大数据时代的岩土工程勘察技术重点探究

大数据时代的岩土工程勘察技术重点探究

王俊琛

中南勘察设计院集团有限公司

摘要：大数据时代岩土工程勘察技术水平也不断提高，从当前工程勘察来看数字化、智能化的一些技术层出不穷，在很大程度上提高了工程勘察效率与勘察准确性。文章对岩土工程勘察数字化进行分析，探讨岩土工程勘察技术要点措施。

关键字：岩土工程；数字化；大数据；勘察技术

引言

地形地貌、地层界面、地下水位、岩土体参数等岩土勘察数据是工程设计和施工的基础数据。如果岩土勘察数据错误或不合理，可能导致工程建设方案错误，给工程的建设和运营带来巨大的安全隐患，甚至引发严重安全事故，导致巨大的人员伤亡和经济损失。传统的岩土工程资料分析是基于二维平面图纸，直观性较差，难以有效解释岩土体的空间分布规律。鉴于此，越来越多的岩土工程勘察项目开始使用可视化好、稳定性好、精度高、易于集成的数字技术。但是，数字技术起步较晚，相关理论不完善，未形成统一理论来指导岩土工程勘察。因此，进一步研究数字技术在岩土工程勘察中的应用具有重要的工程价值。

1岩土工程勘察数字化体系建设

在岩土工程勘察领域，通过与BIM技术、大数据、物联网、人工智能、云计算、5G等新一代信息技术的融合应用，革新岩土工程勘察组织过程与表达方式，已成为岩土工程勘察数字化发展的新方向。目前，国内岩土工程勘察的数字化发展主要通过开发各类信息化系统，将岩土勘察的外业与内业等过程分阶段进行数字化处理，实现部分业务生产数字化，帮助提高企业自身的生产效率。但是，大多数勘察设计企业仍停留在传统的管理模式上，未能充分利用信息化技术的优势。勘察行业的发展亟须与时代科技发展相适应，构建完整的岩土工程勘察数字化体系助力企业的全过程生产管理。构建岩土工程勘察数字化体系，需要将工程地质学、岩土力学、计算机工程、图形学、大数据、人工智能等多学科深度融合，从外业勘察工作阶段出发，结合岩土工程勘察工作流程和特点，创新岩土工程勘察手段与方法，提高岩土工程勘察工作质量和效率。岩土工程勘察数据中台以岩土工程勘察积累的各类多源异构数据为主体数据，既有结构化数据又有非结构化数据，通过数据中台从数据采集、处理、检查、存储、应用与交付等方面对数据资源进行统一管理，支撑整个数字化体系基础数据建设。数字化生产管理平台主要支撑岩土专业的生产、进度、质量、成果和合同等一体化生产管理，平台向下对接数据中台，向上为各个核心系统的底层功能平台，提供统一门户、二三维可视化、数据挖掘和数据接口等功能，提供统一的数据共享服务，为各个核心系统数据交互、工程标准化管理提供支撑。

2大数据时代的岩土工程勘察技术重点

2.1GIS勘察技术

GIS技术是一种将空间数据与属性数据相结合的技术，它可以对各类数据进行集成、管理和分析。在岩土工程勘察中，GIS技术能够提供以下几方面的应用。勘察区域的数据收集与管理。通过GPS定位技术和无人机影像获取技术，可以实现对勘察范围内土地利用、地形地貌、植被覆盖等现场信息的快速采集。通过将这些数据导入GIS系统，可以高效管理、存储和检索数据，实现数据的统一化和协同化管理。勘察区域的地质地球化学数据分析。地质地球化学数据是岩土工程勘察中重要的依据，通过将不同来源的地质地球化学数据输入GIS系统，可以利用GIS强大的空间分析功能，对这些数据进行整合、叠加和分析，得出有效的结果。例如，可以通过GIS技术生成地质剖面图、地质构造图等，帮助工程师更好地理解勘察区域的地质特征。勘察风险评估与决策支持。在勘察过程中，GIS可以结合其他辅助数据，如气象数据、水文数据等，进行灾害风险评估和预测。基于这些数据，可以利用GIS技术进行空间分析，为工程决策提供科学依据。例如，在选择工程建设区域时，可以使用GIS技术评估地震、滑坡等地质灾害的潜在风险，帮助选址和规划。勘察结果的可视化与展示。利用GIS技术，可以将勘察结果以地图、图表等形式进行可视化展示，使工程师和相关决策者更直观地了解勘察区域的情况。这有助于信息的传递和共享，提高沟通效率，同时也方便其他相关人员对勘察结果的理解和利用。

2.2遥感技术

遥感技术可以分为有源遥感和无源遥感两类。有源遥感是指传感器向目标发射能量并接收目标的反射或散射能量，如合成孔径雷达遥感；无源遥感则是指传感器接收目标自然反射或发射的能量，如光学遥感和红外遥感等。遥感技术在城市地下岩土工程中的应用已经日益广泛，其中包括地质灾害监测、地表变形监测、地下水资源调查等方面。例如，某城市计划在沿海滩涂地区进行新城区开发。为了解该地区的地质条件和地下水分布状况，勘察施工方采用光学遥感、合成孔径雷达遥感以及微波辐射计遥感等多种遥感技术进行综合勘查。通过对遥感数据进行深入分析，勘察施工方揭示该地区的滩涂沉积特征、地表变形规律以及地下水埋深和水文地质条件。基于这些信息，勘察施工方为新城区的基础设施建设提供重要依据，包括地基处理方案、防洪抗灾措施以及地下水资源的合理开发和利用策略。

2.3空间插值拟合

空间插值技术是三维地质建模的关键，可将点数据转化为面数据。岩土工程地质建模常用的空间插值方法包括薄板样条插值、克里金插值、离散光插值法（DSI）等。薄板样条插值法是利用总曲率最小的数学表达式来估计未知点的数据，并形成穿过已知点的光滑曲面，计算工作量大，不适用于数据量庞大的岩土工程项目；克里金插值法是对有限区域内的空间数据进行加权平均，得到任意点的数据。该方法计算速度慢，适用于变量存在相关性的地质建模；离散光插值法是基于离散原理来模拟岩土体的几何、物理特性，计算速度快，且可以对不连续曲面进行插值。

2.4地质大数据

地质大数据是岩土工程数字化前沿研究方向之一。在工程勘察领域，经过多年来全国各地各类工程建设的不断推进，我国已经积累了大量图纸、照片、音频、视频、文本等多源异构的地质数据。这些数据产生于基础地质、水文地质、工程地质、测绘、物探、试验以及地质调查等方面,数据量巨大，具有典型的大数据特征，可称之为地质大数据。与其他类型数据相对比，地质大数据具备时空性、混合性、多源异构以及相关性等特性]。地质大数据管理系统着眼于地质大数据，提供数据资料收集、标准化处理、数据存储、数据管理、数据共享与数据挖掘等服务。系统可通过Hadoop、Spark等主流大数据技术框架搭建，应用NoSQL技术建设多源异构地质时空数据库或数据中心，对各类海量、多尺度及多维度的地质数据标准化后统一整合与存储，解决地质大数据时空统一、多源异构数据存储与分析的问题。系统可集成数据挖掘框架与人工智能算法进行地质大数据挖掘，找出地质对象之间的关联关系与规律，形成各类地质数据分析专题，满足地质规律研究、工程地质评价与地质灾害预防等业务应用。系统可集成数据可视化功能，对测绘GIS数据、三维地质模型、各类文件资料及地质分析专题进行可视化展示，便于各类人员全面掌握地质情况，为工程全生命周期各阶段提供地质数据参考。

结语

综上所述，在岩土工程勘察数字化的背景下，勘察技术不断创新，这为现代化岩土工程建设提供了有力支持，通过建立岩土工程勘察数据库等工作，切实提高工程勘察效率，保证勘察准确性，满足现代城市建设的高速发展需求，由此还要加强这方面工作。

参考文献

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[2]龚亚龙.分析数字化技术在提高岩土勘察效率方面的应用[J].四川水泥，2021(4):196-198.

[3]范来生.数字化技术在提高岩土勘察效率方面的应用分析[J].冶金与材料,2020,40(6):69-70.