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岩土工程勘察业务系统的设计与实现
时间:2020-10-08 18:07 | 栏目:岩土工程 | 浏览:次
硕士论文网第2020-10-08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《岩土工程勘察业务系统的设计与实现》，供大家在写论文时进行参考。
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本篇论文是一篇岩土工程硕士论文，伴随着计算机以及网络技术的发展，结合 GIS 、CAD 等技术，通过利用项目数据直接通过信息系统生成相应的图形和报告，促进了岩土工程勘察领域信息化的发展，工程勘察业务软件快速的发展，除了处理表格文字以及绘制各种工程图件，还可以对各类勘察工程计算大部分需要的指标，并且以 2D 或者3D 可视化的图形分析结果，是岩土工程智能信息化发展历程中一次重大变革，当前三维可视化更是引入到岩土工程勘察中，三维可视化将是未来发展方向。
第 1 章 绪论
1.1 选题背景
在工程设计过程中，岩土工程勘察是前提条件，主要包括岩土工程信息：地层、水位、风化层以及各种物探、化探数据等。这些数据是野外工作人员直接测量而得，尽管这些数据在整个工程设计实施中非常重要，但一旦对应项目完成之后，这些数据就会被丢弃，很少再被使用。并且传统工勘业务中采用的是单一离散的计算模式，数据的保存，分析，计算都是比较单一，相同类型项目重复计算，效率低下，岩土工程勘察技术人员较难直接从数据中得出计算结果和生成对应项目的图形、报告。因此，怎样利用实测数据对工程项目来进行自动分析、计算和批量的项目综合管理，是岩土工程勘察智能化一直以来的问题，科研人员对于此问题的研究从未间断。随着计算机信息化的发展，将岩土工程数据库管理、岩土工程分析、统计和图形化融合成完整的业务系统，进一步发展为信息化和智能化的岩土工程勘察新体系。为了整个工程勘察行业数字化的发展，该系统从北勘院出发，未来目标是在整个行业内做到推广使用，实现工程勘察业务数据的整合、计算、更新和保存的功能，为工程人员提供前端支撑，为整个工程行业提供准确的数据；同时增强项目调度能力，提升业务流程的执行效率和质量，降低企业的运营成本，提高企业的业务处理能力。本文在岩土工程勘察信息化、智能化的体现主要是以数据库为核心，以全过程信息流和资源共享与增值为理念，统一规范标准，利用数据库，结合Office 和 Auto CAD 对岩土工程勘察取得的数据进行智能的计算分析处理，为我国工程应用软件开发与利用的发展提供了积极的推动作用。
1.2 选题目的和意义
岩土工程是把岩体和土体作为工程实施的基础，以地面建筑物和建筑材料为组成，自上世纪六十年代兴起，经过长期不断实践而逐渐完善的一个科学门类，其研究的施工对象为岩体和土体，并且判断其改造建筑材料以及地面建筑物是否合理，涵盖了工程设计、前方施工、岩土勘察以及环境监测等内容。当前岩土工程包括的业务内容有多方面：地基的常规处理、水库的勘察和建设、桥梁的施工、地铁隧道工程和开发低下空间等方面，在我国三峡、西气东输、南水北调工程、城市地铁隧道以及高层建筑施工建设中有着不可估量的作用。近年来，随着我国各大城市地铁项目工程的建设的积极开展，彰显了岩土工程在我国具有广阔的发展空间。现阶段，在城市建设迅速发展的中国，越来越多的地铁隧道正在建设，开展了一系列的地下工程的开发，工程项目人员收集了越来越多的相关岩土数据资料，如何对这些数据进行有效分析和利用，将关系到后续地面施工的成败。然而随着工程项目的增多以及复杂，工勘技术人员意识到传统数据管理方法越来越不能够满足项目进度的要求，早先的工作流程已经无法满足现阶段所提出的要求；并且，业务人员已经无法从早先简单的报告中获取空间分析。从本质来说，岩土工程是不断变化的，其数据分析有着重复的特点，这就需要快速、综合的对数据进行分析和提取，从而第一时间对前方人员进行施工指导，因此对信息处理的要求非常严格，不仅要快还得综合全面，如何有效管理利用工程项目中的数据来提高业务流程速度，确保施工安全，加强工程质量是一个大问题；随着信息技术的应用，加快了岩土工程智能化的进程，在一定程度上提高了业务流速度，也加快了该学科新技术的发展进程。该业务系统是以数据库为核心，参考了岩土工程基本要求和国家地区规范标准，结合了一系列的工程勘察方法，通过传统勘察、测绘过程中获取数据、地层计算、图形生成、报告计算以及项目综合管理的集成应用。
第 2 章 系统相关技术基础
2.1 .Net 技术框架
Microsoft .NET 是基于 XML 和 Webservices 的通信计算，MS 为方便应用开发更加适应第三代 Internet 的分布式环境而推出。该平台主要运行在 windows 下，2014 年 4 月 4 日，MS 成立了专门的.NET 基金会管理与引导开源组件开发工作，且其官方发言人也宣布了要开源一大批.NET 类库。同年 11 月 13 日，MS 宣布.NET 将慢慢兼容安卓和苹果 IOS，其关键软件技术不再仅仅限制在 Windows平台之下。Microsoft .NET 技术架构重点涉及以下内容：首先为.NET Framework类库包括 CLR ( 通用语言运行时 ) 和它的一组类库，它是.NET 应用开发框架的基础；ADO.NET 作为其新一代的数据库访问技术；以及 Windows 编程和网络应用的开发 ASP.NET。在编程语言层面，.NET 支持 C、C++、C#等多种；同时Visual Studio 也为.NET 的开发提供一个平台支撑。图 2-1 是整个技术架构的层次示意图。最上端以多种程序界面的方式显示给用户，底层为内存的管理以及组件加载层，中间层仅提供的是程序开发者需要的系统级别功能。作为整个框架的核心，底端的 CLR，也是一个引擎来驱动其它关键功能，包含了数据类型的公共系统等。中间层包括了标准系统服务，有数据管理和相关XML 操作的类。顶层包括用户和程序接口，.NET 与外部联系的实体，包括 ASP.NET：即为依托于浏览器的 web 窗体界面，用 web 服务器提供前台用户访问接口；Windows 窗体：如本系统中我们采用的是 C/S 架构，前端界面为 Windows 窗体。公共语言运行库 ( CLR ) 要比传统的运行库高级，克服了 COM 的许多缺点，可以更简单快速的开发，因为系统提供了一组丰富的底层支持。.NET 中的程序用标准、一致的途径访问这些接口；绝大部分系统级别的执行功能都位于CLR，所以通过优化或者构建它们，以达到在.NET Framework 中创建较强的可伸缩性应用。
如图 2-2 显示了 CLR 的主要部分。输入/输出、安全等提供服务和对象模型。它被称为.NET Class Framework，也叫.NET 基类。.NET Class Framework 含有很多的类与接口。它们有众多丰富的功能例如：处理和访问数据； 负责应用程序底层安全；线程综合管理； 提供.NET 由内而外的接口——包括窗体、服务等；系统级别的功能、文件加密、磁盘文件的 I/O 和网络 I/O ；应用程序配置；提供发送字节流数据的接口。
2.2 三层架构
本系统采用经典的三层体系在设计和开发过程中。软件工程不断发展，开发者基于对封装、代码重用、开发效率和系统扩展等提出众多要求，分层体系才应运而生；三层只是在逻辑上实现，目的是为了“低耦合和高内聚 ”，通过加入中间层，分离出具体事务逻辑，从而实现了企业级系统应用开发更加高效和稳定。软件开发技术的核心是设计思想和设计模式，多年来产生了众多优秀方法，对软件设计关系重大，对采用分层架构的应用设计也可以进行统一的参考，通过对现有成果的概括分析，总结出利用分层架构进行设计的核心思想原则与优点，在.NET 中，开发者利用 ADO.NET ( Active X Data Objects for .NET )类库与数据库交互。其实 ADO 是 ADO. NET的前身，ADO.NET 更加功能强大，起初 ADO 的设计只是为达到单一的数据存和取，然而 ADO.NET 可以更加容易的达到数据控制，功能强大而且在分布式环境下易于操作，且能够保持数据一致。ADO.NET 为.NET Framework 的重要组成部分，它是一组数据访问相关类，它的封装大大降低了开发者的工作量。在利用它的时候，数据源有多种：XML文件、关系数据库以及相关应用程序的数据等。ADO.NET 是运行于.NET Framework 之下的；和 ADO 比较，前者可以用断开的方式来与数据源交互，这是 ADO.NET 的一大特点，例如可以在断开的方式操作数据，更新完之后再进行回传；通过这种方式服务器的占用时间大大减少，效率更高，其主要由五大部分组成：连接对象 ( Connection )、数据集 ( Data Set ) 、命令行 ( Command ) 、数据读取对象 ( Data Reader ) 以及数据适配器 ( Data Adapter ) 。在 Auto CAD 开发过程中，根据其运行原理我们对其二次开发进行分类，包括内部嵌入和外部直接开发。例如 Auto LISP 就是这种内部嵌入原理，通过利用在宿主程序的语法解释功能，按照功能需要编写自己的脚步文件，以便直接调用脚本文件，图形结果显示也可以直接在宿主应用中展现，它的优点为由于Auto CAD 中有解释器，开放者只需要通过创建临时文件，然后利用文件流写入脚本，宿主程序对其加载解释就可以完成预先功能；当然我们在开发的过程中也可以预先设置 CAD 图形的文件模板，节省运行时间。后者则是通过在 IDE 工具中利用 C、C++等程序设计语言调用 Auto CAD 开放的接口来实现自己应用的需要；与第一种相比较它有明显的优点那就是独立于宿主程序，对其不依赖；通常利用这种模式不仅可以实现和宿主一样的功能，还可以定制自己需要；但是外部开发机制在开发过程中有一定难度，开发周期比较长且不易开发者快速掌握，不仅要求对宿主程序原理非常了解，而且要精通开发语言。
本系统采用经典的三层体系在设计和开发过程中。软件工程不断发展，开发者基于对封装、代码重用、开发效率和系统扩展等提出众多要求，分层体系才应运而生；三层只是在逻辑上实现，目的是为了“低耦合和高内聚 ”，通过加入中间层，分离出具体事务逻辑，从而实现了企业级系统应用开发更加高效和稳定。软件开发技术的核心是设计思想和设计模式，多年来产生了众多优秀方法，对软件设计关系重大，对采用分层架构的应用设计也可以进行统一的参考，通过对现有成果的概括分析，总结出利用分层架构进行设计的核心思想原则与优点，在.NET 中，开发者利用 ADO.NET ( Active X Data Objects for .NET )类库与数据库交互。其实 ADO 是 ADO. NET的前身，ADO.NET 更加功能强大，起初 ADO 的设计只是为达到单一的数据存和取，然而 ADO.NET 可以更加容易的达到数据控制，功能强大而且在分布式环境下易于操作，且能够保持数据一致。ADO.NET 为.NET Framework 的重要组成部分，它是一组数据访问相关类，它的封装大大降低了开发者的工作量。在利用它的时候，数据源有多种：XML文件、关系数据库以及相关应用程序的数据等。ADO.NET 是运行于.NET Framework 之下的；和 ADO 比较，前者可以用断开的方式来与数据源交互，这是 ADO.NET 的一大特点，例如可以在断开的方式操作数据，更新完之后再进行回传；通过这种方式服务器的占用时间大大减少，效率更高，其主要由五大部分组成：连接对象 ( Connection )、数据集 ( Data Set ) 、命令行 ( Command ) 、数据读取对象 ( Data Reader ) 以及数据适配器 ( Data Adapter ) 。在 Auto CAD 开发过程中，根据其运行原理我们对其二次开发进行分类，包括内部嵌入和外部直接开发。例如 Auto LISP 就是这种内部嵌入原理，通过利用在宿主程序的语法解释功能，按照功能需要编写自己的脚步文件，以便直接调用脚本文件，图形结果显示也可以直接在宿主应用中展现，它的优点为由于Auto CAD 中有解释器，开放者只需要通过创建临时文件，然后利用文件流写入脚本，宿主程序对其加载解释就可以完成预先功能；当然我们在开发的过程中也可以预先设置 CAD 图形的文件模板，节省运行时间。后者则是通过在 IDE 工具中利用 C、C++等程序设计语言调用 Auto CAD 开放的接口来实现自己应用的需要；与第一种相比较它有明显的优点那就是独立于宿主程序，对其不依赖；通常利用这种模式不仅可以实现和宿主一样的功能，还可以定制自己需要；但是外部开发机制在开发过程中有一定难度，开发周期比较长且不易开发者快速掌握，不仅要求对宿主程序原理非常了解，而且要精通开发语言。
第 3 章 需求分析
3.1 功能概述
3.2 功能性需求
3.3 非功能性需求
3.4 本章小结
第 4 章 系统总体设计
4.1 系统功能模块设计
4.2 系统架构设计
4.3 数据库设计
4.4 本章小结
第 5 章 系统详细设计与实现
5.1 数据编辑
5.2 分析计算
5.3 数据统计
5.4 图件绘制
5.5 文档管理
5.6 辅助功能
5.7 本章小结
结 论
本文分析了当下岩土工程勘察信息化发展的历程，统一了工程勘察业务处理，依托于工程勘察数据库，利用 MS Visual Studio 开发集成了 Auto CAD，Office 和数据运算分析的综合应用。该业务系统是一个运行速度快、界面友好、操作简单和具有较强实用价值的岩土工程勘察业务系统。本文研究主要取得了以下成果：该系统利用 MS Sql server 集中存储了勘察基础数据和实验数据，针对当下岩土工程勘察业务处理间断的繁琐，设计出匹配的数据库，从而对工程勘察对应项目的基本信息和实验数据进行处理并进行分析计算，通过集成了 Auto CAD可以直接根据分析计算结果绘制图形，并且业务系统直接利用 office 的模板文件分析计算进行填充，直接得出勘察报告和其它相关文档，此外还对每个项目的相关电子文件进行了批量的管理和维护。实现了勘察作业处理的快速同步的业务流，具有非常强的实用价值。尽管本文研发设计的业务系统已经能够满足当前工勘作业的各项基本要求，但还存在以下可以优化与完善的地方：(1) 鉴于技术水平的局限，对 c#开发和 MS .NET 框架技术的了解的不了解不够整体，整个系统运行的效率和资源的消耗还有着一些可以优化与改善的地方。 (2)另外系统在一些功能模块还有一些欠缺比如工程结算，未来将根据新的业务需要，不断地增加系统功能。由于本人水平有限，论文中的错误和不足在所难免，敬请各位老师和专家审阅指正。
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