地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)的含斷層地質(zhì)體三維建模方法

我國(guó)是一個(gè)多高山、多丘陵的國(guó)家,傳統(tǒng)的鐵路地理信息系統(tǒng)(gis)多從二維的角度出發(fā),很難立體、全面的對(duì)鐵路周圍的地質(zhì)情況進(jìn)行真實(shí)反映.為了解決這個(gè)問題,本文提出了一種基于arcgismultipatch數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的三維建模方法.即從三維建模的角度出發(fā),結(jié)合arcgis的三維模塊以及三維gis在地質(zhì)工程的應(yīng)用,利用arcengine平臺(tái)對(duì)運(yùn)用multipatch元素地質(zhì)體進(jìn)行三維建模.

對(duì)幾種三維空間數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了比較,總結(jié)了克里格(kriging)插值方法在三維地質(zhì)體建模方面的種種優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,借助于gstl開源地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)庫(kù)和wxwidgets界面庫(kù),在dev-cpp開發(fā)環(huán)境下開發(fā)了一個(gè)三維礦體數(shù)據(jù)的克里格插值系統(tǒng),為礦體的三維可視化提供了數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了kriging插值、變異函數(shù)擬合模型擬合程度的驗(yàn)證—交叉驗(yàn)證以及特定格式的結(jié)果輸出等功能。

鑒于剖面是水文地質(zhì)中常見的、有價(jià)值的數(shù)據(jù)形式,提出了基于水文剖面的三維地質(zhì)建模方法,即\"剖面信息提取\

工程地質(zhì)三維建模對(duì)工程決策、地質(zhì)分析預(yù)測(cè)及提高制圖效率有非常重要的意義。本文根據(jù)天津市臨港工業(yè)區(qū)工程地質(zhì)層的特點(diǎn),基于收集的工程地質(zhì)鉆孔、剖面等多源數(shù)據(jù),運(yùn)用gis技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),采用多源數(shù)據(jù)耦合的簡(jiǎn)單層狀地質(zhì)體三維地質(zhì)建模方法,建立了臨港工業(yè)區(qū)工程地質(zhì)三維模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)天津市臨港工業(yè)區(qū)工程地質(zhì)三維模型的可視化編輯分析、虛擬隧道漫游和科學(xué)管理,可為工業(yè)區(qū)的規(guī)劃管理和經(jīng)濟(jì)建設(shè)等方面提供有效服務(wù)支撐。

在分析三維地質(zhì)體建模特點(diǎn)的前提下,利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)知識(shí),提出了一種利用二維剖面構(gòu)建三維塊狀地質(zhì)模型的方法.該方法以用戶編輯的二維地質(zhì)剖面為輸入,尋找地質(zhì)塊體的拓?fù)潢P(guān)系,自動(dòng)構(gòu)建以地質(zhì)塊體為單元的塊狀三維地質(zhì)模型,且能夠讓用戶充分利用已有資料進(jìn)行交互式建模.應(yīng)用實(shí)例表明該方法簡(jiǎn)單有效,具有較強(qiáng)的實(shí)用性.

在煤田地質(zhì)勘探中,面對(duì)復(fù)雜多變的地質(zhì)體,利用三維地質(zhì)建模技術(shù)將其實(shí)際形態(tài)真實(shí)的反映出來,可以有效的指導(dǎo)勘探工程布置、見礦點(diǎn)預(yù)測(cè)等。三維地質(zhì)實(shí)體模型除描述物體的輪廓外,還應(yīng)具備地質(zhì)體體積和表面積計(jì)算、任意方位剖面切割、地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)展示、地層穩(wěn)定性評(píng)價(jià)功能。三維地質(zhì)實(shí)體模型建立方法主要有剖面線法、合并法、相連段法。以寧夏洪澇池勘探區(qū)地質(zhì)實(shí)體模型建立為例,其主要模型包括:鉆孔模型,地形表面模型,煤系地層與斷層等地質(zhì)體三維空間模型等。在最終生成的地質(zhì)模型中,可以清晰反映出q、e、煤系地層、斷層面、煤層底板等高線等地質(zhì)體。

在實(shí)際針對(duì)煤田地質(zhì)加以勘探的過程中，其地質(zhì)體表現(xiàn)出的復(fù)雜性極為明顯，而要確?？碧骄_性，就必須要通過三維地質(zhì)建模技術(shù)，來使得地質(zhì)所表現(xiàn)出的多方面實(shí)際狀態(tài)能夠清晰的反映出來，進(jìn)而為勘探工程的布置以及見礦點(diǎn)預(yù)測(cè)等工作奠定基礎(chǔ)。本篇文章主要針對(duì)真三維地質(zhì)體建模技術(shù)極其在煤田地質(zhì)勘探工作中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討，以期為我國(guó)地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

不規(guī)則三角網(wǎng)(tin),廣義三棱柱(gtp)和四面體(ten)是廣泛應(yīng)用于鉆井三維地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)模型。本文重點(diǎn)研究tin-gtp-ten混合建模方法,通過引入vtk作為可視化工具,利用vtk類庫(kù)中的相關(guān)建模函數(shù)以及其自身數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以點(diǎn)索引號(hào)集合來表達(dá)任意幾何體的特點(diǎn),對(duì)基于鉆井?dāng)?shù)據(jù)的傳統(tǒng)三維地質(zhì)建模過程作了一些改進(jìn)。例如,通過在tin構(gòu)造方法上添加頂點(diǎn)排序步驟,使tin拓?fù)湫畔⒏迂S富。簡(jiǎn)化了gtp模型結(jié)構(gòu),使原來的6組拓?fù)潢P(guān)系只保留兩組,分別為修正的tin-gtp和gtp-頂點(diǎn),其中修正的tin-gtp拓?fù)潢P(guān)系能實(shí)現(xiàn)gtp快速剖分為四面體,用于模型顯示和空間操作分析。此外,利用vtk提供的蝶形細(xì)分方法來得到更加精細(xì)的模型體。實(shí)驗(yàn)表明,本文得到的tin-gtp-ten混合模型可以很好地完成整個(gè)模型系統(tǒng),也能實(shí)現(xiàn)線,面及體的快速查詢,模型數(shù)據(jù)的維護(hù)和更新也更為簡(jiǎn)便。

近年來gis技術(shù)作為關(guān)鍵的空間信息方法,被廣泛應(yīng)用于地理信息相關(guān)的多門類行業(yè)。其中,礦山三維地質(zhì)建模主要是在傳統(tǒng)三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)上,吸收了大量先進(jìn)的科學(xué)信息技術(shù),并有效利用地質(zhì)建模軟件構(gòu)建出基于gis的多元化、多方法的新型三維地質(zhì)建模方法,其能夠在一定程度上保持礦山數(shù)據(jù)在空間與時(shí)間上的統(tǒng)一,提高礦山管理的數(shù)字化程度,使其生產(chǎn)過程能夠更加的安全、可靠。本文主要圍繞應(yīng)用gis的礦山三維地質(zhì)建模方法進(jìn)行了探討分析,以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員的后續(xù)工作提供一些借鑒意義。

section軟件是基于mapgis平臺(tái)二次開發(fā)的地質(zhì)圖件制作工具,與以往掃描矢量化制圖相比,section通過與excel的結(jié)合,提高了制圖精度和效率,便于圖件的整飾與修改。

三維地質(zhì)建模與可視化是數(shù)字礦山的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),對(duì)礦山生產(chǎn)、地學(xué)分析和資源評(píng)估具有重要的意義。以鉆孔信息和地質(zhì)剖面圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),提出了基于剖面的三維地質(zhì)建模流程,建立了地質(zhì)體的面模型及其相應(yīng)的地質(zhì)塊段體模型,最終實(shí)現(xiàn)了“剖面-tin-塊段”(section-tin-block)面體混合構(gòu)模和科學(xué)計(jì)算可視化。對(duì)建模涉及的關(guān)鍵算法進(jìn)行了研究:提出“切開-縫合”法解決了形狀和頂點(diǎn)數(shù)目差異較大的相鄰剖面輪廓線重構(gòu)三維形體問題;研究了含島嶼多邊形的三角剖分算法,解決了含有夾石或孔洞的復(fù)雜地質(zhì)體構(gòu)模問題。

http://www.***.*** 基于imagis的三維建模方法研究1 陳玉萍，武文波 遼寧工程技術(shù)大學(xué)測(cè)繪與地理科學(xué)學(xué)院，遼寧阜新（123000） e-mail：clark929@sohu.com 摘要：作者首先對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何糾正和數(shù)字化，然后利用三維地理信息系統(tǒng)軟件 imagis3.0,對(duì)數(shù)字化地圖進(jìn)行預(yù)處理、三維建模、紋理粘貼，建立了遼寧工程技術(shù)大學(xué)三 維景觀模型，實(shí)現(xiàn)了基于imagis的三維建模方法的研究，并就有關(guān)問題進(jìn)行了討論。 關(guān)鍵詞：imagis；數(shù)字地圖；三維建模；紋理粘貼 1.引言 近年來隨著城市規(guī)劃、交通、旅游、政府決策等部門對(duì)現(xiàn)實(shí)世界真實(shí)表現(xiàn)需求的日益 增加,三維gis已成為國(guó)內(nèi)外gis界的研究熱點(diǎn)。三維景觀圖以直觀的三維地形、地物代替了 抽象的地圖符號(hào)，這就使得地圖超出了傳統(tǒng)的地理信息符號(hào)化、空間信息水平化和

三維空間建模方法是三維地勘工程gis研究的核心問題之一。提出一種基于似三棱柱體元的三維數(shù)據(jù)模型,模型包含頂點(diǎn)、線段(棱邊、三角形邊)、三角形、側(cè)面四邊形、三棱柱體元5個(gè)基本元素,和點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象、面對(duì)象、體對(duì)象、復(fù)雜對(duì)象、空間對(duì)象等6個(gè)對(duì)象。設(shè)計(jì)了5個(gè)基本元素和3種地質(zhì)對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和它們之間的拓?fù)潢P(guān)系。以巖體和巷道為例,給出了似三棱柱體建模思路和算法。利用內(nèi)蒙古某礦區(qū)實(shí)際鉆孔資料和模擬巷道數(shù)據(jù)對(duì)所開發(fā)的系統(tǒng)原型進(jìn)行驗(yàn)證。研究表明,基于似三棱柱體元的數(shù)據(jù)模型的優(yōu)勢(shì)在于可以表示空間對(duì)象的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu),便于建模和節(jié)省存儲(chǔ)空間,同時(shí)便于不規(guī)則的自然地質(zhì)體和規(guī)則勘探工程建模。

隨著數(shù)字化測(cè)量的發(fā)展，三維激光掃描儀能夠快速地以多角度、高效、高精度方式獲取物體的表面三維數(shù)據(jù)，可以用于校園典型建筑物的三維建模。以云南師范大學(xué)呈貢校區(qū)內(nèi)的國(guó)立西南聯(lián)合大學(xué)紀(jì)念碑和國(guó)立昆明師范學(xué)院紀(jì)念柱為典型建筑物三維建模對(duì)象，首先采用徠卡p40三維激光掃描儀采集它的三維點(diǎn)云信息，然后利用cyclone軟件對(duì)多站式點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、統(tǒng)一化和去燥，將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入geornagicstudio軟件．對(duì)其進(jìn)行封裝、孔洞填充、平滑等相關(guān)處理，構(gòu)建其三維模型并對(duì)模型進(jìn)行紋理映射，最終完成校園典型建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維模型構(gòu)建。該三維建模流程方法對(duì)校園典型建筑物的三維建?？扇〉幂^好的效果。

針對(duì)于地表以下地質(zhì)空間的研究,三維地質(zhì)模型是一個(gè)可以有效、直接的研究方法。本文從鉆孔、剖面和散點(diǎn)三個(gè)角度對(duì)地質(zhì)空間三維動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行理論和構(gòu)建方面的闡述,伴隨著三維gis技術(shù)的發(fā)展,為地質(zhì)空間三維動(dòng)態(tài)模型的深入提供了更廣闊的前景。

由于深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、地質(zhì)信息的不確定性,使得三維地質(zhì)模型一直存在可信度問題。通過多元數(shù)據(jù)的綜合分析、對(duì)比、相互約束,能夠較為準(zhǔn)確的控制深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)與隱伏地質(zhì)體,進(jìn)而提升地質(zhì)模型可信度。該方法在銅陵礦集區(qū)建模工作中取得較好效果。

隨著淺地表礦床發(fā)現(xiàn)的難度增大,資源勘查深度增加,三維建模技術(shù)在深部找礦中作用更加突出。三維地質(zhì)模型的精確程度直接決定了對(duì)地質(zhì)背景及成礦條件的認(rèn)知程度,為此提出了一套基于航磁資料處理與三維可視化相結(jié)合的三維地質(zhì)建模技術(shù)。對(duì)研究區(qū)選取適當(dāng)剖面進(jìn)行二維反演,獲得各剖面地質(zhì)模型。通過剖面相連法構(gòu)建各地質(zhì)單元的三維地質(zhì)模型后,引入起伏地形三維塊體磁場(chǎng)正演技術(shù),對(duì)構(gòu)建的三維初始模型正演計(jì)算,從而獲取全區(qū)三維地質(zhì)模型及各地質(zhì)單元的航磁異常理論響應(yīng)。與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析后,合理添加地質(zhì)約束條件,重新修正模型,使得構(gòu)建的模型最大程度接近實(shí)際情況,這樣模型既能很好地反映地質(zhì)信息,又能滿足觀測(cè)場(chǎng)與理論場(chǎng)的擬合誤差最小,最大限度發(fā)揮地質(zhì)學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)區(qū)域地質(zhì)的理解。利用主塊體和次級(jí)塊體思想對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行剖分建模,在保證模型精度的同時(shí),減少總的模型塊體個(gè)數(shù),大幅提高模型正演運(yùn)算速度,有效解決三維反演建模方法在建模過程中對(duì)模型復(fù)雜度和規(guī)模的限制,可方便構(gòu)建形態(tài)復(fù)雜、不同規(guī)模的三維地質(zhì)模型。并將該方法應(yīng)用于湖北大冶鐵礦區(qū),構(gòu)建大冶鐵礦研究區(qū)三維地質(zhì)模型,驗(yàn)證了該方法的可行性及合理性。

在油氣開發(fā)領(lǐng)域,經(jīng)常采用網(wǎng)格模型對(duì)地形進(jìn)行描述,而網(wǎng)格模型的大數(shù)據(jù)量成為實(shí)時(shí)繪制的瓶頸。因此,對(duì)地形網(wǎng)格模型進(jìn)行簡(jiǎn)化的同時(shí)必須對(duì)現(xiàn)有算法進(jìn)行加速。提出了一種三維地質(zhì)模型的快速建模方法:通過刪除頂點(diǎn)法矢量變化不明顯的點(diǎn)來減少數(shù)據(jù)量,同時(shí)運(yùn)用gpu技術(shù)將海量地形數(shù)據(jù)進(jìn)行并行計(jì)算進(jìn)而提高建模速度。試驗(yàn)結(jié)果表明,該算法能夠在保證在失真較低的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算速度的大幅提升以及網(wǎng)格模型較大幅度的簡(jiǎn)化,從而滿足實(shí)時(shí)顯示的需要。

在油氣開發(fā)領(lǐng)域，經(jīng)常采用網(wǎng)格模型對(duì)地形進(jìn)行描述，而網(wǎng)格模型的大數(shù)據(jù)量成為實(shí)時(shí)繪制的瓶頸。因此，對(duì)地形網(wǎng)格模型進(jìn)行簡(jiǎn)化的同時(shí)必須對(duì)現(xiàn)有算法進(jìn)行加速。提出了一種三維地質(zhì)模型的快速建模方法：通過刪除頂點(diǎn)法矢量變化不明顯的點(diǎn)來減少數(shù)據(jù)量，同時(shí)運(yùn)用gpu技術(shù)將海量地形數(shù)據(jù)進(jìn)行并行計(jì)算進(jìn)而提高建模速度。試驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能夠在保證在失真較低的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算速度的大幅提升以及網(wǎng)格模型較大幅度的簡(jiǎn)化，從而滿足實(shí)時(shí)顯示的需要。

在油氣開發(fā)領(lǐng)域，經(jīng)常采用網(wǎng)格模型對(duì)地形進(jìn)行描述，而網(wǎng)格模型的大數(shù)據(jù)量成為實(shí)時(shí)繪制的瓶頸。因此，對(duì)地形網(wǎng)格模型進(jìn)行簡(jiǎn)化的同時(shí)必須對(duì)現(xiàn)有算法進(jìn)行加速。提出了一種三維地質(zhì)模型的快速建模方法：通過刪除頂點(diǎn)法矢量變化不明顯的點(diǎn)來減少數(shù)據(jù)量，同時(shí)運(yùn)用gpu技術(shù)將海量地形數(shù)據(jù)進(jìn)行并行計(jì)算進(jìn)而提高建模速度。試驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能夠在保證在失真較低的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算速度的大幅提升以及網(wǎng)格模型較大幅度的簡(jiǎn)化，從而滿足實(shí)時(shí)顯示的需要。

文章介紹了三維地質(zhì)建模的相關(guān)研究方法及現(xiàn)狀,并和鐵路工程的長(zhǎng)大帶狀以及海量數(shù)據(jù)特點(diǎn)做了配準(zhǔn)度分析。詳細(xì)介紹了鐵路數(shù)字化選線系統(tǒng)的研發(fā)理念、實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及三維建模特點(diǎn),在此基礎(chǔ)上闡明了基于鐵路數(shù)字化選線系統(tǒng)的線路工程地質(zhì)虛擬環(huán)境建模方法,并進(jìn)行了深入分析。分析表明,基于鐵路數(shù)字化選線系統(tǒng)的工程地質(zhì)虛擬環(huán)境建模是適合于鐵路長(zhǎng)大帶狀以及海量數(shù)據(jù)特點(diǎn)的方法。

針對(duì)圍斜內(nèi)傾的\"漏斗\"狀火山口三維地質(zhì)建模問題,提出了基于地質(zhì)剖面進(jìn)行火山口三維地質(zhì)建模的方法。首先對(duì)火山口地表地質(zhì)界線和剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配提取三維地質(zhì)界線,然后根據(jù)三維地質(zhì)界線\"平緩\"或\"陡峭\"等特點(diǎn)提出不同的地質(zhì)界面建模方案。具體以福建鎮(zhèn)前幅石門火山口為例,用常規(guī)方法建立的角礫流紋巖界面存在\"尖點(diǎn)\"現(xiàn)象,且不經(jīng)過原始的地質(zhì)界線。采用biharmonic樣條模擬得到的地質(zhì)界面光滑且貼合效果較好,但發(fā)現(xiàn)其對(duì)平緩的角礫流紋巖界面建模有效,對(duì)于陡峭的火山角礫巖界面建模會(huì)出現(xiàn)形態(tài)突變的情況,為此提出將陡峭的三維地質(zhì)界線數(shù)據(jù)按照空間三角網(wǎng)的形式組織,采用基于空間三角網(wǎng)的改進(jìn)clough-tocher算法進(jìn)行空間建模。最后,地質(zhì)界面加上地形和底面約束封閉成火山口地質(zhì)體模型。