基于线框架模型的三维地质断层结构模型及其构建技术

基于地质断层构造的特点,文中提出了一种适合三维断层模拟的数据模型——线框架模型,并基于该数据模型详细描述三维断层结构模型的构建方法,实现了从层面结构的地质模型向块体结构的地质模型进行自动转换的关键算法。线框架模型以方向线框架来表达地质模型的骨架,以方向TIN网来表达地质模型的血肉,具备地质断层结构模型所要表达的各种几何元素与拓扑关系。基于线框架模型的三维地质断层构模技术将地质界面之间的交切在地质界面三角网形成之前就进行处理,将面与面之间的切割操作简化为线与线之间的操作,这种方法不仅能有效地减轻断层地质体构模的复杂程度,而且可以将线与线之间的交线作为地质界面三角网构建时的约束边,从而有效地保证了地质界面之间交切关系的正确性。     

复杂介质的三维块状模型快速射线追踪

三维复杂介质的射线追踪,是目前在生产实际中应用最广泛的正演模拟技术。这里采用了块状结构的建模方法构造复杂三维地质体,以试射法作为射线追踪的基本算法。在试射过程中,引入了聚类的基本思想进行聚类加密,提高了射线追踪的效率。为了得到光滑连续的地层曲面,采用基于方位角的平滑处理对曲面进行平滑,可以进一步提高三维射线追踪的计算速度。同时,通过对迭代算法的改进,能够保证复杂模型的快速射线追踪。实际地质模型的射线追踪结果证明,改进后的射线追踪方法能够有效地提高复杂介质三维模型的射线追踪速度。     

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。     

基于线框单元体的三维闭合地质块体构建方法

为能充分利用空间数据模型中的拓扑关系来实现三维闭合块体的构建,引入了表示简单块体轮廓的线框单元体概念来组织三维模型间各要素之间的拓扑关系;并以此为基础给出了以方向边和方向三角形作为基本识别单元进行三维简单形体的自动识别方法。应用实例表明：利用该方法不仅可以准确构建复杂地质块体,还可以准确描述块体内各要素的拓扑关系,再现局部特殊地质现象,如小断层（悬面）等。为三维地质模型在地震正演模拟、射线追踪等分析应用方面提供了基础。     

一种含断层的复杂层状地质体三维自动构模方法研究

为了使复杂地质体建模过程趋向于自动化、简单化,在分析了复杂层状地质体的空间信息特征的基础上,提出了一种针对含断层的层状地质体的自动构建方法。该方法先对地质钻孔资料、地质报告图进行预处理,从而获得离散的数据点;然后选择基于表面模型的建模方法,根据从钻孔分层信息到剖面图再到地层面的建模流程,分别构建出地质体的顶、底两个地层表面模型;根据空间拓扑关系处理断层结构,将断层以两条首尾相连的约束线嵌入地面模型中;最后使用轮廓线拼接法生成侧面,将顶、底、侧面缝合成封闭的三维地层体模型。利用自主开发的三维可视化系统对该方法进行验证实现,并成功应用于山西省某煤田矿区的三维地质建模中,实践表明,该建模方法高效快速,自动化程度高,所构建的地质体模型表达复杂地质结构的效果良好。     

基于GeoStation的城市片区地质三维建模技术研究

本文基于华东院自主研发的GeoStation地质三维勘察设计系统,设计一种城市片区地质三维建模技术方法。该方法首先采用地质剖面作为地质拓扑剖面,其次使用地质拓扑剖面将城市片区划分为若干城市区块,再次使用GeoStation系统的地层自动建模功能独立构建城市区块模型,最后将城市区块拼合为整体模型。该方法集成在GeoStation系统中,并在某城市级BIM应用中进行应用,结果表明该技术方法可行,实现了海量庞杂地质建模数据的高效管理,构建的地质三维模型可满足某城市BIM平台数据要求,为城市地理空间信息建模提供新的手段,也为其他城市开展数字化建设和智慧化管理提供范例。     

基于地质统计学法的三维储量估算系统研究与应用

在介绍地质统计学和三维地质建模知识的基础上,提出系统的设计思路：根据原始采样数据及边界品位在勘探剖面上构建二维轮廓线,在三维环境下通过交互式操作生成矿体实体模型;构建块体模型并用实体模型进行约束,标记矿体内的块体;用克里格品位估值算法对矿体内的块体赋品位值;最后统计计算储量。其中用到的关键技术包括变差函数自动拟合算法、交互式轮廓线拼接算法以及块体模型约束中用到的OBB树技术。该系统已经对某矿区数据进行了储量试算,结果与勘探报告一致。     

基于BIM技术的地铁基坑工程施工仿真模拟方法

如何在地铁基坑施工过程中充分利用复杂地质和工程结构的多源异构信息,实现施工数字化建造是地铁工程建设中的一个难题。通过提出建筑信息模型（BIM）定制化思路,有效集成工程结构体和岩土体模型,建立岩土体开挖与结构体施作同步进行的基坑施工仿真模拟方法,来解决这一难题。采用工业基础类（IFC）标准,分别针对地质体和工程结构进行扩展和定义,构建基于IFC标准的基坑工程基础数据体系。在Autodesk软件平台上,研发基坑结构构件库和参数化构件建模技术,创建自定义的基坑结构建模插件。构建基于钻孔数据的三维地质建模方法,建立面向施工过程的地质模型动态剖切方法,将地质模型离散划分不同开挖阶段的三维地质块体,形成基坑分阶段施工三维地质模型。在此基础上,研究地质体与结构体融合的拓扑重构算法,构建基坑多阶段开挖一体化集成BIM模型,动态加载施工进度信息,形成基于BIM技术的地铁基坑工程施工仿真模型和模拟方法。最后,通过工程实例展示所提出的仿真模拟方法的可行性与有效性。     

基于Delaunay三角剖分的二维交互建模研究

准确合理的地质模型是地震正演模拟的基础.简单的层状结构建模方法无法描述复杂的地质模型的拓扑结构,基于块体的地质建模方法可以描述断层、尖灭、透镜体等多种复杂地质结构,但建模方法实现比较难.这里提出了一种解决方案,该方法基于Delaunay的地质建模方法,采用带约束的Delaunay三角剖分对复杂模型三角化,在此基础上,以...     

多源数据三维地质结构模型约束的属性建模方法：以北京市通州城市副中心为例

支持多源异构数据的三维地质建模方法一直是三维地质建模研究的重点和难点之一。本文以北京市通州城市副中心工程地质勘察为例,设计了一种多源数据三维地质模型自动建模方法。该方法首先在数据预处理阶段,利用剖面、地震剖面解译及等值面(线)等数据生成虚拟钻孔,从而将异构的多源数据统一转换成同构的虚拟钻孔数据,然后利用钻孔和虚拟钻孔实现三维地质结构的自动化建模;根据已构建的三维地质结构创建属性模型结构约束,采用六面体网格或四面体的单元结构构建属性模型网格;属性模型网格中的每个属性块通过三维空间插值方法进行属性赋值,然后将属性变化映射为颜色变化,建立了相应的三维地质属性模型,实现了多源数据三维地质结构模型约束的属性建模。该方法已经应用在工程地质勘察和城市地下空间开发等领域,通过使用多源异构的建模数据,使构建的三维地质模型更加完善,有助于三维地质模型的推广和应用。     

用电子版传统地质报告构建煤炭勘探区三维地质模型方法与软件研究

本文探讨将电子版的传统地质报告转化为三维地质模型的技术方法。首先分析了传统地质报告中可用于三维地质建模的主要数据源,认为煤层底板等高线图和勘探线剖面图是两种主要的数据源;然后分析了由电子版的传统地质报告构建三维地质模型的技术关键是由煤层底板等高线构建煤层底板曲面的不规则三角网、断层曲面的三角网和将二维剖面转化为三维剖面。讨论了三维建模前的数据预处理:将打断的等高线接起来;仔细处理等高线与断面交线相遇时的"未及"与"过伸";为等高线赋高程;用等高线为断面交线赋高程。提出了半自动分区构建被断层切断的煤层底板曲面的方法。给出了断层曲面的两种构建方法:相邻煤层底板等高线图的断面交线相连;相邻剖面图上断面交线相连。讨论了煤、岩层体的构建方法中煤层顶板曲面和侧环面的构建。指出了今后煤田勘探队在编制地质报告的图件中应该注意的几个问题。     

复杂矿区三维地质可视化及数值模型构建

复杂三维地质可视化和数值模型的构建是采矿、岩土及水利水电工程中常常遇到的关键问题。针对数值模拟软件在复杂矿区地质体模型构建及单元网格划分等前处理问题上存在的不直观、工作量大等缺点,结合矿业软件在复杂三维地质体建模的强大优势,在研究线框模型和块体模型差异的基础上,提出了基于线框模型的复杂矿区三维地质可视化及数值模型构建技术。根据线框模型特点不同,以地表和采空区模型为型,分别阐述了基于Surpac的表面模型和实体模型无缝转换成MIDAS/GTS数值模型的有效方法,并将该技术成功应用于冬瓜山铜矿复杂采空区群围岩稳定性研究中。结果表明,该方法是可行、有效的,从而为矿山开采设计、安全分析及复杂地质体结构的岩土工程数值模拟分析提供了一种新的建模方法。     

基于BERT的三维地质建模约束信息抽取方法及意义

地质报告中地质体的几何、拓扑及属性信息是三维地质建模过程中重要约束性信息。但传统的属性信息抽取方法存在覆盖率有限、局限于人工设计特征及模型泛化能力差等问题。面向三维建模任务,总结了地质报告中地质体的几何、拓扑及属性文本的特点,提出了一种基于BERT-BiLSTM-CRF的三维地质建模信息抽取方法;基于BERT预训练模型,构建融合BiLSTM和CRF的深度学习模型,通过BERT模型获取动态字符深层次语义信息,弥补静态词向量无法解决一词多义的问题,提高地质体复杂建模信息的抽取能力。以43篇地质报告为数据源进行模型性能评估,实验结果表明所提出的方法对于地质体三类属性信息抽取准确率达到90%以上,对于三维地质建模具有重要支撑作用。     

沉积地层系统三维实体模型构建方法

全面系统地研究了沉积地层系统三维实体构模的原理、方法及实施过程。针对沉积地层系统的几何结构特征,提出了一种基于钻孔数据的三维实体模型生成方法“钻孔-层面-实体法”。该方法首先使用二分拓扑结构将钻孔数据离散化为一系列散点,基于这些散点插值拟合出各个地层顶、底界面的初始高程,自动推算出缺失地层的地质成因;然后按照不同的地质成因,自动对缺失地层及其控制界面进行交切处理、高程调整与一致性处理;最后生成用三维块体或三棱柱体元充填的三维实体模型。通过上海城建工程中的一个应用实例验证了“钻孔-层面-实体法”的有效性。     

基于有限结构面的三维复杂块体切割研究

岩体的块体结构和结构面网络模型生成,是进行各种力学分析和场分析的基础。详细研究了有限结构面进行复杂块体切割的过程,提出了相应的算法,并采用C++语言编写了相应的程序。为描述块体切割后的复连通特性,在块体数据结构中添加了有向壳的概念。结构面可以为简单的凸多边形,也可采用形态更加复杂的凹多边形。通过面-面求交线、交线环路搜索形成有向环、有向环包含关系分析形成有向面、有向面拓扑搜索形成有向壳和有向壳包含关系分析形成块体等过程,将有限结构面分别与各块体进行切割运算,形成进行块体切割的一般方法。在切割过程中将得到的有向环,有向面、有向壳和块体分别进行拓扑有效性校核,满足要求后得到最终的块体和结构面网络模型。选取4个算例来验证该方法的可行性。计算结果表明,该方法可以对复杂块体进行有效地切割,结构面可以选择包括凹形面在内的复杂多边形,方法具有普遍意义。     

基于航磁数据的三维地质建模研究

随着浅地表矿床发现的难度增大,资源勘查深度增加,三维建模技术在深部找矿中作用更加突出。三维地质模型的精确程度直接决定了对地质背景及成矿条件的认知程度,为此提出了一套基于航磁资料处理与三维可视化相结合的三维地质建模技术。对研究区选取适当剖面进行二维反演,获得各剖面地质模型。通过剖面相连法构建各地质单元的三维地质模型后,引入起伏地形三维块体磁场正演技术,对构建的三维初始模型正演计算,从而获取全区三维地质模型及各地质单元的航磁异常理论响应。与实测结果对比分析后,合理添加地质约束条件,重新修正模型,使得构建的模型最大程度接近实际情况,这样模型既能很好地反映地质信息,又能满足观测场与理论场的拟合误差最小,最大限度发挥地质学家的经验和对区域地质的理解。利用主块体和次级块体思想对地质体进行剖分建模,在保证模型精度的同时,减少总的模型块体个数,大幅提高模型正演运算速度,有效解决三维反演建模方法在建模过程中对模型复杂度和规模的限制,可方便构建形态复杂、不同规模的三维地质模型。并将该方法应用于湖北大冶铁矿区,构建大冶铁矿研究区三维地质模型,验证了该方法的可行性及合理性。     

基于Voronoi图的三维地层自动建模方法

三维地质建模是一项学科交叉的研究内容,也是学界的研究热点。针对目前三维地质建模方法中建模效率差、自动化程度低以及对地层尖灭、夹层识别不足的问题,提出一种基于钻孔平面点集Voronoi图的三维地层自动建模方法。首先分析处理钻孔数据,按地层块体属性归类,而后通过平面连通性与高程连通性判定,确立基于Voronoi图的地层边界,最后将地层块体分为普通地层和夹层两种地层块体,分层构建地质模型。该方法在南京某地下工程中应用结果表明,文中建模适用于沉积地层的建模,能够较好地识别地层分布中常见的尖灭和夹层现象,实现,无需人工干预的自动化快速建模。     

基于线框架模型的三维复杂地质体建模方法

提出了一种基于线框架模型的复杂地质体三维建模方法,在准确表达复杂地质体各要素空间几何形态与相互关系的基础上,实现地层交错情况下断层面、地层面模型及复杂地质体模型的准确快速构建.建模实践表明:基于线框架模型的复杂地质体三维建模方法是准确高效的,能适应常见复杂地质条件下三维复杂地质体模型的构建.     

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Surpac系统的地质勘查自动化制图应用研究

实现地质图件自动化绘制是地质制图领域的重要目标。Surpac作为应用广泛的三维矿业软件,其绘制图件规范与我国地质勘查规范存在较大差异。本文以某金属矿山为例,针对岩性图案、钻孔结构、样沟、样号等多种地质信息的绘制提出了相应的解决方法。实践证明,利用地质数据库,通过Surpac软件可以快速准确、批量化的绘制符合我国地质勘查规范的钻孔柱状图、勘探线剖面图和块体模型剖面图等地质图件,极大的发展了适应我国标准的地质图件自动绘制技术。