基于Voxler平台的城市地质调查数据的 三维可视化

在计算机虚拟的三维环境下,可以更加直观、形象的展示地质模型,服务于工程建设、科学研究和决策支撑。Voxler平台具有强大的建模、分析和三维可视功能,可用来支撑"透明城市"的实现,但却鲜用该方面的应用研究。以丹阳市小城镇水工环地质综合调查项目为依托,采用Voxler平台中的计算、图形输出和通用模块,探索了该平台在城市地质调查数据三维可视化中的应用潜力。结果显示该软件在钻孔、地质界面、地质体和试验测试数据的可视化以及地上地下一体化建模方面,具有良好的应用效果。     

油气勘探开发地上地下一体化信息展示系统研究

论文分析了在石油勘探领域中地理信息系统应用的必要性,结合核心业务性质,阐述基于中国石化自主知识产权的地理信息系统SGIS的油田业务数据三维可视化的工作原理、关键技术和应用价值,并对油田业务数据三维可视化的资源整合、应用工作平台技术进行了深入的探讨。油气勘探开发地上地下一体化信息展示系统实现了油气勘探开发地上地理信息与油气地下地质模型空间数据的一体化管理,实现地上生产运行、管理与对地下地质对象分析的动态关联。为数字油田技术的研究和应用提供了宝贵的经验。     

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。     

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。     

数字城市三维模型的地上下一体化剪切方法

三维数字城市模型中地上下三维模型的数据种类复杂,多种数据的自适应性剪切技术是个难点。依据各种GIS三维模型的特点,定义地理和地质实体的语义模型,并针对不同对象使用基于空间分区二叉树(BSP树)的剪切算法,自适应地完成了数字城市地上下集成数据模型的一体化剪切和拓扑重建。最后结合南京市三维数字城市示范区地上下模型数据进行了应用试验分析,验证了该方法的有效性和实用性。     

广东城市地质信息管理服务平台设计与实现

要:为实现对全省城市地质调查成果的规范化管理,挖掘地质调查成果信息,为城市规划、建设、管理、安全等提供综合地质信息服务,依托广东省"数字政府"政务云资源,充分利用"云计算""大数据""中台+微服务"等技术搭建广东省城市地质信息管理服务平台;开发数据管理与维护、三维地质建模、专业分析评价、地上地下二三维一体化展示分析、示范应用、公众服务等应用系统,实现对全省城市地质调查成果的汇聚管理、分析评价、共享服务及辅助决策.通过"数字政府"建设的政务大数据中心实现成果共享,以及基于省平台搭建地市版城市地质平台、地质成果生产软件等为各地市提供信息化技术支撑,避免重复建设.     

空间集成方式的三维地质图编绘关键技术

以往的三维地质图由于多是仅利用数字高程模型（DEM）对平面地质图进行z轴方向的扩展,并不包含真三维的属性信息和空间信息,因此其在空间查询、分析和决策方面表现出明显的局限性。笔者首先分析总结了地上地下空间数据和现有数据模型的特点;然后使用UML建模工具建立了基于Geodatabase的地上-地下、地质-地理、属性-空间一体化的数据库模型,在此基础上设计了地上地下一体化的数据库原型,并借鉴地上地下集成建模的思想,探讨了在ArcGIS Engine环境中进行三维地质图编绘的思路和方法,实现了具有空间查询、分析等真三维特征的地质图的编绘;最后研发了相应的系统原型对该方法进行了实例验证。结果表明：地上地下集成建模可以解决地上地下三维模型的无缝集成问题,以空间集成的方式进行三维地质图的编绘具有一定的可行性和实用性。     

地上地下工程建设地质环境适宜性一体化评价——以连云港城市规划区为例

工程建设地质环境适宜性评价是国土空间规划编制的基础。以江苏连云港城市规划区为例,探索地上地下工程建设适宜性一体化评价指标体系和方法。一体化评价是一个空间综合决策问题,涉及多个层次多种因素。借鉴经济领域的负面清单模式,基于自然因素的负面清单建立一体化评价指标体系。一体化评价地上和地下评价指标差异性较为明显,地上评价考虑地形坡度、地基承载力、桩基埋深等11因素,而地下空间评价则不考虑地形坡度、桩基埋深等因素。基于层次分析法与熵权系数法的综合评价方法来确定评价指标的权重,采用GIS平台采用多目标线性加权函数模型进行了工程建设一体化分区评价。评价结果显示：工程建设适宜性好区和较好区分布广泛,占比73.94%～93.22%。随着竖向深度增加,地下空间开发地质适宜性好的区域面积显著增加。地上空间适宜性主要受软土、腐蚀性土及地质灾害影响。浅层(0～15 m)地下空间开发地质适宜性主要受浅埋厚层软土的影响,地下空间开发面临软土变形的风险。次浅层(15～30 m)与次深层(30～50 m)地下空间开发地质适宜性主要受砂层涌水量和岩土结合面的影响。从评价结果看,地下空间工程建设适宜性优于地上,建议地下空间...     

地上地下工程建设地质环境适宜性一体化评价——以连云港城市规划区为例

工程建设地质环境适宜性评价是国土空间规划编制的基础。以连云港城市规划区为例,探索地上地下工程建设适宜性一体化评价指标体系和方法。一体化评价是一个空间综合决策问题,涉及多个层次多种因素。借鉴经济领域的负面清单模式,基于自然因素的负面清单建立一体化评价指标体系。一体化评价地上和地下评价指标差异性较为明显,地上评价考虑地形坡度、地基承载力、桩基埋深等11因素,而地下空间评价则不考虑地形坡度、桩基埋深等因素。基于层次分析法与熵权系数法的综合评价方法来确定评价指标的权重,采用GIS平台采用多目标线性加权函数模型进行了工程建设一体化分区评价。评价结果显示：工程建设适宜性好区和较好区分布广泛,占比73.94%-93.22%。随着竖向深度增加,地下空间开发地质适宜性好的区域面积显著增加。地上空间适宜性主要受软土、腐蚀性土及地质灾害影响。浅层（0-15 m）地下空间开发地质适宜性主要受浅埋厚层软土的影响,地下空间开发面临软土变形的风险。次浅层（15-30 m）与次深层（30-50 m）地下空间开发地质适宜性主要受砂层涌水量和岩土结合面的影响。从评价结果看,地下空间工程建设适宜性优于地上,建议地下空间分为3个竖向分层进行开发,充分开发利用15 m以浅的地下空间,超前规划次浅层与次深层地下空间,工程建设应尽量避开适宜性一般区和差区。适宜性好区和较好区国土空间规划编制时应着重考虑。     

松辽盆地火山岩储层三维可视化描述

以松辽盆地升平地区作为目标区,优选出Petrel软件。首先利用构造层面及断层数据建立了构造模型和断层模型,然后通过确定性建模和随机建模结合的方法,同时结合断层和构造模型建立了该区火山岩相三维地质模型,在三维空间上详细刻画了典型火山岩体的岩相特征和在三度空间的变化规律,实现了对营城组升平地区复杂构造目标区火山岩储层的三维可视化动态表述和展示。通过三维构造模型可以看出,工区西北部及南部缺失营城组地层,其内部发育由两个构造高点所构成的穹窿构造,该构造以-2 810 m等深线圈闭,构造面积32.45 km²,构造高点海拔为-2 660.5 m,构造幅度150.5 m,断层多为南北向展布,长度一般为2～5 km,断距一般为8～30 m。     

X3M探地雷达在城市地下管线探查中的应用

论文介绍了X3M探地雷达在地下管线探查的应用,对一些典型的探测图像进行了说明,并对其工作方法提出了一些建议。     

探地雷达探测地下管线的研究

在大量的城市地下施工过程中,地下管线的保护越来越受到重视,掌握施工区地下管线的敷设又是确保地下管线安全的前提。本文结合工程实例介绍了探地雷达的基本原理以及资料处理方法,并分析了探地雷达在探测管线分布中的应用效果。     

城市地下空间资源综合利用评价工作构想

实现地下空间的安全开发和管理是当前中国构建全域国土空间治理体系的重要组成部分。当前中国地下空间资源综合评价在运用地质成果、对接国土空间规划、数据共享服务方面面临不足与挑战,表现在地质调查缺少高精度的成果和足够的系统性,规划管理实施过程中没有实现对评价成果的充分利用,地质调查成果和空间利用信息的融合度急需提高,长期以来城市地下空间资源利用"无法可依"、"无据可依"、"有规划难执行"。针对这些不足,提出了地下空间资源调查与综合评价体系——地下空间规划管控体系的构想,即科学安全地开发利用城市地下空间资源,应以规划管控为导向,开展三维地质结构调查,构建地下空间资源三维地质结构模型;综合考虑地质条件、地下空间开发利用现状、地下应急水源地、地下文物保护等多种因素,系统评价地下空间资源潜力,构建地下空间多种资源综合协同开发利用的管控评价体系。开展地下空间资源综合开发利用评价研究,对拓展城镇化发展新空间、开辟城镇化建设新资源、构建全域国土空间治理体系、统筹国土空间资源规划管理意义重大。     

我国城市地下空间安全问题探讨

随着我国城市地下空间大规模开发利用,地下空间施工、运营和管理过程中的安全事故不断发生,严重影响了城市的安全发展。本文总结了我国城市地下空间安全现状和不同地下空间设施类型的安全事故类型及产生原因,对地下空间施工、运营和管理中的安全问题进行了分析,重点分析了不同施工工艺诱发的各类地质灾害,不同类型的地质环境因素诱发的工程事故,地下空间运营期间结构老化、外部地质环境变化引起的安全问题,地下空间管理不到位导致的安全事故,并提出从管理和技术层面、监管层面、法律层面等多维度的防治建议,即：需要完善地下空间管理技术体系,建立完整的行政管理机构,健全城市地下空间法律法规。     

近断层地震动对大型地下洞室群地震响应的影响研究

针对现行水工抗震规范中对近断层地震缺乏考虑这一实际问题,首先讨论了近断层、远场地震动的差别,对比了近断层、远场地震动对地下洞室地震响应的影响,继而提出一种新的人工合成近断层地震动时程的方法,并采用合成的近断层地震动时程对某水电站地下洞室群进行了近断层地震稳定性专门研究。结果表明：与常规地震分析中考虑的远场地震动相比,近断层脉冲型地震动的主要特征为Vmax/Amax和Dmax/Amax（Vmax、Dmax、Amax分别为速度峰值、位移峰值、加速度峰值）指标更大,且近断层脉冲型地震动的主要能量集中在1 Hz以下的频段;在相同峰值加速度幅值、相同反应谱的前提下,近断层地震动对高边墙、大跨度地下工程的破坏程度远比远场地震动大;较之前人的研究方法,文中提出的近断层脉冲型地震动合成方法考虑了[1/Tp, 1] Hz这一频段内的地震波信息,更具合理性;在设定的计算条件下,地下厂房洞室群有在近断层地震动作用下发生失稳的危险性,需要进一步针对近断层地震动进行专项风险性评价,以讨论是否需要增设针对性的抗震支护措施。     

特殊地质城市地下空间开发利用面临的问题与挑战

我国地质环境十分复杂,地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象十分发育,是世界上地质灾害最为严重的国家之一,这给我国目前大规模城市地下空间开发利用尤其是城市轨道交通和地下综合管廊的建设带来了前所未有的地质挑战。文中论述了我国城市地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象的分布与发育状况及危害,明确指出了上述特殊地质环境下城市地下空间开发利用中面临的诸如监测缺乏系统性、缺少评价与安全利用理论方法和技术支撑、特殊地质与地下空间相互作用机制不明以及规划缺乏前瞻性等关键问题和挑战,建议尽快开展我国特殊地质城市地下空间开发利用的适宜性评价理论方法、规划设计理论、探测与监测技术方法以及城市地下空间资源评价、安全利用与防治关键技术等方面的研究,为我国地面沉降、地裂缝、活动断裂以及岩溶等特殊地质城市地下空间开发利用与安全运营提供重要科学依据与技术指导。     

浅谈城市地下空间开发中的关键科学问题与创新思路

城市地下空间开发是提高城市土地利用率,扩大城市容积率,增强城市综合承载能力,缓解交通拥堵,解决环境污染及洪涝灾害等“城市病”,促进城市可持续发展的重要途径。概述了目前我国城市地下空间开发中存在的问题及危害,分析了城市地下空间开发中涉及地下建筑结构与地质结构系统的关键科学问题：地质结构要素间的多场耦合作用机理不清;地质结构系统动态平衡的动力学机制不明;地质结构与地下建筑结构的互馈机理仍需深入探索;地下建筑结构的灾变机理及其演化的动力学机制不清;地下空间工程的灾害预测与动态调控机制有待深入研究。最后提出了相应的创新思路：研究施工扰动下地质结构的多场耦合作用机制与边际效应以及地质结构与地下建筑结构在多场耦合作用下的互馈机制和综合系统的动力学过程,概化其力学模型;厘清内外动力作用对地下建筑结构的边界效应及材料性能劣化机制,破解复杂地质结构环境下地下建筑结构灾变机理及演化过程,建立地下建筑结构与地质结构综合系统的灾变理论;建立城市地下空间工程灾害超前判识、预警预报与风险控制理论及安全防护理论体系,形成地下空间工程的防灾减灾机制。     

北京平原区地下空间建设地质安全监测问题探讨

北京平原区地质条件复杂,冲洪积扇及冲洪积平原相互交织、软弱土体(人工填土、软土)大面积分布,且浅表层地下水流场多变、各类地质灾害发育(活动断裂、地面沉降等),加大了地下空间建设难度,建设完成后易发生各类事故。如软弱土体地层稳定性较差,易发生较大地层形变甚至地面塌陷,破坏地下建(构)筑物结构;地下水水流场的变化,影响地下空间的抗浮稳定性及防渗性,在施工中可能遭遇突涌、施工中断甚至人员伤亡等严重后果;活动断裂产生的三维空间形变,兼具张拉、剪切和扭动的性质,使跨断裂的地下隧道变形,甚至能造成衬砌的断裂;地面沉降发生面积和沉降速率都呈上升的趋势,跨不均匀沉降区建设的地下轨道受沉降影响,出现异常位移或基础破坏等现象。同时,地下空间的建设,对其周边地质环境也会产生作用,产生一系列环境地质问题。如地下空间施工建设措施不当,改变岩土体原有的应力平衡,导致土体位移,产生地表沉降或变形,导致建筑物失稳、甚至破坏;砂质粉土黏粒含量少,饱和状态下受地铁振动易发生液化、流砂;地下管线的渗漏导致地下水受到污染;地下大型线性工程的建设阻断地下水流场,改变地下水环境等。本文拟阐述地质条件对地下空间建设的影响以及地下空间建设可能产生的地质环境问题,从这两个方面出发,提出地下空间建设监测的对象、监测体系及监测方法手段,研究地下空间建成后的地质安全保障。