1、GIS 在岩土工程中的应用及发展趋势摘要：地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和发展趋势。 关键词：GIS 岩土工程发展趋势 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 1 岩土工程的信息技术需求 以下将在计算岩土力学方面和岩土工程监测方面，对计算机及信息管理技术在岩土工程领域的应用予以简单介绍。一方面，21 世纪岩土力学大厦的主要支柱可以概括为理论岩土力学、实验岩土力学与应用岩土力学三个方面，而无论在那一个方面都需要现代计算机技术的
2、支持。如果我们看到近些年计算机技术迅猛发展的势头及其在各行各业中已经发挥的巨大作用，我们就有充足的理由，以不管怎样都不会过分的程度预见到计算机技术在土力学学科领域各个方面的无比威力。21 世纪将是计算机大显身手的世纪，它将成为一切大戏的主角。在理论岩土力学中，客观规律探索研究时复杂数学物理方程的求解和各种影响因素的对比分析离不开它；在实验岩土力学中，测试控制、数据采集与处理离不开它；在应用岩土力学中，工程施工的反馈控制及规划设计中的人工智能技术等方面更是离不开它。因此，计算岩土力学应该理所当然地成为岩土力学学科又一根重要的支柱，而且成为岩土力学在理论、实验和应用诸方面有效活动的筋脉。 岩土力学
3、的一切运动一旦离开了与计算机技术的结合，将会失去自己的活力。也许，这样地强调计算土力学的作用，也只会有所低贬而绝对不会过分夸张。岩土力学的四大支柱，即理论岩土力学、实验岩土力学、应用岩土力学和计算岩土力学，应该是相互联系、互相促进、互相补充的，失去任何一根支柱，岩土力学将会失态或失色，岩土力学的学科大厦将会失常甚至失稳。此外，从岩土力学的发展往往是先实验后理论，岩土工程的发展往往是先技术后理论这一特点出发，21 世纪的岩土力学必须充分重视实验的揭示与经验的总结，使已有的理论螺旋式地上升，并且形成新的理论和它们之间的渗透与结合。另一方面，从通常意义上讲，信息管理技术用于获取、组织、处理、分析和解
4、释信息，并使之为无数的用户使用。在岩土工程中，岩土工程往往与地理位置、空间位置有关。而其本身又具有复杂性、多变性，所以对岩土工程信息的管理，不但要求具有一般信息管理技术的功能，而且还要求将收集到的基本数据与地理位置、空间位置联系起来，以文本、图形、音像等多媒体形式供用户查询、分析、评价、利用，从而指导工程的施工。同时，在施工过程中，不断收集现场资料和监测数据，利用信息反馈技术，指导修改原来不合理的设计和施工方法，做到真正的信息化施工。 2GIS 在岩土工程中应用可行性分析 GIS 的应用自 8090 年代开始在我国大范围的应用，在煤矿资源、城市规划、遥感测量等领域应用较早。随着计算机及网络技术
5、的普及，在岩土工程中计算机技术的应用已经占有很大比例，在软、硬件具备的条件下，GIS 作为具有很好兼容性的资源管理载体，岩土工程数据的引入是完全具备可行性的。岩土工程数据引入 GIS，首先解决的是数据软件入库和注入两个问题。近年来信息技术突飞猛进，软件也是一日千里，以工程地质勘察为例，早在 80 年代中期，国内开始出现一批以理正勘察、华宁勘察为主的勘察软件，使传统的勘察作业转向信息化，大幅提高了工作效率，也为勘察数据的软件入库开了先河；同时软件的开发者也很重视彼此之间的兼容和转换，这也使的软件数据库的注入创造了条件。首先我们要了解 GIS 系统进行空间分析及建模的方法： 2.1 GIS 空间分
6、析 空间分析就是需要通过注入 GIS 系统中的数据，不管是岩土工程还是其他先关的数据，它需要这些数据通过特定的关系建立其联系来，如坐标、经纬度、海拔高度、甚至于其他一切跟所要分析的空间相关的数据。 2.2 建模 （1） 数据建模 将城市规划或者区域地图与在不同建设场地的岩土工程数据关联起来是很困难的。然而，GIS 能够描述地表、地下和大气的二维三维特征。例如，GIS 能够将反应特定区域内的建筑物、地下水等快速制图。而在这个特定区域内的工程岩土数据可以叠加在该图上进行分析论证，得出结果。如该区域内进行岩土工程对建筑物的影响，对地下水的影响等。 （2）拓扑建模 在过去的一定年限，在拟建设场地边上有
7、没有任何其他的建筑物建设过？有没有任何满足在一定距离内且满足某个条件的这类建设项目？ GIS 可以识别并分析这种在数字化空间数据中的这种空间关系。这些拓扑关系允许进行复杂的空间建模和分析。地理实体音的拓扑关系包括连接（什么和什么相连） 、包含（什么在什么之中） 、还有邻近（两者之间的远近） 。 （3） 网络建模 如果所有在某个区域内多个建设场地同时进行，那么对地下水的影响有多大？基坑变形量有多大，有没有达到限定值？GIS 能模拟出地下水流动的路径，诸如坡度、速度限值；基坑的变形数据等都可以纳入这个模型使得模拟得更精确。网络建模通常用于水文建模。根据 GIS 系统的特点，按照该系统提供的软件接口
8、，将岩土工程行业相应的数据库进行转换注入 GIS 系统，同时通过软件实现在人机操作界面上进行查询、浏览、下载、打印等功能。同时因为岩土工程行业的特殊性，涉及面广，出于对一些敏感资料和知识产权的保护性，通过所在地区的建设相关部门合作，提供有限使用，或者付费使用，都可以使前人积累的资料“重见天日” ，发挥其应有的价值。 3GIS 在岩土工程的发展趋势 综合上述国内外的应用实践可以看出, 在岩土工程 GI S 应用研究方面, 国内与国外还是存在着一定差距, 主要体现在以下两个方面:（1) 国外的研究领域十分广泛和系统, 包括区域工程地质、工程勘察、滑坡、砂土液化、地质灾害总体评价等, 尤其在滑坡方面
9、, 研究十分全面和深入。国内除煤矿地质灾害中应用相对较多, 其他方面涉及较少。对于环境岩土工程的前沿课题几乎空白。 （2) 从 20 世纪 70 年代至今, 国外 GIS技术的应用已从简单的数据处理、图形输出, 发展到空间分析, DEM, DTM 的使用, GIS 与有关专业扩展模型( 如统计模型、力学模型等) 的结合, GIS 与 DSS 的集成, 乃至 GIS 虚拟现实技术的运用。而国内 GIS 应用研究在 90 年代以后才逐渐开展起来, 各方面结合和运用还很欠缺。对GIS 本身来说, 其发展趋势可从三个方面来看: （1) 硬件方面。分布式计算机环境、多媒体技术、虚拟现实技术、手指跟踪技术
10、等都将改善 GIS 的工作环境和状态, 这势必会使有关的专业问题研究变得更加科学、简便、快捷。 （2) 软件方面。三维 GIS 和时态 GIS 将成为以后几年的热点课题之一。 （3) GIS, RS, GPS 的集成。目前 , RS 与 GI S 的集成已达到了“无缝结合”的阶段, 但 GIS,RS, GPS 三者真正意义上的集成还未解决, 尚需进一步研究。 参考文献 1 秦茂林,盛建龙,曹冬.GIS 在岩土工程中应用现状J. 矿业快报. 2008(12) 2 方海东,施斌,王宝军.GIS 在环境岩土工程中应用的回顾与展望J. 桂林工学院学报. 2001(04) 3 郭明.GIS 在岩土工程领域的应用J. 西部探矿工程. 2006(07)
