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。     

基于多源异构数据的大比例尺地上地下一体化城市三维模型集成方法研究北大核心CSCD

本文通过对大比例尺城市三维模型和城市地质模型集成过程中存在的问题进行研究,提出了基于多源异构数据的地上地下一体化城市三维模型集成方法。首先将地上、地下三维模型以独立功能区为单位进行单体化处理和重组,并在单体化区域内以高精度DEM为地层的水平基准,以钻孔岩性矢量为地层的垂向基准,采用钻孔核定法对地质体穿插、建筑体悬空、河流水体交叉等不正确、不合理的三维空间拓扑关系进行处理和校正,从而在不同的地学空间实体之间建立正确的相交、相离或重合的拓扑关系,实现地上地下三维模型的一体化集成。本次选取北京南站附近4.9 km^(2)区域开展试验,使用本方法快速、准确地解决了496处地层穿插错误、385处建筑体悬空错误和2处水体拓扑错误,取得了良好的集成效果,为已建模型的二次利用提供了机会。     

一种基于钻孔地质数据的快速递进三维地质建模方法

三维地质建模是地质数据可视化和空间分析的关键技术之一。针对传统建模方法建模速度慢、建模效率和精度较低的问题,提出了一种直接基于钻孔的点→线→面→体快速递进三维地质建模方法。该方法先对钻孔地层信息进行人机交互对比构成地质剖面,再按钻孔实际坐标在三维空间中还原地质剖面的实际位置,接着通过对剖面间的地层连线进行Kriging插值,形成一系列地层面模型,然后以此为基础构建三维地质框架模型,最后利用BSP矢量剪切技术来裁剪模型边界,形成研究区三维地质模型。该方法在福州市上街镇三维城市地质模型构建的实际应用中得到了验证。实践结果表明,该方法不仅可以实现三维地质模型的快速构建,还可以显著提高三维地质模型的精度。     

分块区域三维地质建模方法

区域三维地质建模是区域三维地质调查的关键。在大量反复实践的基础上,提出了分块三维地质建模方法,该方法的主要步骤为：以断裂、岩体边界和不整合等为边界,把复杂的三维地质建模区域分解为内部构造相对简单的建模块或建模地质单元;分别对各建模块进行地质地球物理综合研究,编制深部地质剖面,揭示深部地质结构;采用基于剖面的建模方法按照全区统一的坐标系统构建三维地质模型;在完成全区所有建模块三维地质模型构建之后,把各个建模块的三维地质模型集成在统一的三维空间框架下,形成全区的三维地质模型。该方法具有能够简化三维地质建模过程、易于修改完善模型、易于集成模型等优势,能够克服常规的基于剖面的三维地质建模方法中存在的问题,突破了大规模区域三维地质建模的瓶颈。在本溪-临江深部地质调查中的应用表明,采用该方法可以有效构建研究区的三维地质模型,并能充分表达复杂的地下深部地质结构,为开展复杂地区大规模区域三维地质建模提供了一个重要途径。     

基于多源数据融合的广州南沙核心区三维工程地质建模

安全合理开发利用城市地下空间需要城市地质调查工作提供支撑,三维工程地质建模是将城市地下空间的地质调查成果可视化呈现以便于实施地下空间规划、建设决策的重要手段。作为数据源的各类地质钻孔及其他相关数据具有来源不同、格式各异的特点,给数据建模和可视化呈现造成一定困难,而基于多源数据融合的三维工程地质建模能够解决建模效率低、可视化效果差的模型建设现状。作为粤港澳全面合作示范区和区域性综合服务中心,广州南沙核心区集聚高水平对外开放和经济深度融合的高端产业,其规模化建设急需开展三维工程地质建模,以实现空间利用高效化。本文通过原始数据处理、三维空间集成和多源数据融合三个步骤实现了对多源钻孔数据和其它信息的有效集成,依托南沙三维地质结构模型及信息平台搭建地质空间数据库,通过离散光滑插值（DSI）技术构建了三维曲面,并采用半自动建模方式,依据强制约束条件建立以钻孔为主、其它信息为辅的三维工程地质模型。模型应用于南沙核心区地下空间开发利用和地铁路线规划,提出了软土地面沉降的工程处理建议,助力建设“透明南沙”,为更加安全合理开发利用城市地下空间提供了科学依据。     

济南泉域重点地段可视化三维地质模型建立

为深化对济南泉域的认识,运用已有钻孔、地质图、地形图及剖面图等多源地质数据,通过对钻孔数据、地质边界、DEM数据、断层数据以及辅助数据等多源数据进行耦合,对剖面进行CAD设计以完善空间信息,建立了济南泉域钻孔模型、断层模型、层面模型,采用Horizons-to-solids方法实现了实体模型的重构,最终完成了济南保泉三维地质建模。该模型实现了空间信息全方位、一体化显示,刻画了地质对象之间复杂的空间关系,解决了地质空间数据的查询、分析、计算与管理,为济南保泉工作提供了有力的地质依据。     

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。     

基于多源数据的三维地质建模——以东莞市滨海湾新区为例

由于地质结构的复杂性、地质数据的多源异构性,复杂地质体的快速自动化建模一直是三维地质建模领域的研究难点。本文以东莞市滨海湾新区为例,使用MAPGIS 10.0 软件,采用基于多源数据约束的钻孔自动建模和基岩产状下推建模融合的建模方法,并在区域分界面-基岩顶面的约束下实现第四系地质体与基岩地质体的无缝拼接,实现了复杂层状地质体的快速自动构建。对于建模区域第四系地质体的构建,采用针对层状地质体建模的多源数据约束钻孔自动建模方法,以钻孔为基础数据,采用不规则三角网构建第四系地质界面,同时加入地质剖面、地质图、数字高程模型等多源数据作为约束,弥补了钻孔分布的不均匀性,使建立的模型更加符合实际地质情况。对于浅层基岩地质体的构建,使用基于基岩地质图、断层和产状信息的基岩产状下推建模方法,在保证建模效果的前提下,提高了建模效率和自动化程度,并能准确地反映断层等地质现象。计算的实际孔与模型孔的地层厚度差值表明构建的三维地质模型精度较高,可为东莞市滨海湾新区城市地质工作提供重要的基础数据支撑。     

面向地质大数据的结构-属性一体化三维地质建模技术现状与展望

开展三维地质建模的目标,不应当只是实现地质体框架的可视化表达,而应当同时实现地质大数据的聚合、管理、挖掘、分析和共享。然而,传统的方法和技术难以实现顾及地质语义的结构-属性一体化三维地质建模与耦合表达。多点地质统计学方法虽然便于多源数据、地质先验知识、结构-属性的融合建模,却仍然受到数据结构表达能力不足、三维训练图像难以获取和非平稳现象的限制。面向地质大数据集成与管理的要求,详细讨论了三维地质建模中的空间数据模型、基于多点地质统计学的结构-属性一体化集成建模方法、以及基于三维地质模型的地质大数据集成与管理的框架与模式。发展新型的面向地质结构-属性耦合表达的统一空间数据模型,以及知识驱动与数据驱动协同的三维地质结构-属性一体化集成建模技术体系,着力构建出地质大数据的聚合、集成、管理、挖掘和分析的可视化环境与操作平台,是未来三维地质建模领域的研究热点和前沿方向。     

基于子面模板库的第四纪三维地质模型快速构建

为了实现第四纪地质三维地质模型的快速半自动构建,利用地表地形图、第四系分区图、钻孔、剖面等第四系相关数据源,按照第四系具有的严格自上而下的标准层序,依次计算每一地层的地层分区.将所有地层分区图在一张平面图上进行叠加分析,得到平面分区求交后的碎小多边形集合即地层二维子面模板库.从二维子面模板库中提取各个地层所包含的子面,并利用钻孔、剖面上相应地层的高程样本数据插值得到地层的三维顶面和底面模型,进行拓扑处理建立三维地质模型.该方法完全参照第四系三维地质填图工作的基本流程,引入二维子面模板库的概念,通过将三维地层面构建分解为地层平面分布各子区域构建和地层子面高程计算两个部分,将三维建模过程中大量计算工作转化到二维平面中完成,在保证三维地质模型精度的前提下,大大提高了建模的效率.      

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

复杂造山带地区三维地质填图中深部地质结构的约束方法: 西准噶尔克拉玛依后山地区三维地质填图实践

在地球物理资料稀少、钻孔数据匮乏的复杂造山带地区进行三维地质填图, 目前尚处于实践探索阶段.我们的填图工作思路是: 以精细地表地质调查为基础, 在地质-地球物理-钻孔等多源数据约束下, 充分利用野外走廊带解析剖面、实测自然剖面、地球物理解释剖面等资料, 进行人机交互式三维地质建模, 并根据使用资料的准确性、空间分辨的精细程度等对模型的可靠程度进行分块评价.浅表层以地表地质信息(包括产状、地层层序关系、地层厚度、褶皱形态、断层性质与位移、局部和区域概念地质模型等)约束为主, 深部地质结构则主要依据地球物理剖面资料, 少量钻孔资料不仅用以校验地球物理资料解释的可靠性, 并对模型施加强约束.以西准噶尔克拉玛依后山地区三维地质填图为例, 着重讨论了在三维建模中如何具体实现上述思路和约束方法.实践证明, 该填图思路和建模方法是行之有效的, 可操作性强.      

基于MapGIS-K9软件的城市三维地质建模方法探讨——以武汉市为例

随着我国城市化的快速发展,城市地上地下一体化规划和建设的需求逐渐增大,城市三维地质建模的作用日益重要.以武汉市为例,针对该城市地质条件复杂的情况,运用一种分区交互式建模方法.该方法通过地层剖面数据与水平方向的中断面或地质图所形成的网格作为最小单位,结合断层等特殊地质情况,手动构建地质体,并最终完成整个区域的三维地质模型建立.论文罗列了在模型建立过程中出现的问题,并给出了具体建议.所建三维地质模型已通过野外验证,表明本方法能够很好地应用于城市三维地质建模.     

北京五环城区浅部沉积层的三维地质结构建模

随着城市地下空间的开发利用,对三维地质结构的掌握成为科学合理开发利用地下空间的基本前提,三维地质模型的创建也得以迅速发展。三维地质结构模型可以直观展示地层空间分布形态,为地下空间资源的科学规划提供基础数据。本次工作首次完成了北京五环城区(750 km~2)的三维地质结构模型创建。建模工作基于研究区广泛分布的数千工程钻孔,通过筛选、标准化钻孔数据,绘制相应标准化地层剖面(107条),创建了钻孔模型,以及北京五环城区地下50 m以浅三维地质结构模型,并完成精度验证。本次建模过程整理了大量工程钻孔数据,综合考虑了冲洪积扇发育区地层互层、相交、尖灭、透镜体等复杂的地质现象,具有代表性,可为类似地质建模工作提供借鉴。此外,北京城区三维地质结构模型直观展示了研究区浅部的地层分布与地层结构,为后续三维属性模型的创建提供了实体框架,亦为区内地下空间资源地质评价提供了数据支撑。     

城市地下空间资源评价三维建模方法研究与实践:以上海市为例

城市地下空间开发利用是智慧城市发展的重要组成部分.构建城市地下空间三维地质模型和属性模型,能够立体直观地展示地下构筑物、河道、水系等,进一步与三维模型融合后,可以更好地展示地下空间资源质量.本文以上海市中心城区地下空间资源评价为示范,设计了三维地质结构和属性模型一体化建模方法,构建了上海市中心城区地下空间三维地质模型,...     

三维地质建模及应用实例

文章介绍了实体模型、场模型和混合模型三类空间数据模型及其相应的三维地质构模方法,列举了三维地质构模在矿产资源评价、城市地质、地下水资源评价方面的3个应用实例。在矿产资源评价中的应用是实体模型与场模型的集成,三维显示与检索采用实体模型,资源量估算和矿化分布预测采用场模型;在城市地质中的工程地质层状地质体建模采用多层DEM构模法,介绍了基于三维地层模型的剖切等应用分析;地下水资源评价中含水层组的三维建模采用剖面构模法,以水文地质剖面为建模数据源,辅以钻孔、含水层组底界埋深等值线、地表高程等值线等作为约束条件。     

Three-Dimensional Geological Modeling and Deep Prospecting Prediction of the Duobaoshan Ore Concentration Area in Heilongjiang Province北大核心CSCD

随着三维地质信息技术的发展，三维地质建模和深部成矿预测研究对实现深部找矿突破的作用越来越重要。本次基于已知矿区的中段、勘探线剖面图及钻孔数据等资料，依托Micromine平台，从矿床尺度（比例尺1：1000）建立了黑龙江多宝山铜矿、铜山铜矿的地质体和蚀变矿化体两类三维地质实体模型。以地表地质图、图切地质剖面、钻孔数据及岩石物性数据为约束，基于重磁电三维物性反演，综合解译了93条重磁电剖面。在综合剖面地质解译成果的基础上，利用平行剖面显式建模技术，从矿集区尺度（比例尺1：2.5万）建立了多宝山矿集区84 km²范围内3000 m以浅三维地质体实体模型。在三维地质体模型的基础上，以多宝山、铜山铜矿体三维地质模型为先验数据模型，根据区域找矿模型，利用“立方体预测模型”法，提取与成矿有关的二值变量（地层、岩体、构造）、连续变量（重、磁、电）等7个勘探变量，利用GeoCube3.0逻辑斯蒂回归深层次机器学习集成模块，开展了研究区的勘探变量集成，经由ROC模型评估后验概率，在可靠后验概率的基础上，利用C-V分形方法计算阈值以圈定深部找矿有利靶区，综合圈定深部找矿靶区8处，预估...     

三维地质建模技术及其在煤田构造中的应用

煤炭地质勘查的研究对象、勘探方法、数据资料在空间上都是三维的,适合于采用三维地质建模技术进行管理。根据三维地质建模与煤炭地质勘查是否同时,可将煤炭地质勘探三维地质建模分为两类,一类为勘探工作中,主要以钻孔数据为主,用于制作三维地质模型的原型,生成煤层底板等高线、剖面图草图,供地质工程师进一步加工,构建精细的三维地质模型;另一类为勘探工作后,即以已经做好的煤层底板等高线图、剖面图为主要数据源,构建精细的三维地质模型。精细的三维地质模型可用于煤矿设计、数字矿山建设。三维地质建模技术的应用有利于煤炭地质构造的研究,主要表现在:第一,可对地面、钻探、物探、化探多种手段获得的探测资料进行集成与同化处理,提高信息空间的一致性;第二,地质构造要素表达具有直观性与三维立体性,如断层的表达,其在三维环境中不仅可表达为一个面,并且能清晰反映断层与地层、以及断层与断层之间的相互切割关系,弥补了平、剖面图上仅表现为一条断层线的不足;第三,可平、剖面三维联动编辑,很好地保证平面图与剖面图的空间一致性;第四,可以在剖面上以画草图的方式确定剖面上煤层对比与断层切割方案。     

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。