軌道交通巖土工程勘察數據采集服務系統設計與實現

唐 超 ，侯海倩 ，馬全明 ，胡曉飛

（1.北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101；2.城市軌道交通深基坑巖土工程北京市重點實驗室，北京 100101）

1 發展現狀

軌道交通通常指的是在地面或者地下軌道上運行的交通。相較于傳統的公路建設或者其他城市工程施工建設的勘探情況，巖土勘察外業原始數據采集是工程地質勘察過程中的一項基礎性工作，采集的原始數據是整個工程地質勘察的第一手資料，也是工程地質勘察信息化建設的數據源頭，數據的真實性和客觀性對巖土工程地質成果的研究和整個工程建設具有重要意義。軌道交通巖土工程勘察產生的數據量龐大，數據類型復雜，如何將勘察過程中采集的數據準確地記錄并實時上傳尤為重要。隨著大數據、互聯網及物聯網等信息化技術的快速發展，傳統的巖土工程勘察外業數據的采集、編錄及勘察成果資料管理的方式已經不能滿足日益更新的用戶需求。同時，呈現出很多工程勘察外業工作效率的弊端，如外業用紙筆記錄完之后，不能快速將外業數據直接數字化，形成的成果資料往往都是以紙質檔案的形式存放，不利于二次利用，在數據重復錄入過程中容易出錯，甚至在施工過程中巖土勘察數據被人為篡改等，這些因素在不同程度上制約了巖土工程勘察行業的信息化發展。2017年，住房和城鄉建設部發布了《住房城鄉建設部關于開展工程質量安全提升行動試點工作的通知》(建質[2017]169號)，確定在北京等7省市進行勘察質量管理信息化試點，要求通過數據實時上傳等信息化監管方式，推動勘察現場、實驗室行為和成果的質量監管標準化。無論是市場需求，還是國家政策層面，實現工程地質勘察外業原始數據采集、數據的信息化處理[1-4]已經是迫在眉睫。

筆者深入分析了軌道交通巖土工程勘察野外作業流程[5]，參考了該行業現有的技術方法[6-10]，與工作在一線的項目負責人、工程師、描述員和司鉆員進行了詳細溝通后，依據現行規范要求，利用Java語言設計開發了軌道交通巖土工程勘察數據采集系統。該系統能夠為巖土工程勘察數據采集提供技術保障，實現野外原始數據無紙化采集、成果資料信息化展示，形成勘察工程數據的一體化、智能化管理的智慧勘察生態圈，對后期的工程設計和決策具有十分重要的意義。

2 總體思路

2.1 建設目標

1) 改善傳統紙質生產環節，打通各項外業采集環節的數據連接，利用貫通的數據鏈路，使不同的內外業處理人員能夠實時查看上一工作人員的處理信息及工作情況，徹底消除勘察外業數據與內業處理銜接的數據孤島。

2) 通過實時準確地上傳數據，能保證數據的真實性、準確性和實時性。同時，借助手機地理信息采集功能，可準確獲得外業工作的情況，減少人為誤差，準確上傳勘察位置。

3) 提升項目管理人員對現場施工和數據記錄情況的了解和監管，順利完成工程地質勘察項目從設計、施工到后期成果匯交的一體化、信息化過程。

2.2 總體框架

由于工程地質勘察項目外業數據基本在戶外采集，項目相關管理人員需要在室內及時進行數據匯合處理，因此該系統基于BS+APP進行整體系統架構和開發，總體技術框架結構如圖1所示。

圖1 技術框架Figure 1 Technical framework

3 技術路線

3.1 PC端

系統 PC端采用 SSH框架(Struts、Spring和Hibernate)進行開發，從邏輯上將系統分為多層，如圖2所示。在表示層和控制層，采用JSP+Struts2作為頁面跳轉的流程引擎，Struts是基于 MVC(model view controller)設計模式的最為經典的 Web應用框架，通過它可以有效地實現頁面與頁面之間的流轉和控制；在業務層，采用 Spring保證組件之間的松耦合性，利用 Spring的依賴注入機制來保證組件之間完全解耦；在持久層，采用Hibernate實現對持久層的管理，并作為ORM(對象、關系、屬性)工具，Hibernate是一個面向Java環境的對象/關系型數據庫映射工具，進行了MVC分層設計開發，提高程序的可擴展性以及可維護性。

圖2 SSH框架Figure 2 Framework of SSH

3.2 手機端

系統手機端采用MVP + Retrofit2.0 + Rxjava框架進行開發。MVC模式能夠滿足其復雜性和豐富性，更適合于服務器端的 Web開發，而 MVP(Model-View-Presenter)是MVC的改良模式。在MVP模式下，View層變得簡單，任務和Activity分離，不會導致內存泄露，也不依賴于Activity的重建等，這些優點更適合于APP的開發。

3.3 服務器端

系統的服務端數據庫采用體積小、運行快、總體成本低的MySQL5.5，移動端APP采用SQLite數據庫，開發語言采用跨平臺性較好的Java。

4 工作流程

軌道交通巖土工程勘察數據采集服務系統的最終目的是提供數據服務，服務器端的主要目的是進行項目管理、數據管理和數據對接。其中，數據對接的主要對象有政府勘察質量監管平臺、數據統計分析系統、數據核查歸檔系統。APP客戶端的主要任務是數據采集，以及人員信息、工作信息的獲取等。

4.1 服務器端

服務器端設置管理員賬戶，管理員賬戶具備最高權限，可進行企業相關信息管理、企業人員(角色分為審核人、項目負責人、技術負責人、機長、描述員)管理、項目綜合管理、數據管理等。服務器端具體工作流程如圖3所示。

圖3 服務器端工作流程Figure 3 Server workflow

4.2 客戶端

客戶端APP是外業數據采集的工具，主要用戶為機長和描述員，除了采集生產性數據外，還會對勘察人員的工作規范和安全生產等信息進行記錄，具體流程如圖4所示。

5 應用實踐

巖土工程勘測數據采集服務系統已在全國近 80個項目中得到了推廣應用，充分證明了該系統的功能性和實用性。

5.1 服務器端

基于 BS構架建立勘察信息服務平臺，對工程勘察的項目、人員、數據、勘察工作相關規范等進行管理和發布，同時可以發布相關的政策法規、項目進展、安全檢查、環境保護等信息。在項目管理中，實現項目基礎信息的設定和發布，同時將設計工作量上傳到服務器，指導外業數據采集工作，使勘察工作外業采集的數據快速入庫和高效管理。

5.1.1 信息發布

在信息發布頁面(即系統的主頁)，項目負責人可以看到目前最新的勘察咨詢和相關政策，以及周邊各項目的進展情況。一方面，方便項目負責人把控項目的進展；另一方面，項目負責人可以根據政策變化，適當調整項目的勘察要求。信息發布模塊頁面如圖5所示。

圖5 信息發布功能Figure 5 Information release function

5.1.2 項目管理

項目負責人在服務器端創建項目，并填寫項目的相關信息，然后可對項目進行管理、打開或者關閉等操作。在項目管理里面，可以添加項目的鉆孔來開展后續的工作，待審核人審核通過該項目后，會產生唯一標識的項目序列號，外業描述員通過關聯該項目序列號，可以進入該項目，然后進行相關工作和上傳數據。項目管理模塊的頁面如圖6所示。

圖6 項目管理功能Figure 6 Project management function

5.1.3 鉆孔發布

在項目開始之前，首先要設計項目的具體工作量，外業的描述人員關聯完項目后，成為該項目的描述成員，鉆孔數據要上傳到相應的鉆孔中。巖土工程勘察工作的鉆孔任務一般有數十甚至上百個，因此系統設計了單孔任務發布和批量導入鉆孔的功能。鉆孔發布模塊的頁面如圖7所示。

圖7 工作量列表Figure 7 Workload list

5.1.4 數據處理

數據處理功能包括數據導出與打印，目前巖土工程勘察項目有標準化的外業原始記錄班報表，傳統的勘察工作模式需要在外業描述完后再進行匯總整理，需要大量重復性的記錄工作，容易在復錄過程中出現錯誤，系統在外業描述人員上傳數據后，可以直接進行原始班報和現有數據系統數據格式的導出，大大減少了重復性的工作，提高了工作人員的工作效率。數據處理模塊導出頁面的格式如圖8所示。

圖8 導出工作表Figure 8 Data processing features

5.2 移動客戶端

工程地質勘察外業數據錄入 APP分為信息管理模塊和勘察記錄模塊。

5.2.1 信息管理模塊

信息管理模塊可編輯用戶包含鉆探機長和勘察編錄人員，在信息管理模塊內可以對項目信息、個人信息、時間信息、位置信息、相關數據狀態和鉆機信息進行管理。同時，勘測院的信息服務平臺所發布的項目信息、勘察工作量信息，可以直接關聯到APP的信息管理模塊內。項目信息管理的界面如圖9所示。

圖9 項目詳情Figure 9 Project details

5.2.2 勘察記錄模塊

在勘察記錄模塊中，客戶端編錄人員可以完善并記錄回次進尺、巖土描述、取土記錄、標貫記錄、動探記錄、水位記錄、取水記錄和其他備注記錄的信息等，所獲取的原始外業數據可以上傳到信息服務平臺進行管理。鉆孔數據管理的界面如圖10 所示。

圖10 鉆孔列表、添加鉆孔Figure 10 Drill list and adding of drills

6 結語

該系統在軌道交通巖土工程勘察項目中，完成了信息化鉆孔記錄工作，能夠實時獲取外業的第一手資料；同時在外業描述過程中，記錄現場的定位信息和時間信息，對外業工作的質量和規范進行監督和核查。在鉆孔描述記錄的過程中，系統采用單選或者多選的方式進行描述，節省了外業描述人員的記錄時間，并且規范了其描述用詞，為以后的內業數據自動化整理和分析打下了良好的數據基礎；該系統接口開放，可以對接政府的工程勘察質量管理部門，協助做好工程勘察的質量監管工作，在巖土工程勘察工作中能起到提高工作效率、提升工程質量的良好作用。

由于一些客觀因素的影響，系統目前仍存在一定的不足，例如在系統開發過程中，會遇到手機GPS定位精度偏差較大、服務器網絡不穩定、外業描述人員操作不規范等問題。基于此，系統在鉆孔的精確定位上不能直接使用手機GPS定位的坐標，需要導入后期測量人員的收孔坐標作為鉆孔的精確定位信息。另外，由于巖土工程勘察數據的重要性，后期還需要對數據傳輸的安全性進行考慮，避免數據被截獲丟失，給勘察單位造成損失。

隨著信息化技術的不斷發展，巖土工程勘察工作在不久的將來必定會取消紙質記錄的工作，實現數據采集、數據上傳、數據分析、數據管理、報告生成、數據使用一體化的工作模式；巖土工程勘察數據采集服務系統作為工程勘察信息化的重要組成部分，在今后也將更加完善。