Соколова И.А.
(«НижегородТИСИЗ», Нижний Новгород)
Источник: http://www.gisinfo.ru/item/58.htm
В крупных городах безаварийное строительство возможно только при наличии полной информации об инженерно-геологических условиях территории на всех стадиях строительного процесса.
При активной реконструкции города и достаточной изученности территории, необходима систематизация уже накопленных данных. Причем ценность геологической информации возрастает в том случае, если она увязана с планово-высотным расположением сооружений, фундаментов, подземных коммуникаций. При этом возникают два типа задач: связанные со сбором, организацией и хранением данных; анализа, интерпретации и построения цифровых моделей инженерно-геологических карт.
Базовыми элементами информационного моделирования геологических карт являются: цифровая картографическая основа, первичные геологические данные, производные данные материалов предшественников.
Цифровая картографическая основа является несущей конструкцией моделирования. Она должна сохранять преемственность от масштаба к масштабу.
Первичная геологическая информация обеспечивает возможность создания компонентов модели в полном объеме полевых наблюдений. При этом данные должны иметь надежную координатную привязку и структурироваться по единым законам и понятиям.
Производные данные материалов предшественников — это результаты обработки и интерпретации первичных данных, представленные цифровыми моделями карт геологического содержания, формализованными описаниями их легенд и геологических объектов, результатами обработки геофизических, геохимических, гидрогеологических данных.
Компоненты геологической среды, применяемые для информационного моделирования, состоят из набора признаков в каждой точке. При инженерно-геологических изысканиях под строительство такими точками являются скважина, дудка, шурф, точки статического зондирования и геофизических наблюдений. По комплексу геолого-геофизических данных требуется оценить распределение числовых или номинальных свойств геологической среды и представить эти свойства в виде цифровых моделей геологического строения территории.
Перевод этого процесса в автоматизированный режим возможен при условии четкого разграничения набора операций на те, которые будут автоматизированы, и другие, не подлежащие автоматизации по техническим причинам.
Немаловажным аспектом для построения информационных моделей карт является использование цифровых моделей геологических карт предшественников, увязанных с современной картографической основой. Необходимая информация, «снятая» с таких карт, включается в обработку.
Вопросы сбора, обработки и анализа данных по инженерным изысканиям уже несколько лет успешно решаются в ОАО «НижегородТИСИЗ». На базе программного комплекса ГИС «Карта 2005» (КБ «ПАНОРАМА») создан банк цифровых данных фонда «Инженерные изыскания» (ГИС ГЕОТОП), который позволяет проводить анализ, интерпретацию и построение векторных, растровых и матричных карт геологического содержания, разрабатывать специализированные ГИС-приложения в среде Windows, решать типовые прикладные задачи.
Организация данных
Система организации данных позволяет строить геологические карты, прогнозировать опасные геологические процессы (карст, оползни и т. д.), проводить поиск информации и осуществлять мониторинг геологической среды. Степень детализации информации зависит от стадии инженерных изысканий.
Для городского строительства данные, как правило, представлены в масштабе 1:500. Структура базы данных предусматривает возможность ввода инженерно-геологической информации крупно-, средне- и мелкомасштабных работ. В зависимости от вида и масштаба построения геологической карты проводится генерализация исходных данных. Например, для построения геолого-литологической карты масштаба 1:10 000 мощности каждой литологической разности грунта в точке наблюдения суммируются с учетом возраста и генезиса и записываются в отдельное поле базы данных, фрагмент которой приведен в табл. 1.
Таблица 1. Фрагмент таблицы литологических свойств грунтов (LITOL.db)
Суммарная мощность грунта, м |
Мощность разновидности грунта, м |
Геологический индекс слоя |
Наименование грунта |
5 |
laQII-III |
суглинок |
|
12,5 |
7,5 |
laQII III |
суглинок |
1,7 |
1,7 |
tQIV |
насыпной грунт |
1,1 |
1,1 |
edQIII |
суглинок |
3,7 |
laQII III |
суглинок |
|
12,2 |
8,5 |
laQII III |
суглинок |
Структура данных для ввода первичной геологической информации разработана на основе существующих нормативных документов для инженерных изысканий [1–5]. В точках геологической среды (выработки, статика, ВЭЗ) вводятся показатели в числовом или текстовом виде:
Для каждого вида грунта подбирается собственный набор компонентов:
Расчетные компоненты физико-механических свойств образцов грунта содержат общие сведения (глубина и дата отбора, номер заказа и пр.), физические свойства, гранулометрический состав, результаты срезовых и компрессионных испытаний, относительную просадочность при нагрузках, коррозионную активность.
Расчетные компоненты для оценки подземных вод включают данные по уровням, глубине и условиям залегания, физическим свойствам, химическому составу, коррозионной активности.
При выборе расчетных параметров для характеристики геологических процессов вводятся данные по подземным и поверхностным проявлениям, времени и интенсивности появления.
Классификатор
Анализ методических рекомендаций и нормативных документов позволил обобщить полный комплекс геологических факторов, используемых при построении инженерно-геологических карт. Структура электронного классификатора состоит из нескольких слоев, в каждом из которых расположены характерные для данного слоя объекты. В табл. 2 приведены типы объектов, располагаемые в каждом слое.
Таблица 2. Структура классификатора
| Наименование слоя | Объекты |
| Генетические типы | Площадные объекты наиболее характерных генетических типов четвертичных отложений Нижегородской области |
| Геологические границы | Линейные стратиграфические, тектонические, гидроизогипсы |
| Горные выработки | Типы геологических выработок (скважины, дудки, шурфы), точек геофизических наблюдений и статического зондирования |
| Грунты | Инженерно-геологические виды полускальных, осадочных, техногенных грунтов Нижегородской области |
| Геоморфология | Объекты геоморфологии и физико-геологических процессов и явлений (границы террас, овраги, оползни, карстовые воронки) |
| Гидрогеология | Элементы гидрогеологии (родники, колодцы, гидрогеологические подразделения) |
| Стратиграфия | Возраст четвертичных и коренных отложений |
| Литологические особенности | Наиболее часто встречающиеся литологические особенности грунтов (затофованность, выветрелость, включения) |
Для каждого объекта разработан код, ключ, семантика, позволяющие осуществлять связь и проводить операции по выборке данных, построению карт, математическим расчетам. Классификаторы карт масштабов 1:10 000 и 1:500 предназначены для построения инженерно-геологических карт, соответственно, на стадиях создания генерального плана развития города, разработки проекта строительства и рабочей документации. В районах развития опасных геологических процессов при построении специализированных карт систематизируются и добавляются дополнительные объекты слоев.
База данных геологических карт предшественников, представленных в растровом или векторном виде, состоит из наборов разных по масштабу карт, схем, разрезов, идентифицированных по назначению и архивному номеру отчета.
Ввод и хранение данных
Система ввода в банк данных фонда «Инженерные изыскания» предусматривает импорт текущей геологической информации и ввод архивной информации с бумажных носителей. Текущая геологическая информация представляет собой результаты обработки первичных полевых геологических данных программными средствами, разработанными специалистами треста. Это следующие программы: «Колонка» (создание геолого-литологической колонки для любого масштаба карт по полевым материалам), «Статика» (обработка данных статического зондирования), «Статистика» (статистическая обработка лабораторных определений физико-механических свойств образцов грунтов), «Разрез» (построение инженерно-геологических разрезов как для площадок, так и для линейных объектов, в том числе трасс нефте- и газопроводов), «Лаборатория» (расчеты по результатам определений физико-механических свойств образцов, химического состава подземных вод, коррозионной активности грунтов), «Склон» (расчет устойчивости склонов естественного происхождения).
Топографо-геодезическая информация обрабатывается в программном комплексе CREDO (СП «Кредо-Диалог», Минск, Республика Беларусь).
Структура данных текущей геологической информации ориентирована на структуру банка данных ГИС ГЕОТОП. Перевод топографической информации осуществляется с помощью конвертора.
Для ввода информации с отчетов разработаны паспорта точек наблюдений. Архивная информация анализируется, приводится в соответствие с современными нормативными документами, проверяется координатная привязка.
Для районов развития опасных геологических процессов, например, карстовых проявлений, предусматривается ввод дополнительной информации по зонам развития карстовосуффозионных процессов в скважинах, поверхностным проявлениям карста (провалы, воронки).
Карты на бумажной основе сканируются на планшетных сканерах формата А3 (А0). Отсканированные карты трансформируются, затем выполняется их координатная привязка, а также векторизация в ГИС «Карта 2005».
Хранение данных осуществляется в базе, состоящей из нескольких взаимосвязанных таблиц в формате DB. Растры геологических карт, схем, разрезов хранятся в формате RSW, а пользовательские векторные карты — в формате SIT.
Примеры использования данных
В настоящее время в тресте проходит апробацию методика построения геолого-литологической карты по данным фонда «Инженерные изыскания». Разработана инструкция для специалистов производственно-технического отдела, проводящих работы по систематизации и обработке архивных инженерно-геологических материалов [6]. На один из участков города создана информационная модель геолого-литологической карты, отражающая сведения об условиях залегания и составе грунтов, погребенных оврагах, горных выработках, топографической ситуации. Отработан принцип создания трехмерной матрицы грунтов, позволяющий оперировать геолого-топографическими данными для оценки инженерно-геологического строения территории и просматривать информацию по любому профилю, выработке (рис. 3).
На информационной модели карты-схемы кровли коренных отложений масштаба 1:5000 одного из участков города представлены сведения об абсолютных отметках залегания кровли пермских образований. При проектировании зданий и сооружений, реконструкции уже существующих объектов, аварийных ситуациях возможна оценка глубин и крутизны залегания кровли коренных грунтов под фундаментом промышленных и жилых объектов.
В настоящее время дорабатывается методика построения карты районирования по карстовой опасности. Структура данных, методика построения подробно описаны автором в журнале «Инженерная геология» [7]. Используя данные по скважинам, карстовым провалам, воронкам, условиям залегания отложений, уровням подземных вод, были выделены участки разной степени устойчивости к карстовым процессам.
Разработка методики структурирования геолого-топографических данных городской территории является основой для создания системы нормативных документов и отраслевых стандартов представления информации по топографо-геодезическим, инженерно-геологическим и другим видам инженерных изысканий в едином банке данных.
Формирование банка пространственных геолого-топографических данных, информационное моделирование геологической среды городских территорий позволит: