通用岩土工程勘察数据库系统设计

 

      随着我国市场经济的全面放开，我国的经济呈现出迅猛发展之势，随之而来的是大量的工程建设作业。大量的基建项目对工程勘探技术提出了新的高度和要求，同时，这些工程作业也带来了大量的岩土勘探数据资料。不过，这些资料在传统的存储方式中主要是靠相关技术人员通过表格、图像、文字等书面方式记录并归档于相关工程或当地机构。可是这样的传统方式十分不利于相关数据的存储和利用，且不说大量的书面记录带来的人力物力的浪费和低下的效率，这样存储在特定固定地点的方式也十分不利于岩土资料的交流利用。岩土的勘探数据反映了岩土参数的分布和相关特性，具有相当强烈的地域特征，是了解当地底层的重要指标。故而我们需要一套更加方便快捷的数据管理系统。充分利用计算机技术实现对勘探数据的信息化存储和管理。地理信息系统（GIS）为这样一套数据系统的实现提供了可行性帮助。GIS系统基于计算机对空间信息的分析和处理是对勘探数据管理的的一种有效方式。

 

      1.1空间技术基本理论

      空间数据是用来表达实物的位置、大小、形状及分布特征的相关信息的数据。空间数据是为了能将现实中的实体用一些基本的空间数据结构来描述，比如点、线、面等基本结构，其最小的数据单元是现实中的实体。并且空间信息有着以下这几点与众不同的自身特征。空间特征，反映自身独特性最主要的特征，是用来反映现象控件位置与控件位置之间的关系的数据；非结构化特征，空间数据是非结构化的，非定长的数据，区别于一般数据库结构化且定长的特征，使得空间数据难以使用其他通用数据库来进行系统管理；时间特征，用以对空间数据进行描述的空间特征数据和属性特征数据会随着时间的变化而变化；分类编码特征，将空间数据的图像和属性等特征经过一种数据装化，使其可以被计算机识别使用并储存；海量数据特征，对于空间数据来说，他的存储量远不是一般数据库可以相比的巨大，几十甚至上百GB的数据量在空间数据的存储比比皆是。空间数据库是为了描述、存储和处理地理信息系统而相应开发出来的新型数据库系统。主要有:混合型空间数据库，大多数的地理信息开发平台所采用的数据库，数据库将空间数据存储在系统文件中而将其他数据放入关系数据库；集成型空间数据库，所有的数据都被放入同一个数据库中，这种数据库被分为全关系型、面向对象型和对象———关系型三种数据库。

 

      1.2空间数据模型

      空间数据模型是用来刻画现实世界中的现实实体之间相互关系的一种规则，为其数据库的组织和设计提供了基本的思路和方法。这使得其在设计和发展GIS空间数据系统的过程中起到了非常重要的作用。其中与GIS设计有关并且应用较多的有以下几种模型：栅格模型，用二维铺盖或划分覆盖整个空间将连续的空间离散化；矢量模型，它将现象看作是原型实体的集合组成空间实体从而强调离散现象的存在性；数字高程模型，主要用来描述数字高程表面，对面状空间对象的表面采用规则或不规则多边拟合的方式；面向对象的数据模型，对现实事物的静态特征进行模型化并通过面向对象模型提供与对象类型的关联操作，以对其动态特征进行记录；混合数据模型，致力于将以上4个模型的优点应用于一个统一的模型上。

 

      2.1系统的目标与设计原则

      系统的主要目标就是根据岩土工程的勘察数据的管理和使用的现状设计出一款基于GIS的通用数据库系统。对勘察的结果数据组建数据库并进行管理，从而使这些资源可以得到妥当的保管并能进行资源共享，将这些数据信息的价值最大化。数据库系统的建立将对对国家的各项设施的工程建设及地质学研究提供很大的帮助。系统设计时要遵循的原则：1）可操作性和实用性；2）科学性和先进性；3）安全稳定性；4）可扩展性；5）通用性。

 

      2.2系统体系结构及功能模块设计

      系统以ArcGIS9.3为地理平台支撑平台以客户机/服务器模式进行开发。通过空间数据库引擎ArcSDE，将工程数据通过服务器端存入SQLServer关系数据库中，按照Geodatabase模型建立勘察数据库，并通过ArcSDE实现对数据库的调用。从系统设计的目标出发，基于GIS的岩土工程勘察数据系统所需要的功能模块有：数据库连接配置模块、数据输入与管理模块、数据浏览查询模块、数据输出模块、统计分析与制图模块和系统维护模块。数据库连接配置模块连接数据库是通过在窗口中输入连续参数来实现的。其中这种连接对涉及两层：客户端通过ArcGISEngine连接服务端的ArcSDE服务，并通过它和SQLServer数据进行交流来完成对空间数据的操作，最后结果由ArcSDE传递回客户端。数据输入与管理模块主要是对相关区域的各种基础地理地质和专题数据进行加载，并提供有关地图的相应基本功能。对数据库中各个实体的数据录入可视化界面，可以基于数据设计的关系规则对数据记录进行增加、修改、删除等操作。统计分析与制图模块是相当重要的一个部分，在进行宏观层次上面的分析时要对相应的对象或者相对应的范围数据的相关参数进行统计分析，这些都要通过系统来实现。而且系统还要依据用户不同的工程目的提供相应窗口界面选择统计条件得到表格形式的属性数据统计结果。数据查询浏览模块结合统计分析功能，实现图形属性双向的浏览和查询，对通过属性查询的图形实现可以按照特定的模式或范围来显示。数据输出模块主要是按照客户的相应需求将查询或统计结果的报表输出到表格或者文档。系统维护模块主要是要实现系统用户管理和数据库的备份和恢复功能。可以对登录用户进行添加和删除，并将用户数据存储在“用户信息表”中。其中备份和恢复功能是通过SQLServer提供的数据库的备份功能完成的，需要进行数据恢复时，选择正确的备份文件进行恢复操作。

 

      3.1数据要素分类编码方案

      地层数据是岩土勘探工程中最为重要的数据，各个实际工程中都需要对数据库中的地层数据进行提取。但由于不同的勘察场所的构造差距很大且不同地貌有不同的地层结构再加之人为因素造成层序划分难以统一。这就要求必须利用沉积学和成因地层学规律详细研究建立一套地层分类编码。同时其他地质数据也要建立统一的分类编码。本系统采用《城市基础地理信息系统技术规范》规定的相关条文和编码方案进行分类和编码。对土层的编码本系统在上述方案的基础上进行了扩充，加入了土层成因和形成时代的描述。

 

      3.2数据库系统的逻辑模型

      系统采用空间数据模型来对勘察成果进行有效管理。其中扩展存储模型Geodatabase是新一代模型中的杰出代表，它可以与各种商用数据库兼容，将面向对象数据库和关系数据库体统的优点结合了起来。本研究旨在用Geodatabase模型建立基于GIS的通用岩土工程勘察数据库系统，根据其模型原理及勘察工程的数据内容建立体统的逻辑模型。

 

      3.3系统实现及关键技术

      1）开发环境系统数据库采用MicrosoftSQLServer进行开发，并且数据存储接口使用SQLSever管理平台，它与Windows系统有很好的兼容性，并且易操作，稳定性好，执行效率好，拥有空间数据结构和标准数据接口。系统采用的开发语言主要是由C/C++演变而成的MicrosoftVisualC语言。

 

      2）数据库的建立岩土工程勘察数据库的设计要为将来信息的高效查询和有效利用服务，要满足系统数据在空间、属性和时间上的特征要求，所以本系统应用有着合理、有效数据管理的MicrosoftSQLServer进行数据开发。数据库的建立首先要结合数据库特性对用户需求进行分析，从而对数据库进行初步设计，接下来设置数据库文件存储格式和线和方式，最后完成对数据库的维护和提升

 

      3）系统开发工具的关键技术在本系统的开发过程中，虽然Pascal和C/C++语言也能够完成工程类系统的开发，但是由于该类系统较少会涉及较低级的直接访问硬件和操作系统的功能，且工程类系统的开发往往要求更加开发时间尽可能的减少，所以在本系统的设计中，采用VisualC语言进行开发工作。所以关键的问题就是如何建立VisualC和数据库与Office软件的接口问题。解决这个问题最有效的方式就是制定标准，可以用ADO.NE标准实现，在用其实现数据库访问前，我们使用SQL语言进行数据库操作与数据库建立连接，之后通过对数据集进行定义实现数据传输，接着就可以用界面的空间对数据执行相应的操作。

 

      文中主要研究了基于GIS的通用岩土工程勘察数据库系统的设计工作，首先研究了空间数据的特征以及空间数据库的分类，接下来就空间数据的特点对系统进行了总体架构，主要设计了系统的体系结构和功能模块。接下来就数据分类进行了编码，建立了数据库。最后对开发环境进行了分析并系统进行了实现同时解决了系统开发工具的关键技术。

 

      [1]褚龙现.SQLite数据库加密的分析与设计[J].电子设计工程，2014（16）：191-193.

      [2]白世伟，王笑海，陈健，等.岩土工程的信息化与可视化[J].岩土工程界，2001，4（8）：16-17.

      [3]梁树杰，黄旭彬.Oracle数据库维护中自动跟踪技术的应用分析[J].电子科技，2014（10）：61-63.

      [4]窦世卿，赵占轻，张晓宇.基于Geodatabase和ArcSDE的城市地质空间数据库设计[J].科技导报，2009，27（1）：86-89.

      [5]谢昆青，马修军，杨冬青.空间数据库[M].北京：机械工业出版社，2004.

      [6]张新长，马林兵，张青年，地理信息系统数据库[M].北京:科学出版社，2005.

      [7]中华人民共和国建设部，GB50021-2001.岩土工程勘察规范[S].2012.

      [8]中华人民共和国建设部.CJJ100-2004.城市基础地理信息系统技术规范[S].2013