三维建模技术在工程地质信息中的应用

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Teh+86—55l一56909635690964ComputerKnowledgeandTechnology电■知识与技术V01.6,No.15,May2010,PP.4232-4233

三维建模技术在工程地质信息中的应用

李国栋.胡建平

(天津城市建设学院.天津300384)

摘要:工程地质三维建模已经成为工程地质学、数学地质学和计算机科学等多学科交叉领域研究的前沿和热点.本文通过对工程地质三维建模及可视化技术中的关键问题进行了研究,提出了一种新的三维地质体DEM模型方法。印基于插值后的规更}3网格,然后将插值后的网格三角形化,这样建立的三维地层模型不仅有很高的精度,而且OpenGL渲染三角形的速度较快。

关键词:虚拟现实;三维地质建模;多层DEM;克里金

中图分类号:TP37文献标识码:A文章编号:1009—3044(2010)15-4232_02

近年来,三维地质建模技术受到国内外众多专家学者的广泛关注,在■维数据结构、■维建模技术、数据的插值方法等方面取得了诸多重要进展;但也存在着一些『口J题亟待解决,乏维数据建模理论和技术还不够成熟,有待J^.进行臣深 步的探讨与研究。

本文应用计算机i维可视化技术对大量的工程勘察数据进行t维地质体建模,J¨寸地质体模删进行夺I’日J分析功能,从而为研究地质地层提供可视化的依据。本文选取了多层DEM模型,并详细介绍r琏J:多层I)EM模删的地质体的构建过程;利用克里金插值方法对离散的勘察数据进行插值处理,形成规则网格数据,再将规则网格i『fJ肜化;这样肜成的I)EM模型具有较小的存储量和简单的数据结构,建立的三维地质模型具有较高的精度。

l地质信息三维可视化相关的建模技术

虚拟现实技术是20世纪末发展起来的涉及众多学科的技术它集i|计:机技术、通俯技术、传感与测最技术、仿真技术、微电子技术于一体.理想的虚拟现实技术就是利用这些技术,通过计算机创建-种咖拟环境.通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等作用,使用户产生和现实中一样的感觉.并可实现用户与该环境直接交互.为我们提供r观察卅界和分析Ⅱt界的有利r亡具。

‘二维地质建模楚指在原始的地质勘探数据分析基础上.利用计铃{》L数‘≯化捕述地质对象的几何形态、拓扑关系和物性等信息,通过对地质点.钻孔平硐路径、地层面、断层面、地层与断层的交线等一维、二维和i维信息数据综合解释后重构建立而成的复杂整体汁算机模型。

根据数据结构的不同,i维空间模_ll!!可以分为面模Jl!!和体哥模型以及混合构模三类。这里主要介绍基于面表示的多层DEM模型技术。多层DEM模型,即从地表到地下依次建讧地层分界面或矿体与嗣岩分界面的DEM,然后进行缝合处理形成地层模。通过DEM可以计算陔区域内任意点的高程值。它是i维审On分折‘j地学可视化的基础。其原理为:首先将研究区域的采样点根据岩性和分布情况进行分层,然后基于各地层的界嘶按I)EM的力’法对各个地层进行插值或拟合;这样形成每一岩层、土层的网格DEM数据。即得到不同地层的■维空间分布情况。然后以断层为约束.根据各地层的属性对多层DEM进行交叉划分处理.形成空间中严格以岩性为要素进行划分的i维地质体各个地层面。

离散数据拟合插值所构造的层(曲)面模型是对地质信息在复杂地质体中分布的数学抽象描述,是实现三维地层建模的关键。基于离散点插值方法有很多,如线性内插法、克里金插值方法、距离幂次反比插值等。选择插值方法的依据,主要是估值指标的精度和计算速度。另外,由于地质信息数据的特殊性,在进行宅间数据的插值时,必须考虑许多约束条件及相关的地质学原理。对于不同特点的地质信息,需采用不同的拟合函数,才能形成准确可靠的模型。考虑到地质钻孔数据的特征和数据量,本文中主要选择了克里金插值法对地层进行网格化,形成地质层面三维规则网格数据。

2工程地质三维建模方法及实现

建模数据主要来源于钻孔资料,包括各岩层、土层分界点的x,Y坐标,高程、岩性等。这些数据点具有离散、有限、稀疏、不规则等特点,建模前首先要进行预处理,即进行钻孔内地层的划分、排序和统一编号等。地层划分的基本过程为:1)构建区域地层层序表;2)在区域地层层序表的基础上对钻孔地层层面编号,这就为地质层面的建模提供了钻孔控制点数据。

三维地层及钻孔建模的构建过程为:通过查询地质钻孔信息SQLServer数据库.根据标准地层分层记录检索出含有该分层的所有钻孔分层高程并结合对应的钻孔平面坐标。从而提取出各层地层界面空间离散点数据。根据各层地层界面数据.通过基于多层DEM地质建模法构建出三维地层分层模型,同时根据研究置域边界钻孔构建各分层间的包裹面。并根据钻孔及钻孔分层数据构建钻孔三维模型。最后将以上模型数据写入模型数据库文件中。构建出最终的三维地层初始模型。同时建立DEM时根据应用的精度进行综合分析,选择最合适的网格大小;合理的网格大小不仅保证研究区域的各种计算、分析结果的准确性和合理性,而且减少数收稿日期:2010—03—05

作者简介:李国栋(1980一),男,山东聊城人,讲师,天津城市建设学院硕士研究生;胡建平(1957-),男,教授,天津城市建设学院电子

与信息工程系。

4232 多■体技术曩其应用- - 本栏目责任编辑:唐一东

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