李小明

（九江地質(zhì)工程勘察院，江西 九江 332000）

我國的地質(zhì)問題一直是學(xué)界研究的重點(diǎn)，因其具備復(fù)雜多變的地貌、發(fā)展迥異的各地地質(zhì)環(huán)境，在這一環(huán)境下進(jìn)行垃圾填埋、跨地區(qū)調(diào)水、建設(shè)樓房等，對于巖土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)的工程師來說，都是極大的挑戰(zhàn)。巖土工程的產(chǎn)生源于土木工程的實(shí)際需要，它將地質(zhì)學(xué)和力學(xué)兩大學(xué)科進(jìn)行結(jié)合，對工程師的技術(shù)要求較高，具有很強(qiáng)的學(xué)術(shù)性和實(shí)用性。

巖土工程地質(zhì)的側(cè)重點(diǎn)在于解決生產(chǎn)和建設(shè)活動中出現(xiàn)的巖土技術(shù)問題，在工程的開發(fā)和運(yùn)營過程中要求工程師做到實(shí)時(shí)監(jiān)督工程目標(biāo)，對地質(zhì)條件進(jìn)行勘察，需要工程師對整個(gè)工程的建設(shè)、開發(fā)及后續(xù)的運(yùn)行管理等方面的安全問題負(fù)責(zé)[1]。因此，巖土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)就具備了重視觀察、重視實(shí)際應(yīng)用的特性。在工程正式開始前，巖土工程地質(zhì)的工程師需要通過勘察地質(zhì)、地形、地貌，并整合勘察數(shù)據(jù)，判斷地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)全貌，預(yù)測在施工過程中會遇到哪些問題，對斷層、深溝、地下巖石的種類都要做出科學(xué)的預(yù)判，同時(shí)，通過勘察數(shù)據(jù)，幫助施工團(tuán)隊(duì)打造施工方案，做到綜合運(yùn)用物探、洞探等工程技術(shù)手段，明確地質(zhì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢方向。設(shè)計(jì)勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對巖土工程地質(zhì)的開發(fā)和研究有極大幫助。

1 巖土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

巖土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜多變的特點(diǎn)，因此在巖土工程開發(fā)過程中使用勘察工具，經(jīng)常會勘察出大量數(shù)據(jù)資料與信息。巖土工程工作的推進(jìn)，離不開對這些勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。如果不對勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就無法深入了解到地質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，也無法對其作出有效的判斷，進(jìn)而會影響到整個(gè)工程的開展。工程概況、預(yù)施工地地質(zhì)情況、勘探設(shè)備狀況、現(xiàn)場模擬測試、室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)等幾個(gè)方面，組成了巖土工程地質(zhì)數(shù)據(jù)勘察[2]。在完成數(shù)據(jù)勘察后，需要整理信息，整合全部數(shù)據(jù)，做出工程實(shí)施報(bào)告，通過巖土工程技術(shù)及時(shí)向施工單位做出反饋，并輔助其進(jìn)行相關(guān)方面的整改。

因此，使用勘察數(shù)據(jù)是巖土工程地質(zhì)的硬性需求。而在巖土工程地質(zhì)的開采設(shè)備和勘察設(shè)備都更新?lián)Q代的同時(shí)，勘察數(shù)據(jù)的采集、整理和處理仍存在處理方法落后、效率差等問題。這是因?yàn)閹r土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)勘察處理辦法，存在分析速度較慢的問題，無法適應(yīng)新時(shí)代的新需求。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 選擇能夠搭載虛擬服務(wù)器的CPU

設(shè)計(jì)勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，需要硬件設(shè)備的支持和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的搭建。從投資、使用度等方面考慮，選用普通的P Ⅱ300 計(jì)算機(jī)就可以滿足系統(tǒng)搭建的需求，同時(shí)需要用到的設(shè)備還有：能夠搭載虛擬服務(wù)器的CPU。

虛擬服務(wù)器的使用方法為通過整合線下的物理存儲服務(wù)器，將服務(wù)器中數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析對比，利用虛擬化技術(shù)，將多臺設(shè)備通過資源分配方法，整合到一臺配置較高的虛擬服務(wù)器中，通過數(shù)據(jù)資源共享模式，將多區(qū)域的物理服務(wù)器轉(zhuǎn)化為虛擬服務(wù)器的運(yùn)作能源[3]。如圖1 所示。

圖1 虛擬服務(wù)器運(yùn)行方法

如圖所示，物理服務(wù)器的數(shù)據(jù)運(yùn)算功能通過虛擬化技術(shù)匯總到虛擬服務(wù)器中，而虛擬服務(wù)器的虛擬機(jī)在VMware VirtualCenter 平臺進(jìn)行運(yùn)行。主板的CPU 性能決定了虛擬服務(wù)器的運(yùn)算能力，虛擬機(jī)的運(yùn)行效率受CPU 主頻參數(shù)影響。CPU 主頻的參數(shù)影響著整個(gè)服務(wù)器的工作效率。CPU 的運(yùn)算能力越強(qiáng)，意味著它的主頻越高。因此在勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，必須保證搭載虛擬服務(wù)器的CPU 內(nèi)核有足夠大的空間進(jìn)行運(yùn)算。所以需要使用能夠滿足需求的大內(nèi)存CPU。

CPU 的選擇方法如下：假設(shè)搭載的服務(wù)器應(yīng)對CPU 的最大使用率為6023，那么在整合物理服務(wù)器過程中，需要使用的虛擬機(jī)的CPU 運(yùn)算能力至少為1.2GHZx5 %=6GHZ，那么在選用CPU 時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用定值不低于主頻為6GHZ（即運(yùn)算能力為1x2x6=12GHZ）的雙核CPU。

通過合理運(yùn)算，選取更適合本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的CPU 完成虛擬系統(tǒng)服務(wù)器的搭建，為本次勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供良好的硬件支持。

2.2 固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)巖土工程勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的過程中，因?yàn)閹r土工程勘察數(shù)據(jù)通常具有保密性質(zhì)，因此需要對存儲數(shù)據(jù)使用的固態(tài)硬盤進(jìn)行保密化處理。

對硬盤進(jìn)行保密化處理設(shè)計(jì)，主要集中在對硬盤用戶的身份驗(yàn)證環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)槭褂谜叩纳矸菪畔⑹枪_的，而用戶身份則會受到固態(tài)硬盤內(nèi)部的用戶表和權(quán)限表的檢測?？梢允褂脃ubikey5 系列的USB 安全密鑰加固硬盤數(shù)據(jù)，安全密鑰能夠生成板載RSA1024 位和2084 位安全密碼，同時(shí)具備雙因素身份認(rèn)證令牌，能夠有效降低固態(tài)硬盤的使用風(fēng)險(xiǎn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 相似勘察數(shù)據(jù)計(jì)算模型設(shè)計(jì)

將從巖土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘察中得到的數(shù)據(jù)，使用字母符號或者數(shù)字符號來代替相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)際名稱。將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行定性，并使用代碼的方式將其標(biāo)識，對數(shù)據(jù)的規(guī)范化有一定的幫助，同時(shí)也能縮短數(shù)據(jù)整理時(shí)間，對規(guī)范行業(yè)起到一定的示范作用，也有助于提升后期在系統(tǒng)中查詢、搜索的工作效率[3]。比如不同地層在數(shù)據(jù)庫中就可以使用代碼來表示，代碼的設(shè)置見表1。

表1 不同地層的數(shù)據(jù)代碼

由表1 可知，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的對象主要是指不同位置的地層名稱，每一層地質(zhì)結(jié)構(gòu)都代表了不同的土質(zhì)特性和積層強(qiáng)度，通過數(shù)字代碼將地層剖面直觀化展示。使用規(guī)范化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方式，能夠更快捷地完成對相似數(shù)據(jù)區(qū)分的計(jì)算。對相似數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分，需要對數(shù)據(jù)集分類后進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法如下：

用T 來代表地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)來源中一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，稱它其中的連續(xù)子序列為satisfy，而T 中所有來源為n 的satisfy 集合定義為S（T，n），假設(shè)兩個(gè)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)Q4-1（數(shù)據(jù)A）和Q4-2（數(shù)據(jù)B）的相似程度定義為：

用D 代指數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，則關(guān)聯(lián)性可定義為：

通過上述定義公式，可以看出數(shù)據(jù)的相似程度計(jì)算取決于n的取值，即數(shù)據(jù)的來源，通過數(shù)據(jù)的上傳渠道和所在區(qū)域，通過計(jì)算，能夠?qū)?shù)據(jù)A 與數(shù)據(jù)B 的相似程度進(jìn)行區(qū)分。構(gòu)建區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)相似度的計(jì)算模型。

3.2 設(shè)置功能模塊

為給巖土工程地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，為此建立了數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的建立流程見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)庫建立流程

如圖3 所示，建立數(shù)據(jù)庫，首先要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，然后分析數(shù)據(jù)的功能和數(shù)據(jù)庫的具體使用目的，最后完成數(shù)據(jù)庫的建立。巖土工程地質(zhì)勘察經(jīng)過整理，已按照地質(zhì)、地層等特征進(jìn)行整理和匯總，初步建立了數(shù)據(jù)庫構(gòu)架。

巖土工程地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)依托數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)支持，可以開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。完成對數(shù)據(jù)的采集和整理后，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建多個(gè)數(shù)據(jù)模塊。分成子系統(tǒng)和母系統(tǒng)，在將各個(gè)模塊進(jìn)行分類的同時(shí)，發(fā)掘這些數(shù)據(jù)和信息之間的時(shí)間、空間關(guān)聯(lián)，并進(jìn)行連接；通過不同模塊的組成，完成勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。利用代碼，設(shè)置數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的基本功能。使用系統(tǒng)硬件，完成整個(gè)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的搭建。

4 實(shí)驗(yàn)論證分析

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

使用的CPU 為Intel core i5，CPU 內(nèi)核/線程為10/20，時(shí)鐘速度5.2GHZ，使用CPU 搭載虛擬服務(wù)器A1，三臺不同區(qū)域的物理服務(wù)器代號為B1、B2、B3 作為環(huán)境支持，完成實(shí)驗(yàn)測試環(huán)境搭建。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)下的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)同樣會參與實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行比較。

4.2 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的處理速度，是否能夠滿足巖土工程地質(zhì)開發(fā)的相關(guān)工作。將本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)與其他兩種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的搜索結(jié)果進(jìn)行比較。首先將5GB 大小的原始勘察數(shù)據(jù)加入系統(tǒng)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。隨后依次向系統(tǒng)中導(dǎo)入原始勘察數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小為10GB、15GB、20GB、25GB、30GB，記錄每次處理數(shù)據(jù)的速度。為保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在數(shù)據(jù)處理完成后，清除系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)，重新導(dǎo)入不同規(guī)模的勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果取三次實(shí)驗(yàn)的平均值。結(jié)果如下：

圖3 不同系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)時(shí)長

由圖3 可以看出，本文設(shè)計(jì)的勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，處理時(shí)間明顯少于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)下的勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)?？梢姳疚脑O(shè)計(jì)的地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在巖土工程地質(zhì)開發(fā)過程中，有較高的實(shí)用性。

5 結(jié)束語

結(jié)合巖土工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，完成勘察數(shù)據(jù)處理這一設(shè)計(jì)要求。本文的地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠有效運(yùn)用到實(shí)際的巖土工程工作中，而存在的不足之處，將在日后通過對算法、巖土工程相關(guān)知識的進(jìn)一步學(xué)習(xí)來彌補(bǔ)，使勘察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠更好地為巖土工程服務(wù)。