地质科学大数据背景下的矿体动态建模方法探讨

三维地学建模的理论与方法在大数据时代该如何发展,是当下这一领域研究人员非常关注的问题。从现代三维地学建模的重要方法——隐式建模的角度,对三维地学建模方法与地质大数据系统的有机集成、以及如何利用大数据技术提高地学建模的效率和质量等问题进行了探讨。初步提出了一套基于地质科学大数据的三维地学建模方法和流程,包括:地质大数据的搜集、主题大数据系统的搭建、地质特征要素的深度挖掘和三维地学模型的动态构建。同时,也指出了大数据背景下高质效三维地学建模的关键在于:研究实现充分顾及地质对象和地质科学大数据特点的地学人工智能、机器学习、数据挖掘及空间推断方法。通过一个典型矿体建模的应用实例对所提方法的可行性进行了验证。      

地学三维可视化

本文论述地学三维可视化研究现状与未来的发展,认为地学三维数据模型,地学三维数据场,地学矢量场、标量场的三维可视化,三维图像表面空间分析,实时动态可视化技术是当前GIS中可视化的研究重点和发展方向。本文介绍了GIS地学三维可视化与分析系统Geo-3D Vision的主要功能。     

宁夏甜水河煤田地下水模拟及涌水量预测

地下水模拟技术是进行煤田地下水环境影响评价和矿区疏干排水设计的主要工具。该文以宁夏甜水河煤田为研究对象,根据矿区地质条件和水文地质条件的分析,确定模型边界条件并建立了水文地质概念模型,应用基于有限差分法的MODFLOW程序,建立地下水流三维模型,进而对煤田各开采阶段的地下水流场和涌水量进行预测,从而为煤田地下水有效防治和安全生产提供依据。     

3D GIS下地下水流有限元数值模拟方法与应用

目前缺乏针对较强空间特性水文地质计算参数的高效采集方法与管理机制,而且现有孔隙地下水流有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面仍存在很多不足。因此,本文以有限元数值计算方法和三维地理信息平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,针对孔隙承压地下水有限元分析过程的关键步骤（概念模型构建、空间离散、水文地质参数提取与赋值等）,提出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。基于水文地质钻孔数据和GTP（Generalized Tri-Prism）空间数据模型,以盐城市滨海平原水文地质区为研究区域,实现了地下水系统空间结构特征的三维表达,同时与地下水流有限元数值模型相耦合,提出了3D GIS模型与地下水非稳定流有限元数值模型耦合的核心处理算法,并在此基础上开发了3D GIS地下水流数值模拟系统。应用实例表明,该技术框架可有效简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。     

基于虚拟地理环境的游戏化学习系统与应用

游戏化学习是将计算机游戏应用于教学的一种新的教育手段,相比于传统的课件教学方式,使用虚拟沙盒更能培养学生的动手能力和团队协作能力,甚至能让学生参与游戏化课件的制作与完善。基于虚拟沙盒构建的虚拟地理环境能为地学知识的游戏化学习提供充分的技术条件,为地学知识教学提供了新的方式。大陆漂移模拟、溶洞现象模拟和矿物晶体虚拟仿真等典型应用体现了基于虚拟地理环境的游戏化学习系统的典型特征。     

地学现象三维空间模拟-以点源烟气扩散为例

探讨地学现象三维空间模拟的方法。将地学现象所在的三维空间以规则六面体格网形式离散为一个个相互连接的格网单元,运用相应地学模型计算规则六面体各顶点的属性值,再用MC方法追踪形成等值面,以此来表示地学现象的三维空间状态。以点源烟气扩散中烟气的三维浓度模拟为例,验证了这一空间模拟方法的有效性和直观性。     

体视化关键技术

体视化技术有着广泛的应用前景。对体视化的几种关键技术进行了分类综述，介绍了体数据的表示和分类，面绘制、体绘制和混合绘制各类典型算法的原理和特点。体数据的表示方式涉及到表示精度、存储量和处理时间之间的矛盾，要根据实际问题的具体特点和要求加以选择。体数据的分类是整个可视化算法中的一个关键步骤。只有对体数据进行准确的分类，才能经过处理得出合理的图像。近年来为加快绘制速度和提高图像质量提出了许多改进的体视化算法，并对部分改进算法进行了介绍。     

有限元分析中断裂区域单元的划分

根据弹性理论的叠加原理，研究了有限元分析中的单元划分问题。通过有限元结点位移反演边界力系数与理论边界力系数进行比较来判别断裂区单元划分是否合理，应用模拟数据定量分析了二维和三维有限元法的单元划分，为有限元法在地学研究中的实际应用提供参考依据。     

特征约束六面体网格生成的改进栅格法

目前,针对地学对象的非结构化六面体网格生成问题仍未得到很好的解决。为满足相关地学研究对六面体网格的需求,促进地学模拟及传统GIS空间分析的进一步发展,本文对传统栅格法进行扩展,提出了一种面向地学研究的六面体网格生成的改进栅格法。通过提取实体模型表面的几何特征,考虑内部孔、洞约束生成骨干网格,在此基础上构建一套特征约束模板来处理复杂的特征约束,使之既能保持地学研究对象的几何形态特征,又能实现加密区域与非加密区域的平滑过渡,从而满足地学分析与模拟的需求。     

地学研究中的可视化计算与应用

地学研究中广泛遇到三维乃至更高维数据场的分析、解释和显示的问题。科学计算可视化研究的核心问题就是把多维数据变换为人的视觉所能感受到的计算机图像,使研究者能够观察它们的模拟和计算过程,并进行交互控制。因此,科学计算可视化被广泛应用于资源、环境、地震、气象等地学研究领域,极大地改观了传统的研究方法,丰富了地学发现的过程,给予地球科学家更为深刻的洞察力,并且预示出一系列新的交叉学科。     

山东省苍山县沟西-西官庄铁矿沟西矿区水文地质特征及涌水量预测

山东省苍山县沟西-西官庄地区赋存有隐伏的鞍山式低品位铁矿,矿区水文地质条件属于中等型。对勘探施工的51个地质孔全部进行了简易水文地质编录,9个水文地质孔进行分层抽水试验,查明了铁矿矿区水文地质条件,对矿床充水因素进行了分析,确定水文地质单元边界条件模型,采用承压—无压完整式巷道双边进水水平坑道计算公式,对坑道各水平涌水量预测。预测结果与相邻水文地质条件相似的开采矿山涌水量分析对比,基本与当地相邻矿山涌水量实际相符,能够为矿山开发利用提供地学依据。     

Micromine软件的三维地质建模及可视化技术在固体矿产储量估算中的应用

随着计算机图形技术、三维GIS技术和数据库技术的迅猛发展和日渐成熟,将GIS技术、三维地质建模及可视化与固体矿产储量估算相结合,形成先进实用的储量估算软件是目前国内地学信息研究的重要方向之一。而矿山行业也迫切需要一个集三维矿体建模与可视化、矿山信息管理等功能于一体     

东营凹陷牛庄—王家岗区块输导层油气运移初值三维重建方法与应用

输导层油气运移初值的三维重建是衔接排烃史三维模拟和人工智能运聚模拟的模块,是为了解决在排烃史三维模拟之
后油气从烃源岩层运移至输导层的路径和数量,同时为人工智能运聚模拟做输烃量的预分配。该方法对于模拟自生自储油气藏
和透镜体油气藏具有特别的优势,同时,所提出的方法综合考虑了岩相变化、断层和流体势对油气运移初值三维重建的影响,即通
过流体势差值、岩性和断层性质判断油气的运移方向,并根据流体势差值所占比例、岩性和断层性质的差异来分配油气输导的比
值。应用该方法在地质体的三维角点网格模型的基础上,对东营凹陷牛庄-王家岗区块进行了输导层油气运移初值的三维重建
并获得了较好的模拟结果。模拟结果显示该区块从沙四上亚段沉积末至现今有14.0%的油滞留在烃源岩中,运移出来的油中有
98.4%的油向上运移至输导层,0.065%的油向下运移至输导层,1.535%的油侧向运移至输导层。      

真3维地学构模的若干问题

以科学可视化、3维GIS、3维地学模拟及其在地质采矿与岩土工程中的应用为背景。系统分析了国内外3维地学领域面元构模、体元构模和混合构模方法的优缺点及其适用范围,指出了其存在的基本问题。介绍了广义三棱柱(GTP)的真3维地学构模原理、方法与技术特点,及其基于采样数据、本质开放与内合拓扑关系等性能优势,进而分析了基于GTP的真3维地学构模中亟需研究解决的核心问题和主要内容。指出：海量地学空间数据组织是3DGMS的心脏;在真3维地学模拟系统研发方面需要吸取科学可视化技术与3维GIS的营养,并充分利用VC 和OpenGL的图形函数,实现灵活方便、用户友好和可交互的地学可视化操纵。     

浅谈VisualModflow和FEFLOW

地下水数值模拟是各种数值方法在水文地质计算中的应用,是目前定量研究地下水水资源量的重要手段。VisualModflow和FEFLOW都是当前世界上十分流行的可用于模拟三维地下水流和溶质运移模拟评价专业软件系统,属商业软件。它们都具有直观的、强有力的图形交互界面,模型剖分、输人参数和模拟结果,都可以用图形显示,并支持三维可视化,做到了真正的人机对话,在许多行业和部门内得到了广泛的应用。但同时,它们之间却存在着许多差别,各有千秋：     

三维地形颜色渐变渲染的光滑过渡方法研究

地形颜色渐变渲染是表达地形起伏变化或其他地学要素空间分布变化趋势的常用方法。在三维地学交互分析系统中观察分析三维地学信息时,需要依据观察位置和分析区域的范围大小不停地变化视角和视距。当观察距离很近时,利用包含一定颜色数的色带渲染地形会出现明显的颜色分层现象,不能很好地表达地形颜色的光滑过渡。针对三维地学交互分析系统对地形颜色渐变渲染的操作需求和存在的问题,分析了RGB和HSL两种颜色模型的特点,顾及OpenGL的颜色平滑过渡原理,在RGB颜色空间通过对所有颜色分量进行线性插值实现了地形双色渐变渲染,在HSL颜色空间通过固定饱和度、亮度,对色相进行线性插值实现了地形多色渐变渲染,并通过加入光照计算来增强地形颜色渐变晕渲的三维立体效果。实验结果表明：本文方法能很好地兼容OpenGL的平滑着色,实现三维交互环境下任意距离观察地形均能保持颜色之间光滑渐进过渡,达到更为光滑的地形颜色渐变渲染效果。     

地壳块体应力场动力学演变过程仿真的初步研究

运用三维非线性动态有限元方法,研究华北地壳块体对渤海、黄海潮汐水位变化的动态响应,得出该块体中各力学量随时间演变的数值结果以及动态、直观的三维仿真映象,并以此探索计算力学与地学综合研究的途径.从仿真模拟结果可以看出:华北地区近期发生的几次较大地震均在应力较大或应力变化剧烈的地点.由于海洋动态载荷的量级小,计算结果的应力绝对值也很小,因此,这种吻合表明较小的动态载荷下的动态响应揭示了孕震构造的特征,显示了应力集中的地点.     

基于Visual ModFlow的苑庄水源地地下水位预测

根据苑庄水源地的水文地质条件,建立了水源地的水文地质概念模型。在此基础上,采用Visual ModFlow对水源地地下水流场进行了数值模拟。误差统计分析表明,数值计算模型在识别与验证过程中的误差较小,模拟效果较为理想。根据所建立的数值模型,并按照设计开采量,对水源地运行后区域地下水位的变化趋势进行了预测。     

基于数量化理论Ⅰ的水文地质点参数确定

分析了目前水文地质参数研究中存在的一些问题,尝试以抽水试验资料和一般勘探资料为基础,根据含水层岩性、含水层组的厚度、地层结构等因素对点参数确定的影响,采用数量化理论Ⅰ对区域水文地质参数进行研究,建立了含水层渗透系数和给水度数量化理论模型,结合西北典型干旱灌区地下水流进行实例模拟,取得了较好的应用效果。     

实景三维技术发展态势——XXIV ISPRS Congress报告

实景三维作为国家新型基础测绘和时空大数据平台的重要数据支撑,实现了对真实世界的高精度、高真实度、高智能度的数字化重现,具有广泛的应用价值和社会意义。实景三维数据提供了对真实物理环境准确和逼真的描述,有助于在各个领域更好地进行决策、分析和模拟。本文以第24届国际摄影测量与遥感大会（XXIV ISPRS Congress）的研究成果为依据,从实景三维的立体化、真实化、实体化三个方面,概述了国际上的科研进展和发展趋势,并针对中国实景三维建设面临的难点和挑战,提出了相应的对策和建议。针对不同层级的地理空间实体（如地形、城市、部件等）的建模需求,立体化重构技术利用不同数据获取平台特点,借助多模态遥感数据融合实现产品的多尺度多细节层级表达。纹理定向映射和感知信息融合等技术进一步提升了重构产品的真实化描述,将三维模型真实客观地模拟于数字化空间。具有海量性和实时性的物联感知数据包含了物联网技术采集的各种传感器数据,将其与实景三维模型进行融合和分析,既可用于实景三维产品更新,也可借助三维平台为众多时空地理信息应用赋能,如提供监测环境变化、预测灾害风险等智能服务。同时,实体化建模技术通过对精细化分类三维产...