地质大数据可视化关键技术探讨

详述了地质大数据可视化的研究内容,从应用角度可将其分为:表达三维可视化、分析三维可视化、过程三维可视化、设计三维可视化和决策三维可视化5类。针对地质大数据这5类可视化中涉及到的几方面关键技术进行了深入探讨,包括:地质体三维可视化动态精细建模技术;基于CUDA+GPU集群的地质体属性场数据并行可视化技术;针对地质大数据的可视化分析技术;基于地质大数据的虚拟现实和增强现实技术等。对这几方面关键技术的现状、技术路线以及实现效果进行了论述和展示。      

一种基于地球物理数据格网的三维地质填图方法及其实现

地球物理方法（重力、地震、电法等）是地质调查及填图工作中的重要手段。相对于二维地质填图,三维地质填图/建模更迫切地需要借助地球物理数据来获取大量与深度有关的地质信息,因此本文提出了一种基于地球物理数据的地质体三维填图方法。首先,将不同地球物理手段所获取到的数据格网进行可视化建模综合;然后,在有限的地质采样约束下进行解释并直接映射为地质三维模型。实践证明,该方法自动化程度较高,并能在地质调查工作中针对性地解决一些地球物理资料较丰富而地质采样相对匮乏的三维地质填图问题。此外,它也可应用于传统三维地质填图工作中,以极大地提高地球物理数据处理效率。     

城市三维地质数据管理与服务系统框架研究

城市地质数据的数字化管理与服务是“数字城市“工程的重要内容,3D GIS将在未来的城市数字化建设中扮演核心角色.介绍了3D GIS的发展现状及应用前景,详细讨论了基于3D GIS构建的城市地质数据管理与服务系统的设计思路和结构功能.三维数据结构的研究是3D GIS的核心问题并成为当前制约3D GIS深入发展与应用的瓶颈,由于缺乏对三维地质数据进行有效管理与可视化表达的三维数据模型,当前GIS的三维地质建模能力与三维空间分析能力都极为薄弱.在分析城市三维地质数据多种建模方法的基础上,采用一种基于TIN和TEN的混合数据结构来构建城市地质数据建模系统.针对城市三维地质数据的特点,探讨了城市三维地质海量数据的采集与管理、城市三维地质数据信息的Web发布等重要问题,力求为系统功能的最终实现提供完整的解决方案.     

济南泉域四维环境可视化平台数据库建设研究

济南泉域四维环境可视化平台从济南市轨道交通建设对地质工作的实际需求出发,以地理信息系统为基础开发平台,基于2000国家大地坐标系,综合应用数据库、GIS、三维地质建模与可视化、数值模拟与数学模型分析评价等核心技术,建立基于空间数据库的四维可视化信息系统,实现多源、异构、海量地理地质数据的规范化处理和统一管理,为轨道交通建设与泉水保护、政府决策、城市建设布局和功能区划、灾害防治、城市土地地下空间合理开发利用等提供地质科学依据。数据内容的规范与统一是保障平台功能正常运行的关键,该文结合济南泉域四维环境可视化平台的数据库建设实践,探讨了该平台数据库对数据源进行的分析与处理过程。该平台数据库的建立实现了空间数据与属性数据的统一存储与管理,为济南泉域四维环境可视化平台的科学应用提供了有力保障。     

Micromine三维建模在包金山金矿地质找矿中的应用

近年来随着数字化技术不断完善与提高,已经出现了数字化地球、数字化社会等新概念。因为Micromine矿业软件可以提供一个三维可视化的成矿预测综合分析平台,所以本文使用Micromine对包金山金矿各地质体进行三维建模。在构建矿区三维模型基础上,通过分解各地质体,单独研究各个地质体的空间分布和空间形态,通过多个不同地质体之间的组合,从三维空间上对其相互关系进行分析,以厘清各地质体对于成矿的影响,通过对矿体模型品位赋值,将金元素浓度在矿区的整体分布情况可视化,找出矿体矿化富集特征,总结矿区的成矿规律,最终对矿区进行全面的成矿预测。     

基于WebGL的三维管线轻量可视化方法

数字城市和智慧社会对综合管线信息三维轻量可视化的需求越来越多。针对全市大范围三维管线丰富的几何、材质与纹理等多细节层次信息三维轻量可视化难题,本文设计实现了基于Web GL的三维管线轻量可视化方法。该方法针对三维管线数据设计了动态组织调度策略,通过异步加载、可见性剔除等技术,把视点相关的管线和管点信息动态接入并实时生成三维模型,基于Web GL以GPU硬件加速的方式进行实时渲染绘制。典型城市综合管线信息管理应用实验表明,该方法能够在网络环境下各种终端上实现多种类型管线多细节层次三维模型的实时真实感可视化。     

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。      

大庆市及周边地区地质环境监测可视化信息系统建设初探

本信息系统建设的目的是利用计算机技术对大庆市及周边地区地质环境监测I：作所产生的监测动态数据和基础信息数据进行存储管理、综合分析,利用网络通讯技术进行数据的传输、交换．最终达到科学真实的反映项目区地质环境的动态变化,提供地质灾害防治辅助决策信息及地质环境保护管理辅助决策信息。     

城市全空间三维模型数据一体化集成管理关键技术及应用

随着城市三维地质信息系统及其应用的快速发展,对地学数据的可视化表达精度的需求变得越来越高,但地质调查数据常具有多源、多维、海量、多专题、多尺度和多时态等特征,而三维数据存储、组织与管理己成为制约其发展的重要因素。因此如何高效管理并有效利用这些复杂且海量的地质数据去解决各种复杂的地质问题服务社会,成为了城市地质信息科学领域研究的热门方向。基于武汉市多要素城市地质调查全空间一张图的构建过程,从多源三维模型一体化融合管理与分布式存储、轻量级全空间三维模型构建、多源异构海量三维数据快速渲染和浏览器端三维模型分析及专业应用4个方面系统地探索了城市地质调查全空间一张图系统建设过程中的关键技术,并进行了应用实践。研究结果实现了城市级大规模高精度三维地质模型的高效集成,提高了多要素城市地质调查成果可视化的表达效果,为三维地质模型的应用奠定了坚实的基础。      

基于Skyline的三维地理信息系统应用的实践

随着计算机技术和三维数据获取技术、海量数据动态可视化技术的迅速发展,三维GIS逐步从视觉表现的应用范畴走向专题应用.由于三维GIS具有多维信息处理、表达和分析的特点,在政府决策辅助、国土资源分析、城市应急反应、虚拟旅游、智能交通、城市规划与设计、电子商务、地下管线等方面有着十分广阔的领域,特别是在空间信息的社会化服务中,基于三维GIS的应用都有着越来越明显的优越性和不可替代性.本文就基于Skyline的三维地理信息系统建设中的技术路线、系统功能、数据库设计,数据获取、管理、可视化及分析技术方面进行一些初步实践.     

鄱阳湖空间信息演示系统的生成与虚拟可视化应用

鄱阳湖是我国第一淡水湖,生态环境特点显著,整合多源数据建立空间信息系统对提高该地区的科学认识具有重要意义。本文介绍了鄱阳湖空间信息系统及虚拟环境演示系统的设计与建设的核心技术与步骤。整个系统是由一系列专题空间数据库和基础地理信息数据库组成。利用VR-Map软件的三维显示功能及二次开发功能可以快速实现地形的虚拟三维可视化。     

鲁西北覆盖区生态地球化学调查方法与技术探讨

为促进鲁西北地区经济发展,查清该区生态地球化学环境,迫切需要开展生态地球化学调查。鲁西北覆盖区生态地球化学调查,以区域地球化学方法为主体,结合土壤地质、第四纪地质、水文地质、灾害地质、地球物理、遥感地质、计算机技术等多学科研究方法,对该区的区域农业、城市、主要名特优产区、主要地方病流行区等地域的生态地球化学环境进行评价;建立鲁西北覆盖区多层次生态地球化学信息系统,为山东经济可持续发展提供区域生态地球化学方面的依据。     

面向城市地质信息平台的3维技术研究

利用现代信息技术构建一个集城市地表、地上、地下多维、动态空间信息于一体的大型综合性空间信息平台是解决当前我国城市发展所面临的一系列地质问题的关键,3维地质建模及其前后处理问题是平台建设面临的主要技术瓶颈。本文简述了城市地质信息平台的建设目标与功能特征,探讨了平台建设中的3维技术瓶颈,如3维空间数据模型、3维地质建模和3维地质数据的可视化表达与分析,同时介绍了作者在相关领域的研究进展与最新成果,指出了下一步需要重点研究和解决的技术难题。     

基于大数据的城市地质环境智能监管思路与方法

随着城市化进程加速,城市范围迅猛扩大,人口急剧膨胀,高层建筑林立,地下空间开发规模化,面临着水资源贫化、地质环境恶化和地质灾害频发等巨大挑战.为了有效地应对挑战,迫切需要在城市多要素地质环境调查并建立完善的信息系统的基础上,开展面向“智慧城市”的精细、全息三维地质建模,即建立新型的城市“玻璃国土”,实现城市地质环境时空透视,然后利用传感器、物联网和云技术,建立城市地质资源、地质环境和地质灾害动态监测数据链,最后基于地质科学大数据的同化、融合和挖掘技术,进行智能预警和管控.     

地质断层三维建模的表达式方法

针对地质断层三维建模及可视化领域中现有技术存在的模拟断层局限性、插值困境等问题,本文提出了断层表达式方法建模方法。首先,以地质断层构造的形成机制为理论依据,分析构造断层表达式所需要运算对象和算子,构建表达式规则,并运用上下文无关文法对表达式规则进行形式化描述;然后,对断层原始勘探数据进行规范化,形成构建断层表达式所需要的断层二维数据表,从中提取构建断层表达式的运算对象集合和算子集合,形成断层表达式;最后,对断层表达式进行计算,形成断层地质体抽象模型,并结合相关勘探数据运用相关算法及图形库等工具进行三维地质建模及可视化。实验以包含多条断层的达连河地质体数据为基础进行实验验证,建模结果与真实地质情况符合。实验结果表明,断层表达式建模方法解决了现有技术的局限性问题,避免了对地层断裂区域的插值运算,从而解决了插值困境等问题。     

面向山地地区的区域地质三维模型构建

针对山地地区地质构造复杂的特点,研究现有三维地质模型构建方法。结合已有地质资料,设计从构建剖面框架、绘制剖面到构建地质模型等流程,构建山地地区的区域地质三维模型,实现区域地质三维模型在三维数字城市平台的可视化集成模拟,以及三维场景中对区域地质的管理查询。     

湖南省矿山地质应急救援数据信息三维可视化系统开发与应用

三维可视化和虚拟现实技术具有立体、动态、形象地表示物体空间特征的优势,利用该技术能够立体展示矿井分布特征、地质构造与矿山采掘系统结构,准确而形象地表达地质构造、矿床赋存与矿井采掘的关系,可以为矿井地质分析、救援方案确定、安全生产保障、矿井灾害救援决策和避灾救护提供技术支持。采用"互联网+"技术,创新了监控和监管方法,为"科学施救、有效救援"提供了新的技术平台,具有重要的实际意义。     

面向地质时空大数据表达与存储管理的数据模型研究

随着传感器实时监测等高新技术在地质勘查或生产开发中的应用,形成了动态与静态并存、多源异构的地质时空大数据.然而,目前地质信息系统在地质数据组织管理方面,主要是静态地存储和表达出地质矿产勘查或生产开发在某个特定时期的状态,尚不能满足对勘查或生产开发过程中实时信息的存储管理,进而支持对地质过程的分析和研判.针对性开展了地质时空大数据表达与存储管理的数据模型研究,目标是能够融合数据多源与时空多维性,又能够支持时间关联与时间多粒性.针对地质大数据、地质过程的静态与动态数据紧密结合的特点,采用面向对象和基于事件的思想,提出了基于事件多因素驱动的地质时空大数据概念模型,并开展了相应的地质大数据存储管理逻辑模型、基于系统工程库的管理结构和地质时空对象管理模型设计.基于地质时空大数据逻辑组织管理模型和时空过程的非关系型分布式数据库架构,设计了地质大数据存储模型.融合三维地质建模技术、动态监测信息实时可视化等技术,构建了所需模型过程模拟的三维环境,通过绑定观测数据源,设计实现了基于OPC接口的模拟数据产生事件、作用对象响应的矿山动态开采流程.在王家岭煤矿首采区地质数据支持下开展了应用研究,实现地质时空事件条件下的矿山动态开采过程表达与数据管理,验证了本文模型的可行性和有效性.     

四川盆地油气勘探三维地理信息系统与应用

本文在三维可视化系统构建流程和数据组织管理模式分析的基础上,以ArcSDE作为空间数据引擎,利用Oracle 10g建立四川盆地油气勘探海量空间数据库,基于三维可视化软件平台Skyline TerraDeveloper设计、开发了全球三维模型的四川盆地油气勘探三维地理信息系统。同时集成基础地理数据、区域地质数据、油气勘探空间数据、多尺度遥感影像、勘探数据库,这不仅提供了强大的油气勘探基础数据管理、三维地形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设计、分析平台。     

基于Kriging算法的三棱柱地质体三维可视化实现

采用了一种基于Kriging算法的三棱柱三维可视化方法对地质体进行了可视化,其基本思想是首先用Kriging算法将空间任意的离散的数据点生成规则的点数据,将点数据划分成多个三棱柱,然后以三棱柱为基本单元进行地质体可视化。本系统是在Visual C++/OpenGL平台上开发而成,具有精度高、交互好的特点,经过实践运行,切实可行。