Cтатьи и комментарии

Инженерные изыскания, июнь 2008

Современные технологии для обработки данных инженерно-геологических изысканий

А.Г. Демиденко (ЗАО КБ "Панорама")
В 1989 г. окончил факультет прикладной математики Харьковского ВВКИУРВ им. Н.И. Крылова. В настоящее время — заместитель генерального директора ЗАО КБ "Панорама" по научной работе. Кандидат технических наук.

В большинстве случаев, когда инженерные изыскания проводятся на территориях, где уже ведется хозяйственная деятельность, работа изыскателей начинается с изучения фондовых материалов, полученных ранее. Однако, даже если уже имеющиеся данные о геологических условиях участка исследований достаточно подробны, их все равно необходимо подтверждать дополнительными полевыми исследованиями. Следует отметить, что интенсивное освоение урбанизированных территорий со сложными инженерно-геологическими условиями требует систематического мониторинга геологической среды, для эффективного ведения которого, наряду с изыскательскими работами, необходимо наличие программного инструментария, обеспечивающего решение целого ряда задач.

Это (1) оперативная обработка результатов инженерно-геологических изысканий и формирование отчетных документов в соответствии с ГОСТом; (2) накопление большого объема фактического материала в хранилище данных, обеспечивающего быстрый поиск необходимой информации с учетом географической привязки и картографической визуализации информации; (3) доступ к информации с учетом уровня допуска пользователя, распределенного хранения данных и использования современных телекоммуникационных средств; (4) публикация результатов обработки инженерно-геологических изысканий и мониторинга геологической среды, в том числе с использованием технологии Internet.

Решение данных задач обеспечивает привлечение к системному анализу геологических данных более широкого круга специалистов, что позволяет формировать тематику по районированию местности, в том числе опасных геологических процессов (оползни, карст, подтопление). Комплексный анализ геологической среды позволяет строить пространственные модели по нескольким категориям сложности инженерного освоения городских территорий, что, в свою очередь, способствует принятию грамотных управленческих решений в области градостроения.

Исходя из выше сказанного, очевидной является необходимость создания единой информационной среды для работы большого количества пользователей. Однако разработать программное обеспечение, удовлетворяющее требованиям всех пользователей невозможно, поэтому развитие рынка информационных и геоинформационных услуг идет по пути создания отдельных программ, решающих конкретные функциональные задачи и связанных между собой едиными форматами данных и методами информационного обмена. Конфигурирование отдельных программ и создание единого информационного пространства может быть выполнено специалистами-изыскателями, однако более эффективным является привлечение к этой работе специалистов компании разработчика.

КБ «Панорама» предлагает набор программных продуктов, обеспечивающих создание комплексной системы обработки данных инженерно-геологических изысканий (рис.1). Инструментальная ГИС Карта 2008 содержит набор функций и режимов, применение которых целесообразно при обработке данных инженерно-геологических изысканий, и обеспечивает решение нескольких задач (см. Основные задачи, решаемые с использованием ГИС Карта 2008).

Необходимо отметить, что картографические данные, к которым относятся, в том числе и карты инженерно-геологических условий (рис.2), рабочие карты обработки результатов изысканий геологического строения (точки опробования, линии разрезов, пикетаж рельефа и пр.), чертежи колонок и разрезов, хранятся в формате картографической базы данных. Инструментальные средства ГИС Карта 2008 обеспечивают установку связей между объектами карты и записями в атрибутивной базе данных, а средства настройки экранных форм позволяют просматривать информацию из БД в виде формализованного бланка (рис.5).При этом доступ к информации осуществляется путем выбора объекта на карте.

По данным о геологическом строении, изображение строится на основании цифрового классификатора карты и может быть отредактировано стандартными средствами программы. Полученный чертеж можно привязать к объекту карты для дальнейшего оперативного просмотра и публикации данных. Аналогичные возможности предусмотрены для привязки к объекту карты различных текстовых и графических документов. При расчете объемов земляных работ применяются матричные данные.

Для расчетов необходимы две поверхности рельефа: исходная (например, топографическая) и текущая (например, проектная). В системе реализована оригинальная методика, обеспечивающая расчет объемов как сумму объемов призм, полученных в результате по элементного вычитания значений одной матрицы из другой. Формирование поверхностей рельефа выполняется на основании карты, полученной или в результате векторизации растрового изображения, или построенной по данным геодезических изысканий.Рис.6 Создание и применение матрицы слоев Если выполнять создание карт и матрицы с привязкой к дате измерений, можно обеспечить технологию мониторинга строительных или карьерных работ. Другой вариант применения матричных моделей — это построение матрицы слоев геологических напластований.

Для этого применяются следующие методы интерполяции:

  • - триангуляция Делоне с наложением структурных линий;
  • -nлинейная интерполяция кровли внутри треугольников и корректировка значений за счет кровли вышележащего слоя или рельефа.

Встроенные в систему средства визуализации данных обеспечивают наглядное представление геологического строения в виде разрезов и объемных моделей (рис.6).

Любое изображение, полученное в системе, может быть сохранено в виде растра, вставлено в отчет или выведено на печать. В соответствии со схемой построения единой информационной среды (рис.1) ГИС Карта 2008 обеспечивает создание и редактирование картографических данных, помещаемых в хранилище. Кроме того, инструментальные средства ГИС применяются для анализа и комплексного исследования геологической среды. Возникает задача разграничения доступа при коллективной обработке данных и активном информационном обмене. ГИС Карта 2008 обеспечивает многопользовательский доступ к картам для просмотра и редактирования. При этом она может открывать карты не только в режиме файл-сервер, но и в режиме клиент-сервер:

  • нанесение на карту точек инженерно-геологических изысканий, ввод и редактирование атрибутов в точках наблюдений и исследований;
  • ведение библиотеки условных обозначений в соответствии с ГОСТом 21.302-96 (рис.3);
  • создание и редактирование карт инженерно-геологических условий (рис.2);
  • автоматическое построение чертежей инженерно-геологических колонок (рис.7);
  • автоматизированное построение чертежей инженерно-геологических разрезов;
  • обработка данных пикетной съемки рельефа и построение матриц высот рельефа по набору точечных измерений;
  • обеспечение процесса мониторинга карьерных работ на основе ведения временных рядов карт и матриц;
  • автоматическое построение горизонталей по матрицам высот рельефа;
  • автоматизированный расчет объемов земляных работ и построение чертежей планов земляных работ (рис.5);
  • построение многослойных моделей геологического строения на основе атрибутов в точках инженерно-геологических изысканий (рис.6);
  • подсчет запасов строительных материалов на основе матриц высот рельефа или многослойных моделей геологического строения;
  • построение трехмерных моделей рельефа и многослойных моделей геологического строения;
  • подготовка к изданию и печать инженерно-геологических карт.

В качестве сервера для доступа к картам применяется программа ГИС Сервер 2008. Такое размещение данных обеспечивает их защиту от нелегального копирования и изменения. Пользователь выбирает для работы данные по их условным именам (алиасам). Список доступных данных формируется индивидуально для каждого пользователя по паролю. Векторные карты могут быть открыты для просмотра или для редактирования. Растры и матрицы доступны только для просмотра и выполнения расчетов.

Кроме того, все данные могут быть закрыты или открыты для копирования с сервера. Технология разграничения доступа к данным обеспечивает информационный обмен не только в локальной сети, но и в Internet.

Для публикации картографических данных, совместно с информацией из атрибутивной базы данных, применяется GISWebServer (рис.8). Приложение дает возможность выполнять просмотр, сортировку и фильтрацию таблиц БД; обеспечивает функции интерактивной работы с картой. GISWebServer можно настроить для решения различных задач при помощи файла проекта. Приложение позволяет наглядно отобразить различную информацию из БД, выполнив привязку объектов базы к объектам тематических карт. Таблицы базы данных могут отображаться в виде таблицы или формы.