三维地质模型构建方法的研究及应用

地质体三维建模是地学信息系统的核心问题之一.对三维GIS及地学领域的空间构模方法的现状进行分析,结合地质体工程特点,提出一种三维地学空间构模方法--似三棱柱(STP)法.该方法以似三棱柱体作为三维地质体建模的基本体元,并采用5类基本元素和6组拓扑关系对似三棱柱体的数据结构进行描述.它能有效地表达各种三维地质现象,也可以更好地与传统的多层TIN模型结合,维护好空间实体的拓扑关系.基于本文的建模方法开发了一个适合地质领域的三维GIS初步原型,并用实际钻孔数据进行了验证.     

济南泉域岩溶地区多源多尺度数据三维耦合模型及应用

为解决济南城市轨道交通建设与地质环境、保泉供水及建构筑物之间的矛盾,实现泉水保护与轨道交通建设双赢,研发了三维城市地质信息管理与应用系统。根据济南泉域富水岩溶的特点,采用现场工作、室内实验、理论研究、数值分析、成果集成应用等综合研究方法,设计了基于MapGIS 10的三维地质环境信息系统,建立了济南城区标高-350 m的三维可视化地质模型、岩溶模型和水位动态模型,形成了岩溶区三维地质建模的系统方法。为济南轨道交通建设及保泉供水提供了重要管理和应用平台,为济南城市轨道交通的规划、建设、管理提供决策依据,作出更科学的分析和预测。     

一种基于似三棱柱体元的地质三维建模方法研究

三堆空间建模方法是三堆地劫工程GIS研究的核心问题之一。提出一种基于似三棱柱体元的三堆数据模型，模型包含顶点、线段(棱边、三角形边)、三角形、侧面四边形、三棱柱体元5个基本元素。和点对象、线对象、面对象、体对象、复杂对象、空间对象等6个对象。设计了5个基本元素和3种地质对象的数据结构和它们之间的拓扑关系。以岩体和巷道为例。给出了似三棱柱体建模思路和算法。利用内蒙古某矿区实际钻孔资料和模拟巷道数据对所开发的系统原型进行验证。研究表明。基于似三棱柱体元的数据模型的优势在于可以表示空间对象的表面和内部结构。便于建模和节省存储空间，同时便于不规劓的自然地质体和规则勘探工程建模。     

岩溶体数据建模及属性查询研究

地质体的数据建模技术是研究地质体特征的一项重要手段,特别是地质体切片模型的展示,能更加清晰地表达地质体的内部特征、地层分布等情况。主要探讨了岩溶体（多Z值）的数据建模,并且在钻孔数据的基础上,利用C＋＋语言基于OpenGL编写程序实现岩溶体的三维可视化,展现了地层的切片模型及地层的属性查询。     

Karst database development in Minnesota: design and data assembly

The Karst Feature Database (KFD) of Minnesota is a relational GIS-based Database Management System (DBMS). Previous karst feature datasets used inconsistent attributes to describe karst features in different areas of Minnesota. Existing metadata were modified and standardized to represent a comprehensive metadata for all the karst features in Minnesota. Microsoft Access 2000 and ArcView 3.2 were used to develop this working database. Existing county and sub-county karst feature datasets have been assembled into the KFD, which is capable of visualizing and analyzing the entire data set. By November 17 2002, 11,682 karst features were stored in the KFD of Minnesota. Data tables are stored in a Microsoft Access 2000 DBMS and linked to corresponding ArcView applications. The current KFD of Minnesota has been moved from a Windows NT server to a Windows 2000 Citrix server accessible to researchers and planners through networked interfaces.     

基于数字高程模型的中国岩溶地貌研究进展及前景分析

数字高程模型（DEM）蕴含丰富的地形地貌信息,基于DEM的数字地形分析方法为岩溶地貌研究提供了科学、有效的技术手段。文章针对前人应用DEM研究中国岩溶地貌所涉及的关键技术方法,从岩溶地貌识别的尺度效应、岩溶地貌的识别与分类、岩溶地貌的形态及格局分析、岩溶区生态环境变化等方面进行了梳理和分析,提出未来应构建科学的岩溶地貌数字分类体系,对岩溶地貌进行多尺度、深层次的地形分析和定量表达,并从地形现状研究拓展到地形演变的过程与机理研究,发掘出DEM在岩溶地貌研究中更多的应用。      

塔里木盆地塔河油田岩溶峡谷区海西早期洞穴系统发育模式*

塔河油田岩溶峡谷区发育大型岩溶洞穴型储集层,勘探效果较好。基于三维地震资料、钻井资料,并结合地震属性提取技术,对地下岩溶洞穴系统、古地貌、古水文系统进行精细刻画,探讨洞穴形成机理,进而总结洞穴发育模式。研究结果表明: (1)峡谷上游段地表水垂向侵蚀作用强烈,峡谷失去了排水功能演变为干谷,下游段水动力条件减弱。(2)峡谷区岩溶洞穴类型划分为暗河洞穴、峡谷—断裂双控型洞穴。暗河洞穴主要发育在峡谷上游段,与峡谷呈“映射”关系。峡谷—断裂双控洞穴发育于峡谷两侧,垂向上具有多层性特征。(3)综上探讨峡谷区岩溶洞穴形成机理,认为较充足的水源补给条件以及水流强烈的垂向侵蚀溶蚀作用控制了暗河洞穴发育,多期次排泄基面下降以及断裂系统共同控制峡谷—断裂双控洞穴的发育。结合现代恩施地区洞穴系统特征,提出了峡谷地区洞穴发育模式,为下一步洞穴储集层预测和勘探实践提供理论借鉴。     

基于多层DEM与QTPV的混合数据模型及其在地质建模中的应用

提出一种基于多层DEM与似三棱柱体元（QTPV）的混合三维数据模型。模型包含顶点、线段（棱边、三角形边）、三角形、侧面四边形、似三棱柱体元和DEM 6个基本元素,同时包含点对象、线对象、面对象、体对象、复杂对象、空间对象等6个对象。设计了6个基本元素和2种地质对象的数据结构和它们之间的拓扑关系。研究了基于原始采样点和基于内插点的两种建模方法。以模拟数据和地质钻探数据对开发的原型系统进行验证。研究表明,基于多层DEM与似三棱柱体元的混合三维数据模型具有同时表达空间对象的表面和内部结构的能力,适合地质勘探领域的三维建模。     

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ArcGIS ModelBuilder的复杂地质体自动建模方法

与传统的二维（2D）地质绘图技术相比,三维地质建模技术能够更加直观、立体地展现地下岩层的结构和空间分布情况,在工程的规划、设计、施工和风险评估等过程都具有重要的应用价值。针对工程领域的建模对象往往涉及复杂地质体,为实现模型的自动构建,本文提出一种基ArcGIS ModelBuilder的复杂地质体自动建模方法。首先,在ArcGIS平台的支持下,以钻孔数据和地质剖面图为数据源,采用面向对象编程Python语言结合ArcPy包,通过编程实现钻孔数据的自动预处理;其次,组合ArcScan自动矢量化和SkechUp人机交互对地质剖面进行预处理,从中提取出断裂3D矢量线,将它们集中存储于GIS空间数据库;然后,利用ModelBuilder可视化建模工具,通过调用ArcToolbox的文件转换和空间分析工具分别生成地层的三维实体模型和断裂的三维表面模型,从而实现复杂地质体自动建模;进一步,通过矢量化切割、剖面和开挖多边形作为TIN拉伸扩展工具的输入,并结合ArcScene实现模型多种形式的可视化。最后,采用南京仙林地区三维地质调查项目获取的钻孔数据进行了建模实验,建模结果表明:该方法具有准确、快速和自动化的优势,可为大范围、大批量地质建模提供可靠的技术方案。     

基于三维激光扫描的空间地物建模

利用地面三维激光扫描仪获取的空间数据,进行了三维空间地物建模研究。以建筑物建模为例,首先从原始数据中分离提取建筑物,然后对得到的建筑物数据进行去噪处理,再通过整体匹配纠正并对原始测量数据进行重新采样和拼接配准,建立了由三角网构成的三维表面模型。结果表明,所构建的三维表面模型较好地表达了建筑物的几何特征,户外实验也验证了上述过程可以实现对建筑物快速三维建模。     

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。      

层状地质体的三维模拟与可视化

文中探讨了层状地质体的三维模拟与可视化方法和技术。地质数据通常是有限的、空间上分布不均匀的点数据 ,需要大量使用插值技术来形成合理的模型。简单层状实体可在二维插值的基础上 ,按照这些面的空间位置叠加 ,形成三维体模型。复杂的层状体包括沉积相以及一些物性参数的空间变化 ,断层等形成的不连续以及复杂的褶皱等。这些实体的模拟与可视化 ,需要进行三维插值 ,并根据不同现象的特点选择合适的方法。合理的专家知识或地质解释的交互加入 ,是形成合理的三维模型的关键。     

广西桂林市规划中心城区岩溶发育特征及分布规律

弄清规划中心城区岩溶发育特征及其分布规律,对于岩溶地区规划中心城区建设布局,特别是建设场地工程地质勘察具有重要的指导意义。桂林市规划中心城区,属于岩溶发育分布区。论文基于前人研究成果,采用资料收集、地面调查、高密度电法及钻探相结合的方法,开展桂林市规划中心城区岩溶地质调查,分析了岩溶发育类型与岩性及岩性组合、水文地质单元、埋藏深度及地质构造的关系,总结提出了桂林市规划中心城区岩溶发育特征及分布规律。研究表明,桂林市规划中心城区岩溶发育主要以浅表的融县组、桂林组为主,在褶皱轴部,或断层影响带内,在垂直节理裂隙和缓倾斜层面裂隙组成的裂隙系统中,岩溶发育较强;可溶岩与非可溶岩接触地段岩溶发育强;在低平谷地中的分水岭处岩溶发育亦较强烈;在水文网长期摆动的地段地面以上岩溶发育程度强烈。     

面向东川复杂山地泥石流沟谷三维地形建模及特征分析的无人机遥感探测应用研究

以云南省东川区小江流域中游左岸大白泥河支流的泥石流沟谷为研究对象,利用无人机遥感技术采集该泥石流沟谷地表地貌数据,提出结合地面三维激光扫描建模数据进行同名地物控制点提取,实现无人机影像数据的绝对定向方法。通过Smart3D影像数据处理,构建研究区三维地形模型,得到数字正射影像（Digital Orthophoto Map,DOM）、数字表面模型（Digital Surface Model,DSM）和高密集匹配点云。利用PhotoScan软件中的不规则三角网渐进加密技术对点云数据进行处理,得到0.5 m分辨率的数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）。结合ArcGIS和Cloud Compare中的相关地形分析模块,实现对该段泥石流沟谷地区的地形特征分析。基于无人机遥感的泥石流沟谷地形建模及特征分析研究中采用的技术路线和方法,对于定性、定量探测高原复杂山区地质灾害及其监测、防治等具有重要实证案例参考价值与实践指导意义。     

基于OpenGL的可视化矿产资源经济评价系统开发

可视化矿产资源经济评价是矿山工业的重要项目之一,它的开发是矿山生产中急需解决的问题.本文给出了利用OpenGL构建可视化矿产资源经济评价系统的功能模块组成及设计思想.该系统利用Access数据库管理系统管理有关数据,利用VB和OpenGL绘制勘探线剖面图和三维矿体图,并提出了建立矿体三维模型的基于领域知识的多轮廓线重构算法.该系统可以方便地根据指定的参数实现矿产储量计算,并对矿床进行技术经济评价,给矿山生产及投资者提供一种科学的规划依据和手段.     

忻州盆地边山岩溶水系统与盆地孔隙水补给分析

忻州盆地边山岩溶水与盆地孔隙水存在密切的水力联系,岩溶水系统的圈划与分析对盆地孔隙水资源评价十分重要。文章运用地下水系统分析理论,基于地理信息系统技术,定量提取区域地质(岩相古地理、地层与构造)和水文地质信息,绘制了基于区域隔水底板等高线图、典型剖面图、盆地-山区两壁投影图等信息的岩溶水系统图;运用岩溶水系统图分析得出下马圈泉岩溶水系统与盆地孔隙水存在间接汇水、潜流和河流(泉)渗漏等补给关系,并给出了补给量的计算方法,为忻州盆地地下水资源评价与定量模拟提供了新的水文地质依据与基础。     

基于ASTER数据的岩溶地下水天然出露点信息提取与识别

在已有研究区水文地质资料的基础上,进行基于ASTER数据的岩溶地下水天然出露点信息的提取与识别.根据研究目标,以ASTER数据为信息源和调查工具,制定相应的图像处理和分析流程,增强与岩溶地下水天然出露点信息相关的影像特征;应用热红外遥感理论和技术,以ASTER数据热红外波段为信息源,借助岩溶地下水天然出露点与其他地物的温度差异,探索它们之间的可分性;结合ASTER数据可见光/近红外、短波红外波段的解译成果,进行岩溶地下水天然出露点信息识别.     

塔里木盆地塔河油田TH12402井区中下奥陶统古岩溶洞穴发育模式*

塔里木盆地塔河油田TH12402井区位于志留系覆盖区,发育典型的古岩溶缝洞型储集层,是塔河油田西北部奥陶系主要的产建阵地之一。基于三维地震数据、测井和钻井资料,并结合地震属性提取技术,对该区下奥陶统岩溶发育条件和储集层发育特征进行了研究,探讨了岩溶洞穴的控制因素和发育模式。结果表明: TH12402井区处于北西向次级鼻状构造的南翼,该区发育加里东中期Ⅲ幕古岩溶作用,岩溶地形以低幅度的溶丘和洼地为主,地表水系呈南北向汇流且分支水系相对欠发育;岩溶储集空间以大型迷宫状岩溶管道和分散的孤立状洞穴为主,主要分布在不整合面以下40~100m,且以未充填为主;近东西向的走向断层、次级鼻状构造以及上奥陶统地层尖灭线联合控制了古岩溶洞穴的发育,形成了平缓岩溶地貌区走向断裂汇流型岩溶洞穴模式。上述成果为相似井区的古岩溶储集层预测和井位部署提供了理论依据。