城市区域三维地质结构模型建设与集成方法

大区域高精度城市三维地质模型可以实现多源数据有效集成,提升城市地质工作成果的可视化表达能力。本文剖析了交叉折剖面、多源交互式复杂地质体建模等适用于城市地质三维建模的技术方法,并对每种方法的适用性及优劣势进行了详细的描述。以GeoBGS平台为基础,利用不同数据模型的特点,通过标准化钻孔数据库、基准钻孔库、基准剖面库及地层模型的建设实现了通州区范围的土壤环境、地下水环境、地面沉降等多专题信息地质模型。将多专题地质模型进行集成显示和分析,构建了通州区域三维地质集成模型展示系统。为满足空间一体化表达的应用需求,通过空间配准、坐标系统转换及地下模型的拓扑修复,确保了地上地下一体化模型在同一坐标系下的无缝集成。     

城市地下空间资源评价三维建模方法研究与实践:以上海市为例

城市地下空间开发利用是智慧城市发展的重要组成部分。构建城市地下空间三维地质模型和属性模型,能够立体直观地展示地下构筑物、河道、水系等,进一步与三维模型融合后,可以更好地展示地下空间资源质量。本文以上海市中心城区地下空间资源评价为示范,设计了三维地质结构和属性模型一体化建模方法,构建了上海市中心城区地下空间三维地质模型,实现了三维地质模型与地下构筑物模型的自动融合。最后根据上海市城市地下空间资源开发利用适宜性评价模型,实现了城市地下空间资源评价的三维建模。本文成果已经应用于上海市中心城区地下空间总体规划、局部规划以及工程建设项目中。     

异常结构三维综合系统的开发和应用

地球化学异常结构三维综合系统的开发和应用是为了满足地球化学多维异常体系的研究而逐步展开的。应用于深部找矿预测的多维异常结构方法,从钻孔岩芯直接采样,获得了具有真三维属性的地球化学数据,研究者迫切需要在三维场景下对所获三维地球化学数据进行解读和表达。异常结构三维综合系统(3D-MDAS)是利用三维可视化和地质体三维建模技术,在MapGIS K9平台上进行二次开发获得的。本系统实现了地上、地下数据模型的一体化显示,实现了实体模型与属性模型的耦合一体化显示,在此基础上还可以对异常结构进行空间分析,建立三维地球化学找矿模型。笔者详细阐述了三维异常结构3D综合系统的三维建模思路和技术,并用安徽马头矿区的实际应用成果给以说明。     

地上下一体化的三维空间数据库模型设计与应用

大规模地上、地下三维实体建模与空间分析应用中,由于三维模型的多样性和对象空间分布的不均衡性,如何高效地一体化组织和管理海量三维空间数据成为当前三维GIS的核心问题之一.提出了一种兼顾空间关系与语义关系的三维空间数据库模型,给出了相应的概念模型、逻辑模型和物理模型.特别针对地质体的复杂性,给出了顾及语义的多尺度地下空间目标概念模型和多层次三维空间索引机制.用武汉市和南京市三维数字城市示范区模型数据进行了应用试验分析,验证了该模型的有效性.      

基于多源异构数据的大比例尺地上地下一体化城市三维模型集成方法研究北大核心CSCD

本文通过对大比例尺城市三维模型和城市地质模型集成过程中存在的问题进行研究,提出了基于多源异构数据的地上地下一体化城市三维模型集成方法。首先将地上、地下三维模型以独立功能区为单位进行单体化处理和重组,并在单体化区域内以高精度DEM为地层的水平基准,以钻孔岩性矢量为地层的垂向基准,采用钻孔核定法对地质体穿插、建筑体悬空、河流水体交叉等不正确、不合理的三维空间拓扑关系进行处理和校正,从而在不同的地学空间实体之间建立正确的相交、相离或重合的拓扑关系,实现地上地下三维模型的一体化集成。本次选取北京南站附近4.9 km^(2)区域开展试验,使用本方法快速、准确地解决了496处地层穿插错误、385处建筑体悬空错误和2处水体拓扑错误,取得了良好的集成效果,为已建模型的二次利用提供了机会。     

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。     

基于三维数字地质模型的地质空间动态剪切分析技术

基于三维数字地质模型的地质空间剪切分析是"玻璃国土"建设所面临的关键技术之一。其难点包括复杂三维数据环境中的高效实体布尔运算方法,以及相关三维实体语义信息的实时查询处理。采用基于BSP树的多边形合并与分解技术,实现三维空间实体的布尔运算与矢量剪切;采用多线程实现不同要素集合的并行裁剪运算,并在三维空间数据库引擎的支持下,进一步提升地上地下一体化信息处理和语义查询效率。以武汉市规划信息系统为例,实现了地下硐室和隧道动态开挖过程的三维地质空间剪切分析,并结合水利水电工程地下厂房设计和矿山三维巷道设计实例,说明了基于三维数字地质模型的地质空间分析的综合应用效果。     

地质结构约束下的城市多要素三维属性建模方法研究——以西咸新区为例

支持结构——属性一体化表达的建模方法是三维建模研究的重点和难点之一。已有三维地质建模技术往往存在结构与属性建模过程的割裂，难以实现对地质结构先验知识与属性分析模拟的融合表达。笔者以西咸新区工程地质建模为例，基于多要素精细化探测成果，建立区域统一的地质构造框架模型；在地质构造约束下，充分考虑地质单元特征，精细剖分建模网格，采用随机模拟算法开展属性建模研究，从而实现地质结构约束下的三维属性模型构建。本方法既保留了构造建模对层面的清晰划分,又可以在地层内部更加合理地展现地质属性的空间分布和变化，能够在工程地质勘察和城市地下空间开发等领域得到应用。     

面向地质大数据的结构-属性一体化三维地质建模技术现状与展望

开展三维地质建模的目标,不应当只是实现地质体框架的可视化表达,而应当同时实现地质大数据的聚合、管理、挖掘、分析和共享。然而,传统的方法和技术难以实现顾及地质语义的结构-属性一体化三维地质建模与耦合表达。多点地质统计学方法虽然便于多源数据、地质先验知识、结构-属性的融合建模,却仍然受到数据结构表达能力不足、三维训练图像难以获取和非平稳现象的限制。面向地质大数据集成与管理的要求,详细讨论了三维地质建模中的空间数据模型、基于多点地质统计学的结构-属性一体化集成建模方法、以及基于三维地质模型的地质大数据集成与管理的框架与模式。发展新型的面向地质结构-属性耦合表达的统一空间数据模型,以及知识驱动与数据驱动协同的三维地质结构-属性一体化集成建模技术体系,着力构建出地质大数据的聚合、集成、管理、挖掘和分析的可视化环境与操作平台,是未来三维地质建模领域的研究热点和前沿方向。     

城市地上地下一体化大数据信息平台助力杭州智慧城市建设

正城市地上地下一体化大数据信息平台是将城市地质信息纳入城市规划、建设、管理主流程的重要平台。将城市地质调查获取的地质资料和成果收集、标准化处理、检查并入库,建立多源、异构、海量地质数据的"地下数据中心",综合利用GIS、三维地质建模、数据库等技术,构建地上地下一体化三维可视化决策支持平台。     

三维地质建模中的多源数据融合技术与方法

建模数据多源性是三维地质建模最大的特点,模型构建的关键是将这些数据有效地融合以提高模型的精度和可靠性。首先统一地理、地质、物探、化探、遥感、钻探、采矿等建模数据的坐标系和比例尺,构建原始资料数据库。然后运用等高线数据构建数字高程模型（DEM）面,以DEM面为载体实现了地表填图路线PRB（point-routing-boundary）数据、矢量地质图、栅格地质图、遥感影像图等地表地质数据的有效融合;在已有地表地质数据和地下地质数据约束的条件下,通过约束及离散光滑插值技术实现了地表地质数据和地下地质数据的融合;根据已有建模数据确定合理的建模单元,对数据库中的点、线、面、体等数据进行归类,构建与建模单元一致的原始资料数据库。最后在原始资料数据库中,以高精度地质数据为约束对物探数据进行地质解译,综合已有建模数据,并考虑地质体的三维空间展布,实现了不同精度数据之间的融合;以主要建模数据构建初始地质界面,以高精度建模数据对已构建的初始地质界面进行约束,实现了主要建模数据与次要建模数据的融合。其中,点对线约束、点（线）对面约束、面对面约束等约束建模技术在建模数据融合过程中起重要作用。     

多源地质数据综合三维建模及地质学分析——以青海木里三露天勘探区为例

常规的二维地质图件难以直观地表达煤炭资源的三维空间展布。基于青海木里三露天勘探区的钻孔数据、二维平面地形地质图、煤层底板等高线和地质勘探剖面图,对该地区地形、煤层底板和断层的三维空间形态及温度场进行了重构。三维重建结果清晰明确地展示了三露天勘探区煤层的形态特征、各个沉积旋回的聚煤范围和强度、构造轮廓特征以及地下地温特征等。结果表明,基于多源地质数据的三维可视化技术可直观形象地反映煤层等地质体的形态和属性特征,可有效地分析复杂断层在地质历史中产生的先后顺序及古构造应力场特征。使用三维建模技术重构地质体对沉积构造及地质体属性特征分析是一种行之有效的手段。      

三维地质建模及应用实例

文章介绍了实体模型、场模型和混合模型三类空间数据模型及其相应的三维地质构模方法,列举了三维地质构模在矿产资源评价、城市地质、地下水资源评价方面的3个应用实例。在矿产资源评价中的应用是实体模型与场模型的集成,三维显示与检索采用实体模型,资源量估算和矿化分布预测采用场模型;在城市地质中的工程地质层状地质体建模采用多层DEM构模法,介绍了基于三维地层模型的剖切等应用分析;地下水资源评价中含水层组的三维建模采用剖面构模法,以水文地质剖面为建模数据源,辅以钻孔、含水层组底界埋深等值线、地表高程等值线等作为约束条件。     

基于GIS的矿产预测地质解译空间信息集成

利用我国海量地质标准基础数据库中的数字地质图和矿产图,通过基于GIS的地质解译空间集成地质信息,将其用于综合信息矿产预测。以地质解译系统对内蒙大兴安岭南段1∶20万成矿预测的应用为案例,阐述地质信息的空间提取与集成过程：首先在建立地质字典库实现地质空间信息共享的基础上,通过矿化密集区对地质模型的分类图层进行空间分析,建立地质成矿空间信息库和图库;然后,基于典型矿床圈定模型单元,通过模型单元与地质成矿空间信息库和图库的空间分析,建立地质找矿模型;最后,基于地质单元对地质成矿空间信息库和图库的二次空间集成,完成预测模型的地质空间信息提取与集成。将本方法应用在银矿案例的综合信息矿产预测靶区评价上,得到可供进一步查证的新增靶区比已知靶区增加了近5倍。     

川藏铁路可研阶段重大工程地质风险分析

川藏铁路作为史上修建难度最大的铁路,沿线具有显著的地形高差、强烈的板块活动、密集的深大断裂、频发的山地灾害等恶劣地质环境特点,工程建设面临着复杂多变的地表和地下重大地质安全风险挑战。为深入综合分析川藏铁路可研阶段沿线地质风险,定量评价其对工程的影响,基于川藏铁路沿线翔实的时空数据集及资料,采用三维结构建模、数值统计建模、动力建模、时空建模等方法,进行了地表、地下重大工程地质灾害综合定量风险分析。地表工程地质灾害综合风险分析结果表明:在宏观上,川藏铁路沿线存在3个地表地质灾害高风险区,分别是鲜水河断裂带、金沙江断裂带和东构造结地区。由于川藏铁路采用以隧道为主的设计方案,地表地质灾害的风险大大降低。分别建立了活动断裂、岩爆和大变形等风险评估的普适性模型及综合风险分析模型,以易贡隧道为例,对典型重要隧道全线不同段落断裂活动性、岩爆、大变形等典型地下工程地质风险以及综合风险进行了定量评价。结果表明:川藏铁路沿线的地质灾害、断裂活动、岩爆和大变形等重大工程地质灾害的总体风险等级较高,影响工程安全;定量评估结果可以进一步指导后续的设计与施工的优化和深化。本研究为川藏铁路可行性研究提供了有力的科学支撑,同时也为国内外类似线性工程地质灾害风险分析提供参考。     

基于关系数据库和WebGIS的中国东部地球化学科学数据库

如何高效管理、利用中国东部已有地球科学研究数据是急需解决的问题.在地球化学数据模型研究基础上, 应用关系数据库和WebGIS技术, 建立了中国东部地球化学科学数据库(ECGD).ECGD深度整合WebGIS技术, 研究者可利用ECGD基于Web对地球化学数据进行检索、分析、输出和空间可视化, 查询结果可以标注于基于WebGIS的网络地图, 生成分类、分级专题图, 并对查询结果进行地球化学图解等专业分析.ECGD是第一个基于Web, 集成了数据检索、空间数据可视化和数据分析功能的地球化学科学数据库, 为地学工作者提供了一个地球化学数据管理、共享、获取、交流的协作平台, 具有重要的实用价值.      

大洋洲地区系列地质图件编制

通过资料收集、资料取舍、建立数据库、图件编制与校核,编制完成了大洋洲地区1：500万比例尺的地质图、大地构造图、矿产图、成矿区划和找矿预测图等主要图件,多幅单矿种矿产图等次要图件,物探、化探、遥感信息等辅助图件,以及局部地区（州）或重要矿种的参考图件,是一次对大洋洲地区地质矿产资料的大集成。通过编图和建库初步熟悉了大洋洲地区的地质矿产概况,为查询、访问和提取大洋洲地区的地质矿产资料提供了方便。     

澳大利亚塔斯马尼亚地学数据属性描述与GIS空间数据库的集成管理

地学数据种类极为繁多,它既包括定量信息,也包括定性信息。数字地质信息结构的研制工作所面临的困难是以何种方式保存现有的模拟数据的重要内容,使得在ＧＩＳ中能够进行各种有效的查询和处理。澳大利亚斯马尼亚地调局为了对地质图信息和地球化学进行编码而研制了数据结构。在地质和地球化学数据结构中对于一系列相关表格中的属性进行编码,而这些表格利用“一对多”和“多对多”的关系有效而准确地阐明了原始数据之间的相互关系。     

A virtual globe-based integration and visualization framework for aboveground and underground 3D spatial objects

The construction of a large-scale integrated information system has been a hot issue in the field of geoinformatics. It aims to integrate aboveground and underground spatial information and objects in a unified visual environment. Virtual globe, as the most commonly used technology in the construction of Digital Earth, can provide a platform and framework for the integration and visualization of worldwide spatial objects and models. However, the existing works mainly focused on terrains and aboveground spatial entities, and there is still little research on the integration and visualization of large-scale underground geological models and entities in a virtual globe. In this work, the data organizations of aboveground and underground 3D spatial objects were analyzed in detail according to the technical characteristics of the virtual globe. Improved strategies were proposed to achieve the integrated visualization of aboveground and underground 3D spatial objects in a virtual globe-based spherical coordinate. In this process, the terrain surface based on Triangulated Irregular Network (TIN) was used as an intermediate layer to unify the spatial coordinate system. An improved scene cutting approach was used to overcome the challenge that underground geological structures cannot be integrated and visualized with aboveground spatial entities, terrains and landforms. Finally, we developed a virtual globe-based prototype system using OpenSceneGraph (OSG) and osgEarth as the 3D visualization engine. The aboveground and underground spatial models of Fuzhou, a coastal city of eastern China, were applied in this system to verify the validity of the strategies proposed in this paper. In addition, the efficiency of this system in terms of scheduling and visualizing was tested by using the massive models of Fuzhou.     

地质灾害调查图件的编制

通过对北京西山地区因煤田开发造成的灾害调查图件的编制,探讨了地质灾害调查的编图程序、原则和方法。认为在整个地质灾害调查中,综合图件的编制是非常重要的一个环节。提出将采空、塌陷、受灾现状放在第一层面,地理内容放在第二层面,而地质资料做为背景放在第三层面的多层面编图模式。强调该类综合图件的服务对象不仅是地学专业人员,更重要的是政策决策人等非专业人员这一编图要点