基于水平集的复杂三维地层模型建模及在地下工程中的应用研究

由于地质体存在断层、尖灭、出露等复杂地质现象,在三维地层建模时,为了表达这些现象,无论是面模型还是体模型或混合模型,都存在空间分割或曲面求交线的问题。由于地质体拓扑关系的复杂性、数据误差以及计算机精度问题,使得这些模型在实际建模过程中常常失效。运用水平集理论可以有效解决这一问题,水平集用隐函数表达曲面（或超曲面）,可以实现复杂地质体的表达及并、交、差等拓扑运算。在三维地层建模中,插值生成各种地质界面后,用水平集表达这些地质界面,利用水平理论完成各种复杂的拓扑操作,建立以水平集表达的三维地层模型。在此基础上,插入水平集表达的各种工程活动界面,利用水平集理论进行拓扑操作,可构建各种工程活动后的地层模型。再利用Marching cube算法抽取各种地质界面或工程活动界面,构建可用于实时可视化或用于工程评估（如有限元计算）等的NMTINF-BR地层模型或工程活动后的NMTINF-BR地层模型。     

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.     

三维可视化技术在锡铁山矿区信息化建设中的应用研究

运用Vulcan三维可视化软件,对锡铁山铅-锌矿区3062m中段以下05-75线之间的主要矿体进行三维可视化研究,全方位、真实地表达近年来的地质勘探成果,并通过储量计算与找矿预测,为下一步地质勘探工作提供科学依据,为矿区信息化建设提供基础资料。     

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。     

地质对象表面模型的矢量缓冲区分析算法及其在矿产资源定量评价中的应用

基于GIS的三维隐伏矿体成矿预测是矿产预测评价领域研究的热点问题,而构建三维数字矿床模型则是解决该问题的重要手段之一。目前,在构建三维数字矿床模型方面,仍有大量问题亟待解决,特别是基于三维空间分析构建找矿标志的三维模型方面尤为突出。三维缓冲区分析是三维空间分析的基本内容。目前在成矿预测研究中,通常使用地质对象的栅格模型表达其缓冲区,但其存在耗时、不精确、可视化效果相对较差的缺点。本文提出缓冲区分析方法,具有快速、精确、矢量化的特点,由地质对象的离散化入手,通过改进的带符号的欧氏距离变换方法和精确的光滑曲面重构算法,最终获得使用以矢量表达的地质对象的三维缓冲区(带)。基于多个矿区实际的三维地质模型,从三维可视化、优度与等距性分析等方面开展两种模型的对比实验,结果表明,矢量缓冲区分析在三维可视化、计算精度及其算法扩展性方面比栅格缓冲区模型更加适合三维隐伏矿体的定位与定量预测。     

基于Unity3D引擎的三维可视化技术在煤炭地震勘探中的应用

为满足地震勘探报告三维可视化的需要,以Unity3D引擎为开发平台,利用GIS 3D分析及3DS max三维建模,研究应用煤炭地震勘探三维可视化技术,实现三维地质数据体、地质层位(包括断层面)以及复杂地质模型等的三维可视化,实现对三维地质模型的平移、旋转、缩放,以及各种综合立体显示,建立三维环境漫游和三维可视化交互平台,并以动画形式表现出来,形成具有灵活方便使用的可视化系统。     

数字露头实景三维Web平台研究与云端地质考察应用

露头是地质考察的重点,结合无人机倾斜摄影测量技术构建数字露头实景三维模型并实现露头可视化研究能够为解决传统地质研究中存在的效率低、危险性高和数据复用性差等问题提供全新的思路。论文研究了倾斜影像三维建模、数字露头三维可视化和全景影像可视化等三维技术,并基于Cesium开源三维地球引擎研发了数字露头实景三维Web平台。平台实现了高精度露头实景三维模型的可视化,并将露头相关的描述、图片、视频、全景、文献、观察点、地质标绘等信息与露头三维模型有效结合,实现了露头三维模型上传与实景漫游、露头相关地质信息自主提供、分享、互动与可视化展示。论文通过实例证明了平台云端地质考察应用的有效性和新颖性。该平台作为第21届国际沉积学大会虚拟野外地质路线考察的首选,已成功应用于15条路线中的12条。相比传统地质研究手段,露头云端三维可视化研究能够帮助地质学者更加全面、直观地理解露头地质现象的时空展布和地质特征,并且支持数字环境下露头资源的共建、共享,节省了地质考察的时间和成本。     

基于自然的解决方案对中国生态保护修复工作的启示

基于自然的解决方案(Nature-based Solutions, NbS)指对生态系统加以保护和恢复,并对其进行可持续管理,从而造福人类的行动。目前国际社会普遍认可采用NbS对抗生态系统退化、全球气候变暖、生物多样性丧失等人类共同面对的挑战。针对NbS的研究和相关理论仍处于构建阶段,以世界自然保护联盟为代表的研究机构已经初步建立了NbS全球标准和使用指南。我国针对NbS的现有研究主要参考该国际标准,但尚未形成本土化的理论和标准体系,同时缺少基于该标准的相关实践工作。通过总结NbS的相关文献和成果,分析目前国际上NbS的发展现状及趋势,并以印度Banni草原生态系统修复作为典型案例,结合我国国情,提出了对中国在NbS生态系统恢复和保护工作上的7点建议,即: 将NbS政策主流化、加强区域和国际合作、加强NbS资金投入、建立适应本土的NbS标准体系、开展多部门合作、重视试点实验以及加强自下而上的参与模式。期望可以为我国的NbS研究者及从业者提供更广泛的国际视角。     

山西阳泉地区旅游地质资源遥感调查与成果分析

为查清山西省阳泉地区旅游地质资源分布状况,方便当地政府掌握区内旅游地质资源现状,为地质公园开发、保护与发展规划提供决策依据,山西省自然资源厅(原山西省国土资源厅)于2018年开展了“山西省阳泉地区旅游地质资源调查”项目,基于三维可视化遥感影像,采用目视解译方法,并结合已有地质资料和野外调查数据,获取了阳泉旅游地质资源分布信息。在阳泉中东部圈定了一条呈月牙形的旅游地质资源密集分布带,该分布带西起盂县藏山,向南东过平定玉皇洞,终至平定县娘子关,分布在碳酸盐岩区,集山地地貌景观、岩溶地貌景观和泉域地貌景观于一体,是我国北方地区规模较大、较为典型的碳酸盐岩地貌、岩溶地貌和泉域地貌出露区,在区域上连片分布,具有较高的开发潜力。建议在“藏山旅游区—岩溶地貌景区—娘子关旅游区”范围申请建立北方碳酸盐岩景观多成因类型地质公园。     

基于三维可视化技术的隐伏矿体预测

在现代成矿预测理论研究基础上,利用已有的商业三维地质建模软件,建立了一套基于三维可视化技术的隐伏矿体三维立体定量预测方法和流程,结合云南个旧锡矿实例探讨大比例尺隐伏矿体三维定量预测的数据预处理、三维地质建模过程和三维定量预测方法。使用三维可视化技术结合找矿信息量法确定了研究区找矿有利靶区,计算了含矿远景单元的找矿概率,估算了工程验证区金属资源矿体量。应用实例表明了应用三维可视化技术进行隐伏矿体三维定量、定位和定概率的有效性。     

城市地下空间三维地质模型可视化技术研究

目前,城市地下空间信息化发展面临着海量数据组织、管理和可视化显示等亟需解决的关键问题。本文顺应国家新型智慧城市建设趋势,提出并实现了城市地下空间三维地质模型可视化技术,构建地质三维模型分级数据,按照不规则四叉树结构形成LOD数据;基于构建的三维空间网格码规范编码,运用降维、非布尔运算的方法,实现最大精度化的地下空间模型数据无限逼近的融合;并采用多渲染引擎的混合渲染架构,支持DirectX、WebGL（OpenGL ES）、OSG（OpenGL）和游戏引擎（Unreal Engine）等多引擎渲染,实现TB级地下时空数据的真实感可视化与高效调度,为城市地下空间开发利用提供数据支持和辅助决策分析支撑。     

基于VR技术的多尺度地质数据3D沉浸式可视化与交互方法

随着科技的飞速发展,地质大数据正在呈爆炸式增长,地质大数据可视化与交互方法成为研究的新方向。如何通过可视化方法将巨大的、复杂的、潜逻辑的地质数据展现与交互是需要进一步探索的。本文提出基于VR技术的多尺度地质数据3D沉浸式可视化与交互方法,该方法既符合计算思维又符合地质专业理论。首先,从理论上提出多尺度地质数据可视化理论模型;其次,基于VR技术实现多尺度、多分辨率地质数据的可视化;最后,构建了3D沉浸式虚拟现实平台,采用实际数据验证方法的有效性。该方法适用于地质数据的可视化与交互,为科学的定量评价、分析和教学提供新思路,是未来的必然发展趋势。     

一种基于物性数据的深部三维地质建模方法

地质采样信息不足是制约深部三维地质建模的重要因素, 深部物性探测数据由于其易于获取而能够有效形成可视化模型.结合这一特点, 在地质调查项目工作中探索出了一种基于物性探测数据的三维地质建模方法.它首先利用岩石样品物性测量实验数据提取出物性参数及其对应地质属性的映射关系, 然后将不同地球物理方法所获取到的物性数据进行综合建模并解释, 最后将解释后的可视化模型转换为地质三维模型.实践证明, 该方法能够针对性地解决项目中的一些深部地质三维建模问题.      

遥感影像三维可视化的实现及应用初探

三维可视化是众多GIS应用中的重要组成部分。本文就如何利用地形图和遥感图像等多源数据实现三维可视化的技术路线及相关原理作了详尽阐述并对其在地质中的应用做了初步探究,对野外地质区调工作部署有一定的辅助指导意义。     

基于MapGIS三维地质建模方法及实践——以1∶25万扎鲁特旗幅深部地质调查为例

通过1∶25万三维地质调查,系统总结了基于MapGIS平台、DGSS数据库和CREATAR三维可视化技术,实现中比例尺三维地质建模及表达的技术方法.以地表地质调查成果为基础,综合地质、地球物理等多元信息,采用三维可视化技术,进行三维地质结构建模与推断,揭示地下一定深度的各种地质体和地质现象,表达各种地质体的三维空间展布及相互关系,为有效地进行地质研究和含油气盆地预测提供技术资料支撑.     

From registration to visualization of geological data with MO2GEO: applications of the FieldModule,interpolation methods,and computer visualization

The registration and screen visualization of geological data are basic steps in modelling of 3D structures and geoscientific processes. Therefore, a standardized coding of geological field observations is reasonable to enable an independent modelling approach. The field module of MO2GEO provides diverse standards for data coding and was tested in the frame of a mapping project. The visualization of profiles and the construction of cross-sections improve the database for a variety of interpolation methods. The subsequently developed 3D models, constructed with diverse modelling tools, can be visualized and serve as the base for diverse applied scientific projects.     

基于GIS协同AutoCAD和Google SketchUp的三维地质建模方法研究

现有三维地质建模方法的操作过程十分烦琐、复杂。为降低作业人员的劳动强度,并提高建模的直观性和模型结果的准确性,提出一种基于GIS协同AutoCAD和Google SketchUp的三维地质建模方法。在介绍了GIS结合AutoCAD和Google SketchUp构建三维地层模型的基本原理和工作流程之后,阐述了地质数据的处理和三维地质场景的构建过程,并重点阐述了地层表面的绘制、地层三维体模型的构建和可视化关键技术。最后利用C#语言基于SceneControl组件开发了三维地层模型可视化系统,并对构建的地层模型进行了展示。系列实验结果表明,该建模方法具有简单易学、可操作性强和流程化的特点,是一种非常实用的三维地质建模方法。     

三维城市地球物理数据管理与服务系统框架

为实现地球物理数据对城市发展提供数据支持, 以3D GIS作为基础平台, 从数据与信息管理、多方法综合处理与显示、成果的三维可视化表达及信息发布等4个层次阐述了三维城市地球物理数据管理与服务系统框架的构建; 数据与信息管理子系统是整个系统的基础, 提供数据基础.GIS支持下的第2层次作为数据显示和多方法交互综合处理的工具而存在, 并为成果信息表达提供基础.后2个层次实现城市地球物理成果数据的展示功能.第3个层次是对成果数据的三维再现, 而第4个层次则通过Web来发布成果信息.在构建三维城市地球物理数据管理与服务信息系统时, 存在2个方面需要解决的问题: (1) 要实现多期次海量的城市地球物理数据的一体化管理问题.提出了以地球物理勘探点、线作为多方法数据融合的基础, 分层次、专题按要素的方式建立多维数据库, 以达到对数据的统一管理. (2) 成果信息的可视化问题.为了在三维空间中再现成果数据, 将地球物理形式的数据转换成地质形式, 设计了一个以线框模型为基本思想来表达三维地质模型的数据模型.将提出的系统框架结合华北某地区进行了应用, 取得了较好的效果.      

基于数字地球平台的地质钻孔三维模拟与可视化

研究了地质钻孔信息的管理和可视化技术,提出了一种在数字地球平台中进行城市钻孔信息模拟和可视化的方法。该方法基于一个统一的钻孔数据库标准,首先将钻探点位信息和地层分层信息组织成具有不同细节层次的钻探点位模型、钻孔分层散点模型和钻孔管段模型,然后构建基于细节层次模型的海量钻孔信息多尺度表达机制,最后将这些模型加载到数字地球平台中进行可视化及查询、分析。在上海市的应用实例显示,该方法实现过程简单、自动性高,生成的模型易于在国际互联网上进行分发、集成与共享。该方法的应用将有助于地质工作者向其他科技人员以及社会公众展示、分发自己拥有的钻孔信息,为以钻孔数据为代表的城市地质信息的社会化服务奠定基础。