硕士论文网第2020-09-15期,本期硕士论文写作指导老师为大家分享一篇
岩土工程文章《基于GIS的南宁岩土工程勘察数据库系统的开发与应用》,供大家在写论文时进行参考。
对岩土工程勘察数据库系统的各项功能做了详细的描述。首先介绍了系统的安装和运行环境,然后对系统的功能模块进行详细阐述,让用户熟悉各项功能的操作。本系统是一个通用性强、功能齐全的空间数据综合分析管理平台,可以实现工程数据的录入与输出、数据检索查询以及图形的生成浏览、属性数据与空间数据的叠加等功能。相对于传统的GIS应用,本系统体积小,界面简洁易上手,不需要安装即可使用,能为城市基础设施建设提供数据支持与图形参考。
第一章 绪论
1.1选题背景及研究意义
当前,国民经济蓬勃发展,南宁作为广西壮族自治区的首府,是大西南地区面向东盟国家开放的枢纽城市,拥有得天独厚的区位优势,“两廊一圈”握手“一带一路”,将为南宁的发展带来巨大的的机遇,推动南宁的发展。作为中国与东盟自由贸易区、钦北防经济区、泛珠三角经济区的交通枢纽,南宁必须发挥出其关键点的交通优势。随着南宁市地铁建设全面展开,各地铁站点及区间的基坑已经开挖或将要陆续开挖,并且南宁市内亦有多处高层建筑正处于基坑的设计或施工阶段。基坑幵挖深,分布范围广,揭露的地层非常丰富。在这样的大背景下,由南宁市轨道交通有限责任公司、广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院与广西大学共同承担的《广西南宁市基坑工程主要地层物理力学参数确定项目》应运而生。下图红线(南宁市环城高速)范围内即为本文的研宂区域。(图1-1)长期以来各项工程建设的发展过程中,累积了大量工程勘察资料,这些资料多以文字、表格、图件的形式存储于单项岩土勘察报告中,用户难以获得直观、感性的体验,这些信息利用率低、表现形式单一,且存在查询困难、很难被重复利用的问题。地理信息系统(GIS)属于空间信息系统的一种,地理信息系统不但能管理非空间信息,同时能够进行空间定位及对空间数据进行可视化。相对于计算机辅助设计(CAD)或制造系统而言,在数据管理方面具有一定的优势,主要体现在具有对空间数据处理、空间分析的能力,以及大数据的整合、集中管理等方面。因此,建立基于GIS的南宁市岩土工程勘察数据库系统能够高效地对大量的岩土工程勘察数据进行管理。结合系统功能,对南宁市岩土物理力学参数进行统计分析,得到其取值范围;研宄岩土物理力学参数间的相关性,得到相关性经验公式;这些都可以为未来南宁地铁设计及其施工提供有效的参数和指导意义,并创造巨大的经济效益和社会效益。
1.2国内外研究现状
岩土工程勘察在工程建设中必不可少,不仅是工程设计和施工的先决条件,而且其精确与否也对后期工程质量影响十分巨大。充分利用有利的工程地质条件,处理工程建筑与自然环境之间的关系,处理或规避不利的工程地质条件,是保证工程建筑的稳定、安全、经济和正常使用的基础。随着社会的发展,岩土工程勘察的要求越来越高,除了满足单项工程地质条件,还需要提供地质资料来满足城市规划的需求。岩土工程勘察成果数涉及大量的报表和图件,随着城市建设的扩大和勘查工作的深入,勘察资料不断累积,在全球信息化数字化的科学浪潮下,数据库理论深入发展,特别是近年来,GIS、GPS、RS等计算机技术的快速发展,借助计算机科学技术、图形处理技术等现代化进行数字化处理分析功能,使工程地形地貌状况、水文地理情况、地层物种界面探查状况以及钻探情况等更加直观,这些都促进岩土工程勘察技术不断提升。地理信息系统(GIS)技术是20世纪60年代发展起来的一项集空间数据与相关属性数据管理、处理与分析于一体的计算机技术[54]。国内外学者对GIS在岩土工程勘查领域的研究己经做了很多工作。国外,特别是发达国家,在这方面起步的比较早。世纪七十年代,美国地质调查局成立了60多个信息系统,将GIS应用于基础地质方面,其主要功能用于区域地质调查以及地质体的三维建模分析。1971年美国己经开始研制基于GIS技术的城市景观规划模型。日本大阪,历时将近20年,统计各类勘察钻孔30000个,成立了大阪湾地层数据库系统。我国与日本九州大学合作研发了三峡边坡三维数据库系统。近年来,英国也将3S技术(GIS、RS、GPS)应用于景观规划设计。通过目前我国大中城市或大型工程中己实现的基于GIS的岩土工程勘查信息系统成果可知,这些系统不仅可以帮助我们分析处理各类岩土参数数据,同时在实际工程应用中也发挥着重要作用。但建立城市地质勘查GIS技术主要存在以下几个难点:一是数据的提取与交换问题,如何将纸质信息转变成有价值的信息数据,如何在数据之间建立统一的数据标准都是需要考虑的问题。二是地质三维模型的建立,目前多以展示为主,没有实际的应用价值。这是岩土勘察信息GIS系统中最主要的技术难点。三是由于各地区地质条件不同或是项目工程需求不同的原因,不论是设计还是功能,各系统都是为了满足当地的实际需要,想要设计出符合大范围整体区域综合信息的岩土工程勘察信息系统并不现实。因此,建设符合南宁市地域性特征的综合岩土勘察信息系统十分必要。
第二章 岩土工程勘察数据库系统总体设计研究
2.1引言
为了能够将数据信息整合并进行详尽的研究,根据岩土工程的简易性、便捷性、移动性管理需求,本文建立了“基于GIS的南宁市岩土工程勘察数据库系统”。为了实现系统的简易性和便捷性,降低开发成本及应用难度,本系统利用Access文件型数据库及EasyGis.Net轻量化GIS组件搭建而成,能实现“即拷即用”,免除安装及进行复杂的环境配置,适用性强。采用关系数据库技术,该数据库系统可以存储岩土勘察报告中所涉及的各类信息,还可以按照特定的检索条件进行数据的查询和输出,解决海量工程数据的查询检索,方便对大量岩土参数数据进行统计分析。同时结合地理信息技术实现工程的空间位置可视化及辅助分析决策。
2.2系统目标与设计原则
岩土工程勘察数据库系统旨在建立一个简易、便捷、科学、动态的管理系统,实现空间数据及非空间数据的相互转化与全面管理,降低安装运用成本,并结合地理信息技术实现工程的空间位置可视化并为城市岩土管理工作及城市建设提供决策依据。为满足用户方便快速的查看和使用数据,要求该系统满足以下几点要求:(1)数据管理功能:实现工程项目的录入、编辑、存储、更新以及删减;加入新的岩土参数信息以及岩土勘察项目综合信息。(2)检索查询功能:用户根据个人的需求进行单项或者多项的数据查询,并且实现属性数据和空间数据的转换。(3)查询统计分析功能:系统可以对岩土参数进行统计分析。(4)制图功能:实现岩土工程的场地、钻孔、土工试验数据的区位图浏览,等值图浏览。(5)图形浏览与操作功能:实现图形放大、缩小、坐标定位等地理信息系统的通用功能。(6)结果数据输出功能:系统可以输出符合检索条件的图形、统计分析数据以及查询结果,方便进一步的统计分析,以供用户使用。为实现系统设计的总体目标,整个系统除了需要掌握软件工程的设计思想,还需要具备岩土工程和工程勘察的专业知识,并且对GIS技术以及数据库技术多方面的了解,是多种技术的综合。岩土工程勘察信息系统的建设应当遵循以下原则:(1)先进性与科学性,采用当今国际上先进成熟的软件技术进行系统设计与开发,且要考虑系统结构的科学性,在软硬件的选型和配置上科学合理。(2)兼容性与通用性,软件、硬件的选择要具有良好的兼容性,保证系统的发展和日益完善。系统可以满足不同应用分析的需求,确保数据的组织灵活。(3)标准性与统一性,系统设计与数据的标准化是信息系统建设的基础,是各模块间正常运行的保证。高质量的数据组织结构要求系统从设计、开发、建设都必须达到规范性和标准化。同时用统一的编码规范进行代码编写,更方便系统更新维护。(4)可操作性与实用性,系统设计从用户实用角度出发,设计合理的方案,使最终形成的系统界面友好,操作方便、灵活,且易于管理维护。(5)稳定性与可靠性,保证系统正常运行和正常工作能力,确保系统的抗干扰能力以及系统运行结果的正确性。(6)可扩展性,确保系统的可扩展性,保证系统能够不断进行完善,在信息化时代的发展中,资料文档格式变化时,系统数据能及时增加、修改、删减。本章从系统设计的目标和原则出发,对“基于GIS的岩土工程勘察数据库系统”开发过程进行了详细介绍,主要包括系统的开发环境、系统结构和功能模块设计、系统数据库设计、地理空间数据处理以及系统功能实现的关键程序代码。该系统由Access数据库及Easy GIS.Net轻量化GIS组件搭建而成,不仅能够实现数据库管理系统的储存检索功能,同时也能够处理空间数据并实现属性数据到空间数据的转换。
第三章 系统主要功能介绍
3.1系统运行环境
3.2系统界面
3.3勘察资料录入模块
3.4系统查询检索模块
3.5勘察图形、图表生成模块
3.6本章小结
第四章 基于GIS系统的主要岩土层岩土参数取值分析
4.1引言
4.2基于GIS系统的主要岩土层岩土参数取值分析基本流程
4.3三号线沿线参数取值分析
4.4本章小结
第五章 基于GIS系统的岩土物理力学参数相关性分析
5.1前言
5.2基于GIS系统的地铁沿线主要岩土层岩土参数筛选
5.3图形功能演示
5.4相关性分析
5.5本章小结
第六章 主要结论与展望
6.1主要结论
本文首先基于轻量化GIS技术开发的南宁市岩土工程勘察数据库系统,实现了岩土工程勘察成果资料的信息化与数据空间位置可视化;然后将所开发的数据库系统应用于南宁市地铁主要岩土层物理力学参数取值分析及相关性分析。研究成果有利于南宁市岩土工程勘察资料信息化管理,为后续“智慧南宁”建设提供技术支持。本文的主要研究结论有:(1)针对传统GIS结构封闭、软件庞大、交互性较差等特点,基于微软.NET4.0版(Microsoft.NetFramework4.0)基础框架,运用C#语言,于MicrosoftVisualStudio2015直接调动MicrosoftJetOLEDB数据库操作组件及EasyGIS.Net地理信息组件,开发集数据查询管理与空间可视化为一体的GIS南宁市岩土工程勘察数据库系统。本系统不仅可以对岩土工程空间数据及非空间数据进行全面管理,同时能结合GIS技术将岩土工程的场地、钻孔、土工试验等坐标属性信息与区位图、等值线图、伪色彩图等叠加定位。(2)以南宁市地铁一、二、三号线轨道交通工程、部分道路桥梁工程以及房屋建筑工程为依托,搜集1994?2015年南宁市各类岩土工程初步勘察报告共437份,在所开发的南宁市岩土工程勘察数据库管理系统资料录入模块将其录入数据库,为后续主要岩土层物理力学参数取值分析及相关性分析提供基础。(3)以南宁市地铁三号线为例,研究基于GIS系统的南宁市主要土层物理力学参数取值分析方法:首先采用“三序”划分法对南宁市主要岩土层进行岩土统计单元划分,然后利用所开发的GIS岩土工程勘察数据库信息系统,检索地铁三号线主要岩土层物理力学指标并进行数据的可靠性检验,最后使用SPSS数据分析软件,综合比对统计结果,最终得出地铁三号线沿线主要岩土层物理力学参数参考值。(4)以南宁市可塑粉质黏土为例,研究基于GIS系统的南宁市主要土层物理力学参数相关性分析方法:首先通过GIS系统导出待分析数据,利用系统将待分析数据生成一、二、三号线可塑粉质黏土区位图、等值线图和伪色彩图,对其空间分布及走向进行一个直观展示。然后通过对岩土参数进行一元和多元回归分析,建立了物理力学参数回归方程,最后得出分析结果。结果表明,压缩系数和黏聚力分别与含水量、天然密度、孔隙比以及液性指数间呈现一元回归关系;内摩擦角与各物理参数间的相关性都不高,说明影响内摩擦角的因素比较多,使用一元回归并不能很好的反映内摩擦角与物理参数间的相关关系。压缩系数与孔隙比、塑性指数之间,黏聚力与天然密度、液塑性指数和液性指数之间,内摩擦角与含水量和液性指数之间存在多元线性回归关系。相较之下,多元线性回归的效果比一元回归的效果更好。
6.2展望
由于经验和水平的限制,本文尚存在着许多不足,还需要进一步研究与改善,主要有以下几个方面:(1)数据库内容可继续补充扩展。开发本系统的宗旨在于建立具有区域性研究特征的岩土勘察数据库,利用数据库中海量的数据为工程建设提供参考依据。目前收集到的勘察资料主要分布在南宁市区的环城高速内,覆盖面不够完全,需要补充坐标信息以及图形文件的录入,数据收集量越大越能够反映南宁市各岩土层的工程特性。(2)本文研究获得的南宁市主要岩土层物理力学参数参考值、回归方程等研究成果,需要在工程实践中不断总结和补充完善。(3)本系统功能有待进一步升级。目前系统主要是数据管理功能,统计分析还需借助SPSS等软件,今后研究中可将统计分析功能加入。传统的GIS软件拥有强大的空间图形分析功能,如可生成三维图件,目前本系统尚未实现这一功能,深入研宄和开发空间图形分析功能,可进一步提高勘察数据的分析以及项目的设计、施工、管理水平。
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