基于GIS空间分析的虚拟钻孔确定与实现方法

在三维地质建模过程中,通过引入一定数量的虚拟钻孔,对地层分界面几何形态更加精确的控制,不仅能够明显改善地质分界面网格的质量,而且能够提高模型精度和可视化效果。现有虚拟钻孔的引入途径主要通过手工添加实现,受人为主观因素影响较大,且自动化水平低,耗时、费力,针对这一问题,提出了一种基于GIS空间分析的虚拟钻孔确定与实现方法。以地质勘查获取的钻孔数据和地质剖面图为数据源,在ArcGIS平台的支持下,综合运用自动矢量化（Arc Scan）、要素转点（Feature To Point）、创建TIN （Create Tin）、TIN转三角形（Tinto Triangle）、泰森多边形（Create Thiessen Polygons）和相交（Intersect）等空间分析和文件转换工具,分别生成断层构造和建模区域内的二维（2D）虚拟钻孔点;而后,在利用插值工具生成各地层栅格表面的基础上,结合图形插值（Interpolate Shape）工具将2D虚拟钻孔点投影为三维（3D）虚拟钻孔;然后,利用Model Builder可视化建模工具设计了生成虚拟钻孔的模型,实现虚拟钻孔创建的自动化;最后,将获得的3D虚拟钻孔应用于三维地质建模,并进行了建模对比实验,结果表明,该方法具有一定有效性、实用性和可操作性。      

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

一种基于钻孔地质数据的快速递进三维地质建模方法

三维地质建模是地质数据可视化和空间分析的关键技术之一。针对传统建模方法建模速度慢、建模效率和精度较低的问题,提出了一种直接基于钻孔的点→线→面→体快速递进三维地质建模方法。该方法先对钻孔地层信息进行人机交互对比构成地质剖面,再按钻孔实际坐标在三维空间中还原地质剖面的实际位置,接着通过对剖面间的地层连线进行Kriging插值,形成一系列地层面模型,然后以此为基础构建三维地质框架模型,最后利用BSP矢量剪切技术来裁剪模型边界,形成研究区三维地质模型。该方法在福州市上街镇三维城市地质模型构建的实际应用中得到了验证。实践结果表明,该方法不仅可以实现三维地质模型的快速构建,还可以显著提高三维地质模型的精度。     

基于多源数据的三维地质建模——以东莞市滨海湾新区为例

由于地质结构的复杂性、地质数据的多源异构性,复杂地质体的快速自动化建模一直是三维地质建模领域的研究难点。本文以东莞市滨海湾新区为例,使用MAPGIS 10.0软件,采用基于多源数据约束的钻孔自动建模和基岩产状下推建模融合的建模方法,并在区域分界面-基岩顶面的约束下实现第四系地质体与基岩地质体的无缝拼接,实现了复杂层状地质体的快速自动构建。对于建模区域第四系地质体的构建,采用针对层状地质体建模的多源数据约束钻孔自动建模方法,以钻孔为基础数据,采用不规则三角网构建第四系地质界面,同时加入地质剖面、地质图、数字高程模型等多源数据作为约束,弥补了钻孔分布的不均匀性,使建立的模型更加符合实际地质情况。对于浅层基岩地质体的构建,使用基于基岩地质图、断层和产状信息的基岩产状下推建模方法,在保证建模效果的前提下,提高了建模效率和自动化程度,并能准确地反映断层等地质现象。计算的实际孔与模型孔的地层厚度差值表明构建的三维地质模型精度较高,可为东莞市滨海湾新区城市地质工作提供重要的基础数据支撑。     

复杂地质体三维实体建模方法

依托常规GIS技术的建模手段不能满足复杂地质体三维实体建模的需求,其建模效果在真三维建模、实体模型应用等方面受限。本文根据复杂地质体的特征,将复杂地质体分为层状的连续型非倒转地质体、非连续型(断裂)地质体、倒转褶皱地质体和非层状地质体。从三维实体建模的角度,提出数据拆分、数据控制、数据简化三种建模数据处理方法,并借助三维GIS的可视化技术与GOCAD真三维建模能力,研究基于GOCAD软件的复杂地质体三维实体建模方法,详细阐述了四类复杂地质体的具体实现方法,并构建三维实体模型。     

多源数据三维地质结构模型约束的属性建模方法：以北京市通州城市副中心为例

支持多源异构数据的三维地质建模方法一直是三维地质建模研究的重点和难点之一。本文以北京市通州城市副中心工程地质勘察为例,设计了一种多源数据三维地质模型自动建模方法。该方法首先在数据预处理阶段,利用剖面、地震剖面解译及等值面(线)等数据生成虚拟钻孔,从而将异构的多源数据统一转换成同构的虚拟钻孔数据,然后利用钻孔和虚拟钻孔实现三维地质结构的自动化建模;根据已构建的三维地质结构创建属性模型结构约束,采用六面体网格或四面体的单元结构构建属性模型网格;属性模型网格中的每个属性块通过三维空间插值方法进行属性赋值,然后将属性变化映射为颜色变化,建立了相应的三维地质属性模型,实现了多源数据三维地质结构模型约束的属性建模。该方法已经应用在工程地质勘察和城市地下空间开发等领域,通过使用多源异构的建模数据,使构建的三维地质模型更加完善,有助于三维地质模型的推广和应用。     

一种含断层的复杂层状地质体三维自动构模方法研究

为了使复杂地质体建模过程趋向于自动化、简单化,在分析了复杂层状地质体的空间信息特征的基础上,提出了一种针对含断层的层状地质体的自动构建方法。该方法先对地质钻孔资料、地质报告图进行预处理,从而获得离散的数据点;然后选择基于表面模型的建模方法,根据从钻孔分层信息到剖面图再到地层面的建模流程,分别构建出地质体的顶、底两个地层表面模型;根据空间拓扑关系处理断层结构,将断层以两条首尾相连的约束线嵌入地面模型中;最后使用轮廓线拼接法生成侧面,将顶、底、侧面缝合成封闭的三维地层体模型。利用自主开发的三维可视化系统对该方法进行验证实现,并成功应用于山西省某煤田矿区的三维地质建模中,实践表明,该建模方法高效快速,自动化程度高,所构建的地质体模型表达复杂地质结构的效果良好。     

鄂尔多斯盆地白垩系三维地质建模研究

鄂尔多斯白垩系盆地三维地质建模是三维地下水数值模拟的基础。对于大尺度复杂区域的地质建模,选择了新一代三维地质建模软件GOCAD。以现有的钻孔、物探和地质基岩图等数据为基础,建立了以ArcGIS为平台的含水层地下水信息系统,以数字高程模型(DEM)作为地表模型,用离散光滑插值方法建立白垩系各含水岩组地质模型和地质体模型。经过误差分析,所建立的地质模型能满足当前的精度要求,同时也验证了建模思路的可行性。     

三维地质建模过程中综合地质剖面构建方法研究

综合地质剖面是三维地质建模重要的数据源,在地质构造复杂地区运用综合地质剖面构建三维地质模型的方法应用较为广泛。本文以成都市为例,详细介绍了综合地质剖面构建需要准备的地质资料、剖面的部署原则和构建方法,并解决了剖面构建过程中遇到的同时代、同层位的不同地层之间的连接问题。实践表明,通过综合地质剖面的构建,可以充分发挥地质技术人员在三维地质建模中的主观能动性,准确刻画复杂地质体在三维空间的展布情况,有效实现复杂地质体交互式半自动建模,提高三维地质建模的效率和精准度。     

利用GEOSIS软件平台建立三维地质可视模型——以典型岩溶流域湖南洛塔为例

探讨了洛塔典型岩溶流域在缺乏钻孔资料的情况下,利用系列地质剖面、地质图、DEM等现有资料建立三维地质模型的建模方法及模型的应用。其中地质剖面数据的获取采用了计算机自动提取地形高程、地层界线、地下河位置等信息制图,精确快速。三维建模过程使用Geo SIS三维地质建模软件平台,以超体元实体模型、断层数学模型、褶皱几何模型等进行建模,模型形象逼真。建好的三维模型可以进行任意方向、角度的切割;进行地下漫游、放大、三维观察地层与断层之间的关系;进行揭层三维显示及单层三维显示; 进行任意形状的开挖显示。从建模的角度考虑,该方法对仅有地形图、水文地质图和极少量钻孔资料的情况下建立三维地质模型,具有普遍推广的意义。      

基于Unity3D引擎的三维可视化技术在煤炭地震勘探中的应用

为满足地震勘探报告三维可视化的需要,以Unity3D引擎为开发平台,利用GIS 3D分析及3DS max三维建模,研究应用煤炭地震勘探三维可视化技术,实现三维地质数据体、地质层位(包括断层面)以及复杂地质模型等的三维可视化,实现对三维地质模型的平移、旋转、缩放,以及各种综合立体显示,建立三维环境漫游和三维可视化交互平台,并以动画形式表现出来,形成具有灵活方便使用的可视化系统。     

基于线框架模型的三维复杂地质体建模方法

提出了一种基于线框架模型的复杂地质体三维建模方法,在准确表达复杂地质体各要素空间几何形态与相互关系的基础上,实现地层交错情况下断层面、地层面模型及复杂地质体模型的准确快速构建.建模实践表明:基于线框架模型的复杂地质体三维建模方法是准确高效的,能适应常见复杂地质条件下三维复杂地质体模型的构建.     

地质实体模型的三维交互与分析技术研究

地质实体模型的三维可视化涉及到复杂地质体结构构造和相关地质属性数据的视觉表达与分析,利用科学计算可视化技术来充分、完整、交互式地展示与分析三维地质实体模型一直是三维地质建模领域的研究热点。研发的三维地质建模及可视化系统中可实现通用三维交互操作,包括三维模型的几何变换、三维交互定位与空间属性查询、三维模型的剖切、虚拟钻探、基坑开挖、隧道生成与虚拟漫游等。这些操作采用面向软件的技术,通过对现有的二维设备（如鼠标、键盘等）进行三维仿真,为全方位、多角度的认识和理解地质实体模型提供了强有力的支持。     

基于钻孔数据的矿山三维地质建模及可视化过程研究

矿山三维地质建模与可视化技术研究,是"数字矿山"的核心组成部分,是现代矿山信息化研究的热点和重点.文章从三维地质建模的概念出发,探讨了基于钻孔数据的矿山三维地质建模及可视化的一般过程,包括地质数据库的建立,实体模型、品位块体模型的创建等,重点探讨了建模过程中地质数据库的设计,地质解译、矿体储量估算的方法与技术,并借助OpenGL三维图形开发库,在VC++6.0编程环境下,实现了三维地质的建模及可视化,为我国矿山三维地质建模及可视化软件的设计提供参考,促进了我国矿山信息化的建设.     

基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法

FLAC3D平台下前处理阶段复杂地质体三维数值计算模型的建立一直是岩土工程数值模拟工作者面临的难题,而三维激光扫描技术在获取复杂物体的精细空间数据的方面具有独特的优势。因此,本文提出以逆向工程为过渡平台实现复杂三维地质体FLAC3D数值模型的构建。利用三维激光扫描技术精细几何数据的获取功能,对复杂三维地质体空间形状几何信息进行提取;利用Geomagic Studio良好的点云数据处理及曲面建模功能,准确地重构了复杂地质体的CAD曲面模型;利用Hypermesh强大的几何处理能力及网格划分能力,将复杂地质体的CAD曲面模型进行实体化和网格化;最后由FLAC3D软件内嵌的Fish语言编制的文件转换为FLAC3D能够识别的文件格式,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的高效、精准的建立。结合工程实例,对该方法的可行性与仿真效果进行了检验。结果表明该方法具有方便、快捷、合理且实用性强的优点。     

三维地质建模及可视化系统的设计与开发

三维地学模拟是三维地质信息GIS可视化的核心内容。基于基础GIS软件平台MAPGIS,利用功能强大的三维可视化开发平台MAPGIS-TDE,设计、开发具有自主版权的三维地质建模及可视化系统。MAPGIS-TDE包括MAPGIS内核模块、MAPGIS-TDE基础平台、MAPGIS-TDE构建平台和基于MAPGIS-TDE的应用系统等4个层次。基于MAPGIS-TDE的三维地质建模及可视化系统分为地质数据管理、二维地质分析、地质断面处理、地质结构建模和地质属性建模等5大功能模块。系统实现时,将空间数据库划分为基础地理图形库、区域地质数据库、工程地质数据库、水文地质数据库、地球物理数据库、地球化学数据库等6类。该系统不仅提供了强大的地质数据管理、三维地质建模以及模型的可视化功能,还为专业技术人员提供了一个可视化的分析、设计平台。     

北京五环城区浅部沉积层的三维地质结构建模

随着城市地下空间的开发利用,对三维地质结构的掌握成为科学合理开发利用地下空间的基本前提,三维地质模型的创建也得以迅速发展。三维地质结构模型可以直观展示地层空间分布形态,为地下空间资源的科学规划提供基础数据。本次工作首次完成了北京五环城区(750 km~2)的三维地质结构模型创建。建模工作基于研究区广泛分布的数千工程钻孔,通过筛选、标准化钻孔数据,绘制相应标准化地层剖面(107条),创建了钻孔模型,以及北京五环城区地下50 m以浅三维地质结构模型,并完成精度验证。本次建模过程整理了大量工程钻孔数据,综合考虑了冲洪积扇发育区地层互层、相交、尖灭、透镜体等复杂的地质现象,具有代表性,可为类似地质建模工作提供借鉴。此外,北京城区三维地质结构模型直观展示了研究区浅部的地层分布与地层结构,为后续三维属性模型的创建提供了实体框架,亦为区内地下空间资源地质评价提供了数据支撑。     

基于实时矢量剪切的三维地质体模型序贯剖面可视分析方法

三维地质模型是地质结构、成分、构造和地质数据在三维可视化空间的有效载体。而基于矢量剪切技术的地质切片,可以直接从三维地质体模型上快速提取纵横交错的虚拟地质剖面,直观地显示地下某一位置的地层结构及地质构造的空间形态。但孤立的地质剖面不能很好地表征地质结构、构造及地质现象的空间连续变化。为此,提出了一种基于实时矢量剪切的三维地质体模型的序贯剖面可视分析方法。运用基于多线程的实时矢量剪切技术,分别完成每个虚拟剖面的地质结构、构造和属性特征的布尔运算,生成具有空间拓扑结构和属性特征的可视化地质切片;依次生成整个地质体模型的多组序贯剖面,最终实现对三维地质模型的结构进行连续、动态显示。通过定制界面进行扫描方向、线程、剖面帧数等参数的控制,具有很好的灵活性、可控性和自动化程度,实现了对三维地质模型的实时、多角度序贯剖面的动态扫描,使得地质空间可视化分析更加直观、高效、灵活。     

三维地质建模及其工程应用

本文从三维地质建模的概念出发，探讨了其一般过程，包括地质变量预测、地质特征解译、空间分析等，并介绍了三维地质建模的体视化方法，最后以润扬长江公路大桥工程为例，运用切征级重建方法，建立地质模型，并进行了三维地质的分析。实践表明，三维地质建模技术是认识复杂地质体的空间关系和特征的强有力的工具，具有广阔的应用前景。