基于鉆孔數據和交叉折剖面約束三維地層建模方法

鉆探、物探等工程地質勘察數據是揭示工程巖體空間狀態(tài)的原始數據,其大量原始數據的處理是工程巖體三維構模中存在的主要困難之一。從三維構模的角度出發(fā),將工程巖體按幾何特征抽象為連續(xù)性巖體、斷裂巖體、倒轉褶皺巖體和侵入巖體4種結構單元類型。由于鉆孔數據是描述工程巖體的重要原始數據,且具有多尺度性的特點,以鉆孔數據為例,提出原始數據的縱向概化準則、橫向概化準則和縱橫向協調準則的處理方法,解決工程巖體多尺度顯示問題。根據地質學的地質數據解釋方法,結合巖層層狀分布的特點,提出工程巖體三維構模中急需的鉆孔數據處理方法:原始數據縱向概化準則和原始數據層處理概化方法。利用層處理方法對實測鉆孔數據進行概化處理,確定工程巖體所對應的結構單元類型,進而建立組合結構工程巖體三維模型,驗證了所提出的鉆孔數據處理方法的可行性。

原始數據處理是工程巖體三維構模中存在的主要困難之一。從三維構模的角度,將工程巖體按幾何特征抽象為4種結構單元類型。鉆孔數據是描述工程巖體的重要原始數據,具有多尺度性。針對這個特點,提出鉆孔數據縱向概化準則,解決工程巖體多尺度顯示問題;根據地質學的地質數據解譯方法,結合巖層層狀分布的特點,提出層處理方法對鉆孔數據進行概化處理,確定工程巖體所對應的結構單元類型,創(chuàng)建工程巖體結構單元三維構模數據,建立由鉆孔數據所得到的工程巖體三維模型。

提出一種基于交叉折剖面的三維地質模型自動構建方法,重點解決模型構建中\(zhòng)"高精度\"和\"快速\"的難題。該方法擴大了建?？衫玫臄祿?提高了建模的自動化程度,構建的模型質量得以提高?；谠摲椒ㄩ_發(fā)了一個原型系統(tǒng),并成功應用到北京市奧運場區(qū)的工程建設層三維地質建模中,結果表明該方法具有建立實際三維地質模型的能力。

含斷層地質體的三維建模方法充分利用地質剖面數據對現有線框模型進行改進,能夠根據地質剖面圖的特點半自動化地發(fā)現地質斷層線,從而構建三維地質斷層面和地層面,然后利用opengl加以渲染顯示。本文以貴州省黔西縣龍井煤礦為研究實例,在自主研發(fā)的三維地質建模軟件中驗證了該方法的可行性。實踐表明,該方法能有效地利用現有的紙質地質剖面數據實現含斷層地質體的三維建模與可視化。

在鉆孔分布合理的條件下,利用鉆孔數據對地層進行插值重構是正確認識地質構造的重要手段,選取合理、有效的插值方法是保證空間地質建模質量的根本。通過對最小二乘法、三角剖分法和克里金法等幾種常用插值重構方法的闡述和數值實驗,對云南中部地區(qū)地質鉆孔數據進行了處理,在253個鉆孔中隨機抽取90余個樣本點進行了比較:三角剖分插值算法及最小二乘距離加權插值算法是全局插值擬合方法,當增加、修改和刪除數據點時均需重新計算權函數或線性方程組的解,算法的穩(wěn)定性和效率都明顯下降,可在不追求精度時選用;而克里金插值法是局部插值方法,適用于精度要求較高的場合。

建立三維的土層模型是開展巖土工程數字化基礎工作之一.文章介紹運用柵格法在基于鉆孔數據情況下構建土層三維模型.該方法能夠在建模中簡單通過柵格層之間的運算關系處理土層之間拓撲關系,能夠大大減少拓撲關系處理的計算量.在此以杭州地震小區(qū)劃項目中江北區(qū)三維建模工作為例,驗證了該方法能有效滿足工程需要.

鑒于剖面是水文地質中常見的、有價值的數據形式,提出了基于水文剖面的三維地質建模方法,即\"剖面信息提取\

本文針對嵌入式系統(tǒng)的內存資源及計算能力有限的特點,設計了一種基于線形四叉數結構的靜態(tài)lod(levelofdetail)地形,采用分層分塊的方法來組織格網的地形數據。在此基礎上,對數據動態(tài)調度過程中的相關問題進行了分析,實現了基于多分辨率lod的二維地形數據調度算法,較好地解決了嵌入式系統(tǒng)地形數據的實時可視化問題。

在分析三維地質體建模特點的前提下,利用計算機圖形學相關知識,提出了一種利用二維剖面構建三維塊狀地質模型的方法.該方法以用戶編輯的二維地質剖面為輸入,尋找地質塊體的拓撲關系,自動構建以地質塊體為單元的塊狀三維地質模型,且能夠讓用戶充分利用已有資料進行交互式建模.應用實例表明該方法簡單有效,具有較強的實用性.

三維地質建模與可視化是數字礦山的一項關鍵技術,對礦山生產、地學分析和資源評估具有重要的意義。以鉆孔信息和地質剖面圖為基礎數據,提出了基于剖面的三維地質建模流程,建立了地質體的面模型及其相應的地質塊段體模型,最終實現了“剖面-tin-塊段”(section-tin-block)面體混合構模和科學計算可視化。對建模涉及的關鍵算法進行了研究:提出“切開-縫合”法解決了形狀和頂點數目差異較大的相鄰剖面輪廓線重構三維形體問題;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雜地質體構模問題。

不規(guī)則三角網(tin),廣義三棱柱(gtp)和四面體(ten)是廣泛應用于鉆井三維地質建模的數據模型。本文重點研究tin-gtp-ten混合建模方法,通過引入vtk作為可視化工具,利用vtk類庫中的相關建模函數以及其自身數據結構以點索引號集合來表達任意幾何體的特點,對基于鉆井數據的傳統(tǒng)三維地質建模過程作了一些改進。例如,通過在tin構造方法上添加頂點排序步驟,使tin拓撲信息更加豐富。簡化了gtp模型結構,使原來的6組拓撲關系只保留兩組,分別為修正的tin-gtp和gtp-頂點,其中修正的tin-gtp拓撲關系能實現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提供的蝶形細分方法來得到更加精細的模型體。實驗表明,本文得到的tin-gtp-ten混合模型可以很好地完成整個模型系統(tǒng),也能實現線,面及體的快速查詢,模型數據的維護和更新也更為簡便。

對幾種三維空間數據模型進行了比較,總結了克里格(kriging)插值方法在三維地質體建模方面的種種優(yōu)點。在此基礎上,借助于gstl開源地質統(tǒng)計學庫和wxwidgets界面庫,在dev-cpp開發(fā)環(huán)境下開發(fā)了一個三維礦體數據的克里格插值系統(tǒng),為礦體的三維可視化提供了數據支持。該系統(tǒng)實現了kriging插值、變異函數擬合模型擬合程度的驗證—交叉驗證以及特定格式的結果輸出等功能。

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

http://www.***.*** 基于imagis的三維建模方法研究1 陳玉萍，武文波 遼寧工程技術大學測繪與地理科學學院，遼寧阜新（123000） e-mail：clark929@sohu.com 摘要：作者首先對遙感影像進行幾何糾正和數字化，然后利用三維地理信息系統(tǒng)軟件 imagis3.0,對數字化地圖進行預處理、三維建模、紋理粘貼，建立了遼寧工程技術大學三 維景觀模型，實現了基于imagis的三維建模方法的研究，并就有關問題進行了討論。 關鍵詞：imagis；數字地圖；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、政府決策等部門對現實世界真實表現需求的日益 增加,三維gis已成為國內外gis界的研究熱點。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，這就使得地圖超出了傳統(tǒng)的地理信息符號化、空間信息水平化和

針對圍斜內傾的\"漏斗\"狀火山口三維地質建模問題,提出了基于地質剖面進行火山口三維地質建模的方法。首先對火山口地表地質界線和剖面數據進行匹配提取三維地質界線,然后根據三維地質界線\"平緩\"或\"陡峭\"等特點提出不同的地質界面建模方案。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\"現象,且不經過原始的地質界線。采用biharmonic樣條模擬得到的地質界面光滑且貼合效果較好,但發(fā)現其對平緩的角礫流紋巖界面建模有效,對于陡峭的火山角礫巖界面建模會出現形態(tài)突變的情況,為此提出將陡峭的三維地質界線數據按照空間三角網的形式組織,采用基于空間三角網的改進clough-tocher算法進行空間建模。最后,地質界面加上地形和底面約束封閉成火山口地質體模型。

地質剖面是三維地質建模的重要數據源,運用地質剖面構建三維地質模型的方法應用較為廣泛。在模型構建之前,統(tǒng)一確定模數據的坐標系和比例足,建立原始資料數據庫。構建三維地質模型的關鍵是不同地質界面。本文詳細介紹了模型邊界面、斷層面、地層界面、巖體界面等4種主要地質界面的構建流程與方法,尤其對褶皺構造、地層界面的斷層效應、復雜巖體界面等的構建進行了重點闡述按模型邊界面(模型的底界面和四周邊界面)、dem面、斷層面、其他地質界面的順序依次構建地質界面,構建斷層面和其他地質界面時嚴格按先新后老的順序。運用已構建好的地質界面按先新后老的順序逐個、依次建立單個地質體,再將所有地質體的面模型組合成整個模型的面模型。通過對面模型進行網格(實體)填充和對網格賦予相應的屬性值,最終構建三維地質模型。

隨著數字化測量的發(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據，可以用于校園典型建筑物的三維建模。以云南師范大學呈貢校區(qū)內的國立西南聯合大學紀念碑和國立昆明師范學院紀念柱為典型建筑物三維建模對象，首先采用徠卡p40三維激光掃描儀采集它的三維點云信息，然后利用cyclone軟件對多站式點云數據進行拼接、統(tǒng)一化和去燥，將處理后的點云數據導入geornagicstudio軟件．對其進行封裝、孔洞填充、平滑等相關處理，構建其三維模型并對模型進行紋理映射，最終完成校園典型建筑物點云數據的三維模型構建。該三維建模流程方法對校園典型建筑物的三維建?？扇〉幂^好的效果。

由于深部地質結構的復雜性、地質信息的不確定性,使得三維地質模型一直存在可信度問題。通過多元數據的綜合分析、對比、相互約束,能夠較為準確的控制深部地質結構與隱伏地質體,進而提升地質模型可信度。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)現的難度增大,資源勘查深度增加,三維建模技術在深部找礦中作用更加突出。三維地質模型的精確程度直接決定了對地質背景及成礦條件的認知程度,為此提出了一套基于航磁資料處理與三維可視化相結合的三維地質建模技術。對研究區(qū)選取適當剖面進行二維反演,獲得各剖面地質模型。通過剖面相連法構建各地質單元的三維地質模型后,引入起伏地形三維塊體磁場正演技術,對構建的三維初始模型正演計算,從而獲取全區(qū)三維地質模型及各地質單元的航磁異常理論響應。與實測結果對比分析后,合理添加地質約束條件,重新修正模型,使得構建的模型最大程度接近實際情況,這樣模型既能很好地反映地質信息,又能滿足觀測場與理論場的擬合誤差最小,最大限度發(fā)揮地質學家的經驗和對區(qū)域地質的理解。利用主塊體和次級塊體思想對地質體進行剖分建模,在保證模型精度的同時,減少總的模型塊體個數,大幅提高模型正演運算速度,有效解決三維反演建模方法在建模過程中對模型復雜度和規(guī)模的限制,可方便構建形態(tài)復雜、不同規(guī)模的三維地質模型。并將該方法應用于湖北大冶鐵礦區(qū),構建大冶鐵礦研究區(qū)三維地質模型,驗證了該方法的可行性及合理性。

隨著淺地表礦床發(fā)現的難度增大，資源勘查深度增加，三維建模技術在深部找礦中作用更加突出。三維地質模型的精確程度直接決定了對地質背景及成礦條件的認知程度，為此提出了一套基于航磁資料處理與三維可視化相結合的三維地質建模技術。對研究區(qū)選取適當剖面進行二維反演，獲得各剖面地質模型。通過剖面相連法構建各地質單元的三維地質模型后．引入起伏地形三維塊體磁場正演技術。對構建的三維初始模型正演計算，從而獲取全區(qū)三維地質模型及各地質單元的航磁異常理論響應。與實測結果對比分析后，合理添加地質約束條件，重新修正模型，使得構建的模型最大程度接近實際情況．這樣模型既能很好地反映地質信息，又能滿足觀測場與理論場的擬合誤差最小，最大限度發(fā)揮地質學家的經驗和對區(qū)域地質的理解。利用主塊體和次級塊體思想對地質體進行剖分建模．在保證模型精度的同時，減少總的模型塊體個數，大幅提高模型正演運算速度，有效解決三維反演建模方法在建模過程中對模型復雜度和規(guī)模的限制，可方便構建形態(tài)復雜、不同規(guī)模的三維地質模型。并將該方法應用于湖北大冶鐵礦區(qū)，構建大冶鐵礦研究區(qū)三維地質模型．驗證了該方法的可行性及合理性。

在數值模擬分析中,數值模型與實際地質模型是否吻合,直接影響著分析的可靠性。本文通過對眾多礦山數值模擬分析資料進行匯總提煉,總結出四種建立礦山三維數值模型的建模方法:塊體堆積建模法、面拉伸建模法、坐標建模法和質心點坐標建模法。同時對露天礦山、淺部地下礦山和深部地下礦山各自數值模擬研究中建模方法的選擇給出了合理的建議,可為類似研究提供參考。

將指路標志劃分為各種路標指示項.結合道路網的拓撲結構,定義了路標指示項的狀態(tài)函數集,并把路標指示項分為狀態(tài)性標識、連接性標識和方向性標識3類.交叉口是指路標志必須反映的本質特征,也是指路標志建模的關鍵.基于交叉口特征函數集的指路標志建模方法是通過交叉口特征函數的運算確定路標指示項的狀態(tài)函數集.以實際路網交叉口為例,構建了連接性標識模型.