水利水电三维地质模型覆盖层建模技术研究

近几年,建立水利水电三维地质模型成为地质工作者分析工程地质现象和掌握岩土体结构规律的一种新的有用手段。在CATIA软件的基础上,利用Visual Basic.net编程开发了适用于水利水电行业的三维地质建模平台,系统介绍了该三维地质建模平台,该平台包括覆盖层、地质层、水文层、模型分析、模型剖切、有限元分析等基本模块,结合三维地质建模软件提出了地质模型的覆盖层建模流程;针对建模过程中一些关键技术问题做了详细的分析研究,如原始数据处理、曲面分割、曲面缝合等。同时,该软件可实现对已建好的三维地质模型进行质量检测与修复,以保证地质模型的可靠性,最后利用该建模平台建立了某水电站的三维地质模型,利用平台的切割功能实现模型的任意位置、任意角度的二维剖切,以满足工程设计的需要。     

地质图形处理系统设计

介绍了地质图形计算机处理系统的系统功能、系统结构、图形数据库结构以及图形生成与编辑;讨论了在开发地质图形计算机辅助设计或绘图系统时,应如何体现专业特点,如何在数据中表达地质现象的地层和构造意义,如何在地质模型建立中融入专业人员的地质背景知识,以及怎样设计出实际有效的地质图形处理软件系统等问题。      

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。     

基于线框架模型的三维地质断层结构模型及其构建技术

基于地质断层构造的特点,文中提出了一种适合三维断层模拟的数据模型——线框架模型,并基于该数据模型详细描述三维断层结构模型的构建方法,实现了从层面结构的地质模型向块体结构的地质模型进行自动转换的关键算法。线框架模型以方向线框架来表达地质模型的骨架,以方向TIN网来表达地质模型的血肉,具备地质断层结构模型所要表达的各种几何元素与拓扑关系。基于线框架模型的三维地质断层构模技术将地质界面之间的交切在地质界面三角网形成之前就进行处理,将面与面之间的切割操作简化为线与线之间的操作,这种方法不仅能有效地减轻断层地质体构模的复杂程度,而且可以将线与线之间的交线作为地质界面三角网构建时的约束边,从而有效地保证了地质界面之间交切关系的正确性。     

矿井导水构造三维精细模型构建与转换技术

为了解决矿井导水构造精细刻画与三维地质模型灵活继承中存在的陷落柱内部岩石结构刻画不精细、多源数据融合不准确等技术问题,开展了矿井导水构造多源数据融合实体模型构建方法、精细模型构建过程与模型转换系统开发等方面的研究。基于数据融合分布式结构理论,采用地质数据耦合、实体模型耦合和构建模式耦合3个层次的耦合策略,建立一套水文地质勘探多源数据融合为三维地质实体模型的构建方法,通过多源异构地质数据标准化预处理、跟踪与分类、数据配准、关联与融合等4个关键步骤,构建矿井导水构造多源数据融合实体模型。在地质统计学研究的基础上,以陷落柱为例,提出“矿井精细导水构造模型”与“广域概略模型”的基本概念,同时构建了陷落柱广域概念模型与精细模型。根据SURPAC和FLAC3D2种三维模型的属性与数据结构特点,提出了矿井导水构造SURPAC和FLAC3D模型转换方法,利用JAVA语言和TCL语言研发了SURPAC-FLAC3D模型转换系统,该系统同时支持本地、网络操作与多用户多台机器的远程控制,最终实现了导水构造实体耦合模型转换为FLAC3D计算模型的目标,为矿山地质条件精细勘查与融合构建、矿山水害精准预测与防治提供技术支撑。      

分块区域三维地质建模方法

区域三维地质建模是区域三维地质调查的关键。在大量反复实践的基础上,提出了分块三维地质建模方法,该方法的主要步骤为：以断裂、岩体边界和不整合等为边界,把复杂的三维地质建模区域分解为内部构造相对简单的建模块或建模地质单元;分别对各建模块进行地质地球物理综合研究,编制深部地质剖面,揭示深部地质结构;采用基于剖面的建模方法按照全区统一的坐标系统构建三维地质模型;在完成全区所有建模块三维地质模型构建之后,把各个建模块的三维地质模型集成在统一的三维空间框架下,形成全区的三维地质模型。该方法具有能够简化三维地质建模过程、易于修改完善模型、易于集成模型等优势,能够克服常规的基于剖面的三维地质建模方法中存在的问题,突破了大规模区域三维地质建模的瓶颈。在本溪-临江深部地质调查中的应用表明,采用该方法可以有效构建研究区的三维地质模型,并能充分表达复杂的地下深部地质结构,为开展复杂地区大规模区域三维地质建模提供了一个重要途径。     

一种基于TIN-CPG混合空间数据模型的精细三维地质模型构建方法

精细三维地质模型的构建是实现地质体真三维可视化分析的难题之一。提出一种基于不规则三角网(TIN)和角点网格(CPG)的混合空间数据模型来构建三维精细地质模型的方法。首先建立基于TIN的构造-地层格架三维地质模型,然后进行TIN面元模型到CPG体元模型的转换,将基于TIN的构造-地层格架模型转换为基于CPG的精细网格体元地质模型,从而实现"表达上"精细三维地质模型的构建。在转换过程中首先要进行地层序列的定义,然后对空间格网进行划分,在此基础上计算格网中各个单元格的空间坐标和各个网格的有效性,并将计算结果存储为GRDECL格式文件,最后通过QuantyView3D系统读取该文件实现精细地质属性模型的展示。利用该方法对沿海某城市一个重点区域进行精细水文地质模型的构建,验证了其方法的可行性。     

水利工程信息模型:方法、框架与应用

三维信息化模型是重大工程全生命周期建设的重要基础。然而,目前对于地质三维模型与建筑结构三维信息模型,通常由于数据结构问题难以统一,而且大部分停留在“可视化”,难以“可计算”、“可分析”。此外,由于地质条件的复杂性,在三维地质建模方面通常进行大量的简化。本文基于目前先进的三维建模技术,提出了三维精细化地质模型与建筑结构三维模型融合的建模方法,实现了三维地质模型的快速、精细化建模。所建立的模型,统一在*.stl、*.obj及*.igs等标准化三维模型文件下,可方便地用于不同场景的三维模型可视化、分析及后续数值计算模型网格划分等。针对大型水电工程建设提出了水利工程信息模型的框架,并将其应用于索风营水利工程,实现了大坝精细化BIM及4个堆积体的精细化三维地质模型(LIM)的融合与信息化管理。本文研究对于实现水电工程信息化管理、稳定性分析、潜在灾害评估和预测等具有重要的意义。     

青藏高原亚东－格尔木地学断面地球物理综合解释模型与现今地球动力学过程

从实际资料出发，针对地学断面研究区域复杂的地学问题，运用人机交互解释系统，综合研究建立了表达断面结构构造的地球物理解释模型，追溯了岩石圈演化的地球动力学过程。     

滑坡体三维地质建模与可视化分析

针对滑坡地质研究的自身特点,提出了面向滑坡地质体三维建模的NURBS-BRep混合数据结构和地质结构单元实体构造技术.通过对滑坡基础地质数据的预处理、滑坡数字地形和滑动面的三维建模、地质结构面的系统构造、地质结构体的生成和显示,形成了一套完整的滑坡三维地质模型的构建方法.将该方法应用于某水库滑坡,建立了相应的三维滑坡地质模型,并基于此模型进行了三维剖切分析、数字钻孔、等值线生成、滑块自动剖分、滑坡失稳可视化动态模拟和滑坡体方量精确计算等一系列实用的可视化分析,为滑坡稳定性的准确计算和客观评价提供了有力的支持.     

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。     

工程地质空间多场耦合构模技术研究

现有的三维地质模拟技术没有考虑地质空间几何结构场与属性参数场之间的耦合关系,从而限制了计算机模拟结果的真实性和实用性。工程地质空间多场耦合构模问题已成为制约三维地质模拟技术深入发展应用的瓶颈。在综合国内外研究现状与发展趋势的基础上,提出了工程地质空间多场耦合构模的总体研究框架和基本工作流程,给出了研究过程中所遇到的主要科学问题的解决思路或实现方案,并通过实例说明地质体多场耦合模型在三维地质建模及可视化系统中初步实现后的效果。这些研究成果为建立一套完整的地质体多场耦合构模理论体系和方法体系奠定了基础,有助于推动工程地质数字化建模分析技术的深入应用。     

三维地质结构模型精度评估理论与误差修正方法研究

三维地质模型精度评估与误差修正问题已成为制约三维地质模拟技术深入发展应用的瓶颈。在综合国内外研究现状与发展趋势的基础上,提出了三维地质结构模型精度评估、误差检测、动态修正的总体研究框架。在模型精度评估方面,提出分别构建三维地质结构模型精度评估的一般理论模型、面向特定地质体的实际操作模型和地质结构构造不确定性的三维空间分布模型的研究思路,指出应重点研究地质实体自身特性、三维地质建模方法对三维地质结构模型精度的影响,解决由一般地质界面的内插误差和特殊地质体的外推误差引起的精度评估问题。在模型误差修正方面,提出基于建模初始数据的模型误差修正方法和基于建模中间结果的模型误差修正方法,在具体实现时,引入“数据 模型的可视化交互技术”。这些研究成果为建立一套完整的三维地质结构模型精度评估与误差修正的理论体系和方法体系奠定了基础,有助于完善复杂地质条件下三维地质模拟的方法与技术。     

复杂矿区三维地质可视化及数值模型构建

复杂三维地质可视化和数值模型的构建是采矿、岩土及水利水电工程中常常遇到的关键问题。针对数值模拟软件在复杂矿区地质体模型构建及单元网格划分等前处理问题上存在的不直观、工作量大等缺点,结合矿业软件在复杂三维地质体建模的强大优势,在研究线框模型和块体模型差异的基础上,提出了基于线框模型的复杂矿区三维地质可视化及数值模型构建技术。根据线框模型特点不同,以地表和采空区模型为型,分别阐述了基于Surpac的表面模型和实体模型无缝转换成MIDAS/GTS数值模型的有效方法,并将该技术成功应用于冬瓜山铜矿复杂采空区群围岩稳定性研究中。结果表明,该方法是可行、有效的,从而为矿山开采设计、安全分析及复杂地质体结构的岩土工程数值模拟分析提供了一种新的建模方法。     

地质断层三维构模技术研究

对包含断层的复杂地质体三维构模技术展开讨论并提出相应的解决方案。分析了实际勘察所获取的断层数据类型,设计了标准的断层数据库格式;系统地评价了两类基本的断层构模方法（即基于地层恢复的断层构模技术和基于分区插值的断层构模技术）,分析了各自的特点和不足,在此基础上提出了断层与地层的统一构模技术;该技术既能应用于同沉积断层,又能适应断层终止于地层内部的情况,还能处理具有多值面的逆断层构造的拟合问题,在理论上能够构造任意复杂的断层系统。通过北京奥运公园场址的断层构模实例验证了该方法的有效性。     

1∶5万三维地质填图方法技术在本溪矿集区的应用

矿集区三维地质填图是采用1∶5万的调查尺度,提交地表地质图及具有一定精度的深部地质图,为圈定含矿建造、控矿构造等主要目标地质要素提供基础地质依据.通过在本溪矿集区开展的三维地质填图工作,认为构造填图是三维地质填图的基础,提出"分级分块"的三维地质建模方法,并总结了矿集区三维地质填图方法技术流程.     

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。     

基于平面地质图的地质体三维建模

文章针对大尺度研究区域勘探范围有限、不能直接基于勘探数据构建区域地质体三维结构模型的问题,提出了一种以平面地质图为研究对象的地质体三维建模方法。此方法以平面地质图为基础,利用Section软件在DEM模型(数字高程模型)约束下半自动绘制一系列图切剖面图,将二维剖面映射到三维空间,利用三维剖面上轮廓线的对应性和连续性构建地质体三维模型。通过广西东平地区地质体三维模型构建实例,验证了该方法的可行性。     

三维GIS环境下的地质体可视化和特征分析

地质体的三维可视化建模是三维GIS研究的一个重要方向,具有重要的应用价值.三维GIS环境下的地质体可视化的两个关键方面是地质体的表面模拟和可视化实现,文章介绍了地质体三维可视化的基本框架,以带约束Deluanay剖分法为例阐述了地质体表面模拟的原理和方法,并从取景变换、消隐、光照模型、纹理映射等方面论述了可视化的具体实现方法.最后以西部某铜矿为例,建立了三维可视化地质体模型(一个地层矿体综合模型和一个矿体三维模型),阐述了三维可视化建模的基本过程和方法,并对两个模型进行了地质特征分析.