一种基于三角网的地质体三维模型切割方法

三维地质体模型相交元素之间构成的奇异空间关系与复杂的模型要素形态极大影响了切割算法稳健性及切割结果可靠性.提出一种几何运算与关系表达相统一的地质体三维模型切割算法.算法首先构建交点对象拓扑结构,存储交点与所在三角形单元及空间邻近要素的相对位置关系;然后结合精确谓词法设计完整的边-三角形相交类型分类图,记录27种相交情况与交点位置的对应关系,并在重三角化过程中建立交点调整机制,利用交点对象拓扑结构中关联的空间关系作为上下文约束,有效控制投影降维浮点误差带来的交点位置偏差的不良影响.实验结果表明,算法能够有效处理地质体模型中的三角网退化/近似退化、自相交及共面/近似共面等奇异空间关系,同时具有良好的运算效率.      

小波变换理论的线状要素制图综合研究

空间数据的多尺度表达问题已成为G IS研究的重点,也是地图自动综合的瓶径,如何解决智能化的多尺度表达是迫切需要解决的问题。基于小波分析原理和制图综合原理,利用线状要素的极角变化,对线状要素进行平滑和综合,实现了线状要素数据的制图综合。     

多尺度矿山地质环境评价——以新疆白杨沟矿区为例

从西北地区矿山开发活动空间分布特点出发,建立多尺度矿山地质环境评价体系,分析了多尺度评价指标的量化方法,设定不同尺度的评价单元作为研究对象,有效克服了不同尺度矿山环境评价代表性不足和空间分布的奇异性问题,从整体上把握了矿山地质环境评价尺度和精度.结果表明:多尺度评价方法大大减少了工作量,更具有逻辑性、系统性、可操作性特点,是一种具有应用价值的矿山地质环境评价方法.     

面向成矿分析的黄金遥感数据库归一化模型

在完成全国黄金遥感数据库项目工作实践中提出作用归一化方法,将面向目标分析１关系密切的地质要素进行数据融合处理,建立面向地质成矿分析集属性、几何、拓扑关系于一体的数据模型,从而大大方便了不同要素间空间位置的查询和检索,利于多源数据复合分析,克服了以往的专题分层模型实体间相互割裂的缺陷。     

一种面向对象的三维地下空间矢量数据模型

针对地下空间的真三维连续特性以及建模过程的动态交互编辑与分析要求,提出了一种新的三维地下空间矢量数据模型。该模型采用面向对象思想对地下各种空间对象进行抽象描述;利用模型中的线段要素增强几何元素之间拓扑连接关系的维持,为地质体的切割和地下工程体的开挖等分析提供了算法上的便利;引入拓扑面更好地表达了地下空间对象之间的拓扑邻接关系。该模型在三维地下空间数据的存储管理、查询分析以及实时逼真绘制等方面都表现出较好的性能,适用于地下勘探工程的建模与分析。     

基于图像描述的煤岩裂隙CT图像多尺度特征

基于煤岩孔隙系统多尺度结构特征对深入认识多尺度流体运移机制的重要性,提出了基于图像描述的煤岩CT图像孔隙结构的多尺度精细描述方法。采用了图像的多策略分割技术提取目标,利用Freeman链码对目标的边界进行表达,研究了由形态学、统计矩、链码、计盒维数构造目标之间的关系、目标占有区域与边界的图像描绘子、以及分形描绘子;综合运用上述方法对煤岩CT图像中的大尺度宏观裂纹目标、小尺度细观裂隙目标进行了识别。结果表明,宏观裂纹可由灰度阈值法实现目标提取;小尺度细观裂隙需采用较复杂的分割策略,如基于索贝尔梯度算子的分水岭变换;进一步应用链码表达、图像描绘子和分形描绘子,实现了煤岩孔隙结构在欧氏空间与分形空间的多尺度精确描述。     

地球空间数据集成多尺度问题基础研究

多尺度数据集成是地球空间数据集成中最难处理的问题。将多尺度数据的集成分解为空间和时间多尺度数据集成,在分析应用项目对数据尺度需求的基础上,就两种多尺度数据集成的传统和数据意义上的集成方法进行了详细的探讨。     

广西降水非均匀性多尺度特征与综合评价

针对广西降水时空分配不均、旱涝灾害频发的现象,开展降水非均匀性多尺度特征和综合评价,可为区域应对旱涝灾害及水资源智慧管理提供科学支撑。基于1961—2017年广西87个格点的逐日降水资料,采用降水集中度(PCD)、降水集中期(PCP)指数构建日、候、旬、月、季多时间尺度的降水非均匀性等级评价体系,借助R/S分析和地理空间分析方法讨论了广西时空演变和气候分区特征。研究表明:日、候、旬尺度的PCD和PCP时空变化特征相对一致,较月、季尺度更能表达广西降水的非均匀性特征;广西降水的PCD历时变化在东北地区主要呈现递增趋势,而在西南地区主要呈递减趋势,其未来一段时期的变化趋势与历时演变相同;广西降水的PCD空间分布存在显著的空间自相关性和分层异质性,主要表现在PCD的均值、变异系数和发生频率上;广西降水的综合非均匀性总体呈现东北部地区高度分散、南部地区高度集中、西北和中部地区则为轻度集中或分散的分布格局。月以内的时间尺度是表达广西降水非均匀性的最佳尺度,若要考虑侯、旬尺度更加稳定和日尺度更加精细的优势,则采用候尺度进行逐日滑动计算分析将是最佳方式。     

基于Hymap模拟的星载高光谱数据质量评价

为了有效、合理、客观地评价高光谱卫星数据质量, 充分发挥其在矿产及能源普查方面的作用, 进行了一系列研究.围绕最具代表性的3种载荷指标(几何空间分辨率、波谱分辨率及信噪比)的不同尺度, 从均方差异常、直方图异常、数据相关性异常、反射率曲线异常、信噪比参量以及该模拟数据的实际应用(蚀变信息提取和矿物填图)等多角度入手, 系统而全面地分析了模拟星载Hymap高光谱数据针对不同指标与尺度的影像质量效果.研究结果表明, 这3种载荷指标之间相互制约, 并随着空间分辨率和波谱分辨率的提高将降低图像的信噪比.当几何空间分辨率为15 m、波谱分辨率为15~20 nm, 同时信噪比≥350时, 就可以满足常规的矿物填图要求.      

基于震害统计的城市地下空间地震安全性评价

建筑物的地震安全性是城市规划和建设过程首先要回答的问题。我国城市地震安全性评价的方法理论多针对地上建筑物,而对地下空间的地震安全性研究较为薄弱,严重滞后于城市发展对地下空间的需求。活断层是诱发地震、导致建筑物破坏的的直接因素。考虑到空间关系上,地下空间与断层之间的交互关系为相交或相离。因此,本文将地下空间分为两类:与断层相交的地下空间称为跨断层地下空间,远离断层的地下空间称为远离断层地下空间。本文尝试将断裂带同震地表破裂、地震峰值加速度、地震烈度等地表地震安全性评价考量的要素与地下空间埋藏深度建立联系,并在此基础上总结基于震害统计的地下空间地震安全性评价方法。最后,本文选取地下空间利用需求较高的深圳和北京地区为实例进行介绍。     

面向基元的高空间分辨率矿区遥感影像土地利用分类

为了合理开发矿产资源和有效监测矿区生态环境,采用面向基元的分类方法,对广西横县某矿区的高分辨率航空遥感影像进行了土地利用分类.通过优化分形网络演化多尺度分割方法,高效提取了矿区两个尺度上的影像基元层;基于基元信息,详细分析了各地表地物光谱特征、空间特征以及类相关特征,建立了研究区土地利用的分类知识库;采用决策支持的模糊逻辑推理法进行分类,使分类的精度从53%提高到了90%.表明面向基元的方法能较好地利于高空间分辨率矿区影像的各种特征进行高精度的土地利用分类.      

重磁边界识别方法在西准噶尔地区三维地质填图中的应用

以3种前人所提出的重磁边界识别方法与笔者提出的归一化偏差法作为技术手段(其中归一化偏差法对于数据噪声有着较好的抵抗力)能够较为准确全面地识别边界位置.在分析对比方法原理及应用特性的基础上,通过理论模型试验证明了方法的可靠性和实用性;并针对断裂和地质体边界深部倾向问题,开展了多方法联合及多尺度识别手段试验,获取了更多地质构造及边界的信息.通过将该技术应用于克拉玛依后山地区实际资料的处理解释之中,获得了研究区域内剖面与平面上的断裂和岩体的位置分布及它们的深部倾向信息,并对主要断裂与岩体三维空间特征进行了描述,为该地区三维地质填图和三维地质模型构建提供了重要依据.      

别拉洪河流域湿地变化的多尺度空间自相关分析

利用空间自相关模型,结合GIS技术,对别拉洪河流域不同尺度上湿地空间自相关的动态变化进行了研究。结果表明,自20世纪50年代至2000年,别拉洪河流域湿地面积逐渐减少,湿地全局空间自相关呈先增加后减小再增加的"N"字型趋势;别拉洪河流域湿地高-高自相关类型有逐渐减少并向流域下游扩张的趋势,而低-低自相关类型有逐渐增加并向流域上游扩张的趋势;湿地空间自相关表现出明显的尺度效应,随着研究尺度的增大湿地空间自相关性逐渐增强;别拉洪河流域湿地空间自相关的动态变化主要是由人类对湿地的开发造成的。     

Application of multivariate spatial analysis in scale-based distribution and source study of PAHs in the topsoil: an example from Tianjin,China

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in soil originate from various sources under different spatial scales. Coregionalization analysis is more revealing than univariate geostatistical analysis. Scale-dependent spatial features of variables reflect different sources of spatial variability. In this study, 188 topsoil samples in the Tianjin area were collected. The contents of 16 PAHs and soil background properties were determined for all samples. A multivariate geostatistical approach was used for multi-scale spatial analysis for PAH compounds. Results show that coal combustion was the major source for the spatial distribution patterns of PAHs in the topsoil of the studied area. It worked mainly at the short-range scale (5–10 km). Significant spatial variation patterns were identified. In contrast, no significant spatial distribution trends at the nugget (0–5 km) or long-range scales (10–50 km) were seen. Long-range transport and site contamination of PAHs might not be key contributors in forming the distribution pattern of PAHs in the topsoil of Tianjin area.     

多尺度数字高程模型

以岩土工程边坡数值模拟仿真可视化为研究对象,分析、研究了数字高程模型(DEM)和样条函数。将非均匀B样条曲面拟合和准均匀B样条小波多尺度分解结合起来,实现多尺度DEM地形建模方法,设计了相应的算法。实验结果表明,其建模造型效果逼真,多尺度分辨率明显,是一种高效实用的建模方法。     

基于相干特征的岩石薄片序列图像边缘提取及颗粒分割

针对岩石颗粒边缘模糊、结构复杂的特点,为了更有效地识别颗粒边缘,在基于特征值的C3相干算法的基础上,融合多尺度和多角度的特征表达,提出了一种改进的C3相干算法。该算法综合考虑岩石薄片图像角度域光学特征、空间尺度信息和各向异性信息,能更有效地表征颗粒边缘特征,表现出对复杂矿物结构的适应能力。在采集的岩石薄片正交偏光图像上验证提出的算法,实验结果表明,与原生C3相干算法相比,改进后的C3相干算法在全局图像上的方差和灰度差分乘积分别提升了68.41%和22.91%,信息熵下降了21.61%。     

Bayesian Spatial Modelling of Gamma Ray Count Data

Gamma ray logging is a method routinely employed by geophysicists and environmental engineers in site geology evaluations. Modelling of gamma ray data from individual boreholes assists in the local identification of major lithological changes; modelling these data from a network of boreholes assists with lithological mapping and spatial stratigraphic correlation. In this paper we employ Bayesian spatial partition models to analyse gamma ray data spatially. In particular, a spatial partition is defined via a Voronoi tessellation and the mean intensity is assumed constant in each cell of the partition. The number of vertices generating the tessellation as well as the locations of vertices are assumed unknown, and uncertainty about these quantities is described via a hierarchical prior distribution. We describe the advantages of the spatial partition modelling approach in the context of smoothing gamma ray count data and describe an implementation that may be extended to the fitting of a more general model than a constant mean within each cell of the partition. As an illustration of the methodology we consider a data set collected from a network of eight boreholes, which is part of a geophysical study to assist in mapping the lithology of a site. Gamma ray logs are linked with geological information from cores and the spatial analysis of log data assists with predicting the lithology at unsampled locations.     

基于UDEC颗粒模型的不确定性分析

颗粒模型的不确定性(颗粒形状、大小及空间分布等)严重影响岩石(体)数值模拟结果的可靠性与合理性。基于UDEC软件中的Voronoi颗粒模型,提出了两种Trigon颗粒模型的建立方法并通过软件自带的FISH语言实现。同时,深入分析了单轴压缩条件下颗粒形状、迭代次数(颗粒大小)和随机种子数(颗粒空间分布)对煤岩试样宏观力学行为及其破坏模式的影响。研究结果表明,迭代次数和随机种子数对煤岩单轴抗压强度及其变形特性的影响与颗粒形状相关:对于Trigon颗粒模型,两者影响程度相当;对于Voronoi颗粒模型,随机种子数的影响明显大于迭代次数。煤岩试样破坏过程中产生的微裂纹类型、数量及其发展规律主要受颗粒形状的影响,而受迭代次数和随机种子数的影响不大。岩石试样的破坏模式同时受颗粒形状、迭代次数和随机种子数的影响。因此,真实考虑岩石(体)组成物质的颗粒形状、大小及其空间分布,可有效提高颗粒模型数值模拟的真实性与可靠性。     

遥感数据与化探数据尺度转换及融合应用研究

各种尺度的地学空间数据已成为地质找矿和环境研究中的重要信息源.在遥感数据与地球化学数据的融合处理中存在着空间尺度问题.基于两种数据的性质和特点,利用立方卷积的方法进行两种数据处理中的尺度转换研究,并以内蒙古额仁陶勒盖地区为例,实现了尺度转换后的化探数据和遥感数据融合处理应用.