基于三维数字地质模型的地质空间动态剪切分析技术

基于三维数字地质模型的地质空间剪切分析是"玻璃国土"建设所面临的关键技术之一。其难点包括复杂三维数据环境中的高效实体布尔运算方法,以及相关三维实体语义信息的实时查询处理。采用基于BSP树的多边形合并与分解技术,实现三维空间实体的布尔运算与矢量剪切;采用多线程实现不同要素集合的并行裁剪运算,并在三维空间数据库引擎的支持下,进一步提升地上地下一体化信息处理和语义查询效率。以武汉市规划信息系统为例,实现了地下硐室和隧道动态开挖过程的三维地质空间剪切分析,并结合水利水电工程地下厂房设计和矿山三维巷道设计实例,说明了基于三维数字地质模型的地质空间分析的综合应用效果。     

基于规则库的三维空间数据模型

三维空间对象的形式复杂多样,对象之间的空间关系尚未形成共识.三维空间数据模型的空间及非空间关系的表达更是难以统一.典型的三维空间数据模型包括面向实体型、面向关系型和混合型3种数据模型,但这些模型存在诸如拓扑操作困难、对象语义描述不完整、关系表达欠缺等一系列不足.通过分析、综合3种模型的优缺点,以顾及拓扑面向实体的三维矢量数据模型为基础,设计了基于规则库的三维空间数据模型.这是一个将关系与对象相统一的新型数据模型.通过对对象关系的分析研究,引入规则的概念,进而构建出规则库,提出对空间对象间关系和结构统一的,完整的表达和管理方式.结合地质、矿山等应用将该三维空间数据模型在多个城市的三维地质应用中进行成功验证.通过应用,说明该模型实现了空间对象的自身结构和对象之间关系的统一表达,具备自定义、可扩展的空间对象关系表达能力,能够适应复杂应用要求,具有良好的应用前景.      

基于真三维GIS的地质构造模型与空间分析

带有断层的地质体建模难于层状地层,是当前研究的难点,模型完成后的三维空间分析功能目前也处于研究阶段,是当前研究的热点.以某石膏矿为例,介绍了利用存在地层倒转、地层缺失等复杂钻孔数据进行三维建模的流程以及模型建立后的三维空间分析方法和地学应用,尝试了三维GIS空间-属性查询、空间裁剪、纵剖面横切面的自动生成方法和实例研究.结果表明,地质体和构造的特征的三维建模和空间分析有利于地质演化的理解和开采设计的优化.     

北京市通州区工程建设层三维地质建模应用

在对工程地质钻孔、地层分层、剖面等数据分析研究的基础上,进行数据量化、筛选、标准化后,采用Dream Rocks软件创建完成了通州区(906 km2)地下60 m工程建设层的三维地质结构与属性模型.模型可以达到的效果:1)通过三维方式展示砂土液化在空间上的分布;2)通过层间拉伸的方式,展示上下层或相邻各层之间的三维空间关系;3)模型成果形式能转换成标准的obj格式,能较好地融入其他相关三维系统中,开展深层次的计算研究.     

高放废物处置库北山预选区区域水文地质概念模型

地下水流数值模拟是高放废物处置库选址中水文地质评价的重要内容.水文地质概念模型是地下水流数值模拟的基础和前提.在北山预选区水文地质分析基础上,利用DEM数据生成了研究区地表水系,据此确定了模拟范围;借助GMS软件,建立了研究区三维水文地质结构模型;再通过边界条件、流场特征、地下水均衡项和水文地质参数的分析和描述,建立了北山地区水文地质概念模型.     

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。     

一种基于距离场的三维地质空间属性插值方法

针对根据一系列属性等值线剖面/断面数据进行三维空间插值问题,笔者提出一种基于距离场的三维空间属性插值方法。首先,根据对应属性等值线轮廓生成三维等值面;然后,构建属性等值面的三维距离场;最后,对于空间内任意点属性,根据其两侧等值面的距离场数据进行线性插值求取,从而生成整个三维空间内的属性场模型。将该方法应用于某铜矿区的可控源音频大地电磁法(CSAMT)剖面数据,在已知视电阻率等值线剖面的基础上,插值得到三维空间的视电阻率场,可用于揭示地下空间物性分布和预测隐伏矿体等。     

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GIS的孔隙含水层系统三维空间离散方法研究

分析了目前孔隙地下水流三维有限差分数值模拟中对含水层系统三维空间离散存在的问题，针对自然界孔隙含水层与隔水层空间分布的不连续性与厚度的不均匀性，研究了基于GIS的孔隙含水层系统三维空间离散实现的技术路线，提出了基于GIS与不规则六面体元的孔隙含水层系统的三维空间离散方法，最大限度地保证了离散体元中含水层类型的单一性，提高了孔隙地下水流模拟模型三维空间离散的精度。     

三维地理信息系统及其在地质灾害研究中的应用前景

绝大多数地质灾害发生于具有三维空间特征的地质环境中,地质灾害勘查与监测数据需要进行三维分析处理.本文在讨论分析三维地理信息系统数据生成、空间分析等功能的基础上,以滑坡体为研究对象实现了三维地理信息系统的可视化和地质制图功能,最后指出了三维GIS在地质灾害研究中的应用前景和有待进一步努力的方向.     

基于OpenGL的多层三维空间实体叠加建模

多层三维空间实体普遍存在于现实生活中。借助于目前国际最广泛应用的三维图形接口OpenGL将其真实地显示出来，具有重要的现实意义。其中多层三维空间实体建模技术是显示过程的关键步鼻。在实现单层空间实体三维建模的基础上，利用OpenGL实现了多层三维空间实体叠加建模，叠加实现的过程及其属性数据的表示方法。     

浅覆盖区第四系三维地质结构模型快速构建--以运漕幅为例

在浅覆盖区地质调查中,钻探和物探等方法常用于揭示地质体三维空间分布。本文借用三维可视化方法,以运漕幅作为研究区域,利用钻孔资料和人工解译的地质图快速构建第四系三维地质结构模型,以展现研究区第四系宏观地层格架。文中详细介绍了模型构建的数据源及流程。最后,结合虚拟勘探线剖面成果模型,探索以立体形象的方式显示区域地层分布。所构建的第四系模型可称之为三维地质图,其价值即体现在形象的展现地质体空间分布。     

Simulation of spatial and temporal trends in nitrate concentrations at the regional scale in the Upper Dyle basin,Belgium

Models are the only tools capable of predicting the evolution of groundwater systems at a regional scale, by taking into account a large amount of information. This study presents the association of a water balance model (WetSpass) with a groundwater flow and solute transport model (SUFT3D, saturated and unsaturated flow and transport in 3D) in order to simulate the present and future groundwater quality in terms of nitrate in the Upper Dyle basin (439 km²) Belgium. The HFEMC (hybrid finite element mixing cell) method implemented in the SUFT3D code is used to model groundwater flow and nitrate transport. Spatially distributed recharge, modelled with WetSpass, is considered for prescribing the recharge to the groundwater flow model. The feasibility of linking the WetSpass model with the finite-elements SUFT3D code is demonstrated. Time evolution and distribution of nitrate concentration are then simulated using the calibrated model. Nitrate inputs are spatially distributed according to land use. The spatial simulations and temporal trends are compared with previously published data on this aquifer and show good results.     

三维构造恢复中原位归属问题的方法技术

针对目前复杂构造三维恢复过程中地质体产生空间位置变化的不确定性,采用三维原位恢复方法,以巴楚断隆S1 构造为例,通过对比S1 构造恢复过程中所选取的标准区域与样本区域在构造变形前后的空间位置变化,分析构造变化过程中S1 构造整体模型的位置变化规律; 并据此将构造复原后的模型整体变化至初始位置,消除S1 构造因去掉石炭系顶面断距带来西南方向的位移,也消除了因去掉石炭系褶皱所带来西南方向的位移。研究表明,运用三维原位恢复技术,能够确保地质模型在构造复原前后空间位置不变,进而保证研究主体在构造恢复过程中空间位置的相对稳定,为分析构造变形带来的影响奠定空间比较基础。     

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。     

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。     

城市地下空间开发利用地质适宜性三维评价指标体系研究 ——以杭州市为例

地下空间开发地质适宜性三维评价是合理进行地下空间立体化开发、降低开发地质风险的重要手段,也是当前研究热点.作为地质适宜性三维评价全过程的重要一环,科学合理地建立三维评价指标体系是其能否正确开展的前提基础.通过结合杭州城市地下空间开发面临的地质问题,在系统分析各评价指标对地下空间开发建设影响的特征基础上,以三维视角从地层...     

城市地下空间开发利用地质适宜性三维评价指标体系研究——以杭州市为例

地下空间开发地质适宜性三维评价是合理进行地下空间立体化开发、降低开发地质风险的重要手段,也是当前研究热点。作为地质适宜性三维评价全过程的重要一环,科学合理地建立三维评价指标体系是其能否正确开展的前提基础。通过结合杭州城市地下空间开发面临的地质问题,在系统分析各评价指标对地下空间开发建设影响的特征基础上,以三维视角从地层三维结构等多个方面构建完成了一套具有多层次结构的三维评价指标体系,并采用层次分析方法对评价指标进行了目标权重的计算、一致性检验、排序和分析。该指标体系可划分为5个准则层21个指标层,相较于二维评价指标体系,通过融合三维地质模型和三维空间分析方法,使评价过程中能够考虑更多的评价因子,更好地描绘地下复杂的三维地质环境,丰富了三维评价结果的内涵。基于模糊综合评价方法的杭州钱江新城二期的三维评价应用成果表明,该指标体系为三维地质模型和三维空间分析方法之间的整合提供了有力的指导,为提升三维尺度下的地下空间开发地质适宜性评价精度和准确性提供了有力的支持。