-10 土層屬性表
表3-3-11 勘探點屬性表
表3-3-12 斷層屬性表
表3-3-13 地震震中屬性
表3-3-14 滑坡體屬性
表3-3-15 危巖體屬性
表3-3-16 海水入侵帶屬性
表3-3-17 地質遺跡屬性
表3-3-18 地面沈降區域屬性
3.數據庫結構
系統采用關系型數據進行組織，對於勘察項目與勘探點數據之間關系較為復雜，其各要素屬性表與各輔助數據表之間結構如圖3-3-3～3-3-5。
圖3-3-3 勘察工程項目相關數據表及關聯關系
圖3-3-4 勘察工程場地（場區）相關數據表及關聯關系
（五）系統功能
1.項目查詢
系統提供根據關鍵字查詢、組合信息查詢數據庫中的勘察項目的檢索功能，或者根據地圖位置點選、框選、不規則框選等功能實現對勘察項目的查詢。
2.鉆孔查詢
系統提供點選、框選、給定坐標範圍和繪制不規則區域等方式，選定數據庫內的鉆孔，供查詢分析之用。
3.定位查詢
該系統是壹個標準的地理信息系統應用工程，可以實現地理信息系統所提供的各種定位查詢功能。如根據坐標定位查詢、根據地名定位查詢、根據其他關鍵詞定位查詢、或者地圖瀏覽定位等等。
4.區域數據提取
通過在地圖上框選、或者繪制壹個區域，實現選定該區域上的勘探點（鉆孔），並將該部分勘探點以壹個模擬“工程”的形式，將數據導出到勘察作業軟件（“勘察e”軟件格式），供進壹步分析，如圖3-3-6所示。
5.模擬鉆孔生成
系統可以通過選擇給定平面位置點上的周邊鉆孔，通過數據插值模擬手段，生成壹個模擬鉆孔，用於查詢該點的推測地層和地層厚度。
6.報表和專題圖輸出
系統提供地質平面圖、鉆孔柱狀圖、鉆孔剖面圖、原位測試孔柱狀圖、地層簡表、地層參數簡表、土工試驗和原位測試結果簡表等報表和專題圖輸出功能。
圖3-3-5 勘探孔和各類試驗的數據表之間的關系
圖3-3-6 W ebGIS版本下將選定鉆孔輸出為模擬工程數據文件
7.管理維護功能
系統提供有數據備份、訪問權限控制、數據入庫（數據手工錄入和整體導入）等功能。
8.Web發布
系統建設初期采用了傳統C/S模式，後期逐步擴展到B/S模式，通過Bentley GeoWebPublisher平臺，將地理地圖數據與鉆孔數據以Web方式進行發布，擺脫了客戶端繁瑣的維護安裝任務，使得網內終端，打開瀏覽器就能夠實現對系統各種資源的訪問和查找。
具體實現功能如下：
①地圖的縮放、平移；②地圖的查詢定位；③對數據庫中的勘察工程和勘探點進行各類交互式查詢；④選定勘探點輸出為模擬工程數據用於分析。
在客戶端開發工程中，結合了Flash Active Script技術，解決了單純采用Bentley GeoWebPublisher所提供的控件方式無法實現的大數據發布的快速響應與客戶端地圖操作的靈活性同時實現的問題，客戶端界面更為友好和易於操作。
查詢頁面效果如圖3-3-7所示。
圖3-3-7 繪制不規則區域選定鉆孔
（六）系統應用情況
系統建成後，先後在多個工程項目的地質信息收集、勘察前期準備、成果編制和周邊地質信息補充等方面得到了具體應用，取得了很好的效果。這些工程包括：①深圳市軌道交通四號線二期工程；②深圳市防震減災信息管理系統工程；③深港西部通道深圳側接線工程；④深圳市東部沿海高速公路工程；⑤深圳市龍崗區土地儲備開發中心北通道市政工程；⑥深圳和記黃埔觀瀾地產有限公司觀瀾低密度住宅發展項目。
隨著項目中積累的勘探點數據和其他基礎地質數據種類和數量的增加，深圳市城市地質勘察信息系統提供的信息將更為詳細和準確，其管理應用價值將逐步得到提升。由於系統數據的基礎性和代表性，系統所體現的公***服務價值也將逐步得到體現。
2006年，該系統被評為全國優秀地理信息系統工程。
二、“勘察e”數字化勘察作業系統
（壹）建設思路
目前國內商業性工程勘察軟件基本上在AutoCAD下二次開發完成，對國外軟件依賴嚴重，用戶運行成本較大，不利於軟件正版化，也不符合國家支持民族軟件發展的政策。另壹方面，在AutoCAD下開發，所編制的軟件必須犧牲很多定制特性，圖屬交互處理很難實現，不能滿足發展的需要。隨著近二十年來的技術發展，對工程勘察軟件提出了更多、更新的需求，除滿足常規的計算機輔助制圖功能外，具備綜合數據管理和分析能力、GIS應用接口、標準化程度高、可定制、擴展性強的勘察軟件將是今後5～10年的主要發展方向。
針對這壹形勢，完全可以開發出壹套有別於傳統思路，以城市工程勘察為主要服務對象，通過內建自主知識產權的圖形平臺，能夠完成勘察數據采集和處理，成果輸出和管理的專業軟件，“勘察e”數字化勘察信息處理軟件就是這壹思路的具體實現。
深圳市勘察研究單位獨立開發的“勘察e”數字化勘察信息處理軟件，其特點就是不依賴任何CAD軟件，完全自主開發，用戶壹次性完成正版化，軟件開發始於2003年，采用C++Bulider與Visua1 C++進行開發。軟件於2004年被列為建設部“2004年重點信息化建設項目”，並於2004年通過建設部科技司組織的專家組鑒定，專家鑒定意見為“國內領先，國際先進”。
（二）“勘察e”CAD繪圖平臺
“勘察e”包含的自主開發二維CAD平臺，是壹個功能基本齊備的圖形繪制環境（圖3-3-8），能夠滿足工程勘察數據整理和圖形輸出的功能需求，也能為其他巖土工程應用提供基本的圖形支撐環境。
1.繪制圖形
“勘察e”CAD圖形平臺實現了類似於AutoCAD繪圖操作的常用繪圖功能。包括：繪制直線段、繪制多義線、繪制正多邊形、繪制矩形、繪制圓弧、繪制圓、繪制橢圓、繪制樣條曲線、繪制多行文本、生成塊和填充。
2.編輯圖形
“勘察e”CAD圖形平臺將實現AutoCAD常用編輯圖形功能。包括：刪除、拷貝、鏡像、偏移、陣列、旋轉、縮放、裁剪、延伸、分解和排列對齊。
3.瀏覽功能
“勘察e”CAD圖形平臺將實現AutoCAD常用的瀏覽功能，包括：圖形窗口的放大、縮小和平移功能。提供多種放大縮小的瀏覽方式，包括窗口縮放、中心縮放等。
圖3-3-8“勘察e”制圖環境
4.輔助繪圖功能
“勘察e”CAD圖形平臺提供捕捉、正交輔助繪圖功能。捕捉點類型有：端點、中點、圓心、交點、切點、垂直點、象限點和最近點等。
5.交互式繪圖
“勘察e”CAD圖形平臺提供命令行輸入和畫筆交互的方式繪圖。鍵盤方式可以精確地輸入世界坐標，彌補畫筆繪圖精度不足的缺點。可以ESC鍵取消當前的命令，也可以Enter鍵完成當前的命令；輔助繪圖命令平移、實時縮放和滾輪縮放不中斷當前的繪圖、修改命令如：畫直線、對象拷貝等；
6.圖層管理
“勘察e”CAD圖形平臺提供圖層管理功能。
1）建立多個圖層：可以創建多個圖層，每個層管理自己所擁有的實體。
2）鎖定圖層：將指定的圖層鎖定，無法編輯修改實體。
3）隱藏圖層：將指定的圖層隱藏，既看不到實體，也無法修改實體。
4）凍結圖層：將指定的圖層凍結。
5）刪除圖層：刪除指定的圖層，圖層所擁有的實體也被刪除。
6）實體改變圖層：改變選擇的實體的圖層屬性。
7.圖形文件存取
“勘察e”CAD圖形平臺提供圖形文件存取功能。
1）兼容AutoCAD的DXF文件格式：能夠打開和保存DXF文件，暫不處理AutoCAD特有的線型、字體。
2）自定義文件格式“.CAD”：能夠以文件流的形式保存為“.CAD”文件，也能夠讀取“.CAD”文件，並且能夠兼容早期版本。
3）圖源文件.wmf：能夠保存為.wmf文件，但不能讀取。
8.打印和打印預覽功能
勘察CAD圖形平臺提供打印和打印預覽功能。
1）能夠顯示當前局域網內***享、可用的打印機。
2）能夠顯示打印機的基本信息。
3）能夠按照對象線寬和對象顏色預覽和打印圖形。
4）能夠按照用戶指定的打印樣式打印和預覽圖形，如果同時指定了對象線寬和對象顏色，優先采用對象線寬和對象顏色。
5）能夠編輯打印樣式並保存為文件，以顏色值來表示打印樣式，每個顏色值代表要打印的顏色、線寬和線型，最多能有256個顏色值。
6）能夠指定是否按照打印樣式預覽和打印圖形。
7）能夠列出當前打印機支持的所有紙張類型。
8）能夠指定打印方向：縱向、橫向。
9）能夠指定打印區域：圖形界線、圖形範圍、當前顯示的圖形和窗選範圍。
10）能夠指定打印比例和打印份數。
11）能夠指定按照偏移方式打印還是居中方式打印，偏移方式下可以輸入相對於紙張左上角的X、Y方向上的偏移距離。
12）批量打印功能，能夠批量打印輸出。
（三）勘察作業功能
1.數據錄入功能
提供各類勘察數據錄入功能，及靜力觸探試驗和部分土工試驗軟件數據直接導入系統的功能。錄入界面如圖3-3-9所示。
2.專題圖生成功能
1）平面圖布置圖：可根據工程數據自動生成輸出勘探點平面位置分布圖，根據畫筆的點擊位置布置勘探點，拖拽勘探點，也可選擇勘探點布置剖面線。
2）平面圖：按照指定比例和原始錄入參數，自動生成輸出鉆孔平面位置分布圖。圖面內容包括：鉆孔、剖面線等，可疊加任意地形圖及地物。
圖3-3-9“勘察e”鉆孔數據錄入界面
3）柱狀圖：自動生成任意位置地質柱狀圖等。
4）剖面圖：自動或人工劃分土層，自動生成工程地質剖（斷）面圖，內容包括鉆探數據，動、靜探曲線等原位測試數據，設計標高，基礎標高示意等；能夠編輯處理多種特殊情況。
界面如圖3-3-10所示。
5）等值線圖、雲圖：按多種經典算法（三角網法、格網法等）自動生成地面等高線、各巖土層埋深等值線、各土層等厚線、基巖面等高線、地下水位等高線及其他等值線圖等；以畫線方式，自由繪制等值線圖內外邊界，過程直觀簡單。界面如圖3-3-11，圖3-3-12所示。
（四）模板定制
軟件提供自定義模板功能，並根據模板自動生成圖形。不同的單位或公司所繪制的地質勘察專題圖的格式有所不同，但完全可以按照自己的要求定制模板；模板的尺寸符合國家圖紙尺寸規範（圖3-3-13）。
圖3-3-10“勘察e”生成剖面圖示意
圖3-3-11“勘察e”生成雲圖選項對話框
圖3-3-12“勘察e”等值雲圖生成效果
圖3-3-13“勘察e”專題圖模板定制示意
1.圖形符號管理
系統提供自定義符號的功能。符號是有特定意義的圖形塊，用來生成專題圖；除了系統自帶的符號外，用戶可以自由擴充自己的符號（圖3-3-14）：
1）能夠將本系統中的任何圖形保存為符號，並可以將符號分類顯示。
2）可以將任何符號以壹定的比例直接拖拽到圖形中。
3）可以編輯和刪除符號。
2.勘察報告生成
提供自動生成工程勘察報告初稿，自動完成土工試驗、水質分析、原位測試的統計與分析。
3.輔助工程設計
提供淺基礎沈降計算、樁基承載力及沈降計算功能（圖3-3-15）。
（五）三維可視化功能
系統采用OpenGL技術和三維格網插值算法，實現了對地層層面三維空間分布進行模擬顯示的功能。並且能夠通過鼠標控制地層層面模型進行縮放、旋轉等觀察，以及輸出視圖為圖形文件等功能（圖3-3-16）。
圖3-3-14“勘察e”的符號管理功能
圖3-3-15“勘察e”的輔助計算分析對話框
有關數據的導入導出，目前“勘察e”軟件能夠對勘察項目數據文件整體導入到深圳市城市勘察信息系統中，同時也能夠接收和打開深圳市城市勘察信息系統導出的項目數據文件。
“勘察e”網絡版和單機版勘察項目數據也能夠以文件整體導入導出方式進行無損交換。
圖3-3-16“勘察e”三維地層層面分布模擬
（六）系統應用
目前該軟件已經廣泛應用於深圳及國內多個地區和單位的勘察與內部作業的生產業務，經過了“深圳市軌道交通四號線二期工程”等大型勘察項目檢驗，取得了很好的應用價值。
該軟件還不斷根據應用中實際的需求，進行持續完善升級。
三、邊坡工程三維可視化設計
1.概述
目前邊坡支護工程設計普遍是采用二維圖紙，按平面、立面加剖面的三視圖設計表達的方式，由於邊坡往往並不是壹個空間上簡單的“平面”，原始地形更是壹個非常不規則的空間曲面。傳統二維設計只能對上述問題進行粗略概念性的表達，無法準確地刻畫支護前後的形態。不但工程量算不準確，造成預算與實際費用的偏差，也可能由於設計條件不準確，造成支護不足或過度，形成安全隱患或工程浪費。
另外，永久性邊坡工程景觀問題越來越得到重視，在確保安全的同時，建設工程要求邊坡設計能環保美觀，甚至起到景觀裝飾作用。用傳統三視圖方式，對於復雜邊坡的坡面規劃定位，不但費時費力，往往誤差也非常嚴重。而且經常發現部分邊坡坡面線條怪異，格構梁扭曲難看，很大程度上都是因為二維設計圖表達不清、深度不夠、定位不準、不能指導和約束施工的原因。
采用三維可視化邊坡設計，是指采用三維空間建模技術，建立準確的邊坡三維模型，在此基礎上進行支護結構布置和計算分析的新壹代設計方法。它可以消除傳統二維設計用於復雜邊坡的許多不足，深圳市勘察研究單位在這方面做了較多有效的嘗試。
2.工作成果
在M icroStation平臺下，開發完成了邊坡三維可視化建模系統，具體實現功能如下：①通過地形圖實現三維原始地形的建模；②通過鉆孔信息，可以模擬三維地層空間發布規律；③模擬結構面空間產狀和分布規律；④實現三維開挖模擬和土石方量算；⑤邊坡支護結構的三維環境下的布設和工程量統計。
系統在空間建模基礎上，還將逐步發展三維景觀設計和展示、穩定性計算分析等功能。邊坡可視化設計模擬效果如圖3-3-17，18，19所示。
圖3-3-17 鋼筋砼格構梁支護方案三維建模效果
圖3-3-18 錨桿鋼筋砼格構梁系統三維模型（1）
圖3-3-19 錨桿鋼筋砼格構梁系統三維模型（2）