基于交叉折剖面的高精度三维地质模型快速构建方法研究

提出一种基于交叉折剖面的三维地质模型自动构建方法,重点解决模型构建中“高精度”和“快速”的难题。该方法扩大了建模可利用的数据源,提高了建模的自动化程度,构建的模型质量得以提高。基于该方法开发了一个原型系统,并成功应用到北京市奥运场区的工程建设层三维地质建模中,结果表明该方法具有建立实际三维地质模型的能力。     

基于支持向量机的顾北煤矿北一矿区三维地质模型构建

三维地质模型是表征地下地层分布和地质构造的有力工具,可以简单有效的帮助地质解译和空间分析工作,但由于传统三维地质建模方法建模过程复杂、人为干扰影响大,非专业人士短时间内很难掌握并且建模质量难以保证。为满足矿山智能开采对高精度地质模型的需求,提高三维地质建模与可视化的高效性和直观性,提出一种基于支持向量机的三维地质建模方法,将地质体划分为大小均匀的栅格单元,根据栅格单元的属性类别构建三维地质体模型,并使用基于RBF核函数的支持向量机分类器对顾北煤矿北一矿区进行了实例验证,将模型进行开挖显示,与实际钻孔数据构建的地质剖面图进行对比,结果表明,该方法具有很大的适用性,并且可以很好的处理尖灭地层,建模效率以及准确率较高。     

基于含拓扑剖面的三维地质建模

提出了一种通过引入剖面中空间要素（多边形－弧段－结点）之间的拓扑关系（邻接、关联 和包含）来生成基于边界表达的三维地质模型的方法。该方法特别适合于剖面中有多个相互 连接的地质体单元的多体建模,而该情况在三维地质建模中比较常见。同时,该方法中使用 的剖面不要求共面或者平行,拓扑信息包含于生成的三维模型中。而且,在用户少量干预的 情况下,结合地质知识,该方法可以建立绝大多数复杂地质模型。基于该方法,开发了一个 三维地质建模与可视化系统,并成功应用到北京市奥运场区的三维地质建模中,结果表明该 方法具有建立实际复杂三维地质模型的能力。     

山岭隧道地上地下一体化三维建模方法

针对山岭隧道地上地下一体化三维建模效率低、数据融合难度大的问题,提出一套基于BIM+GIS+倾斜摄影技术的建模方法。以武汉市黄龙山隧道为例,首先,按用途和施工工序对山岭隧道构件进行分类,利用Revit和Dynamo软件,采用参数化建模+自适应拼接的方法构建隧道三维结构模型;其次,通过无人机采用倾斜摄影技术获取地表影像,构建三维实景模型;通过影像匹配和滤波技术处理点云数据,生成数字高程模型(DEM),并结合钻孔数据,采用插值法和约束分区的方法构建三维地质模型;最后,基于MapGIS实现隧道结构模型、地表三维实景模型、三维地质模型的集成。该方法可以优化模型管理方式,减少数据信息的丢失,实现隧道工程信息的集成与共享。     

三维数字盆地建模研究

三维地质模型是三维数字盆地建设的基础。分析三维数字盆地建设中涉及的地质模型及其适用的模型类型。讨论三维数字盆地中三维地质模型的建模策略和方法,提出采用分级模型的方式建立不同层次和表达内容的三维地质模型。参考行业标准SY/T 5978—94中的构造单元划分,提出数字盆地中构造单元的归类方法以及三维地质模型的划分。针对数字盆地建设,细化油气藏三维地质建模的流程,重点讨论了构造建模的过程。以某盆地为例,按照盆地、凹陷、储层三级划分体系建立构造模型。针对储层模型又细分为多级模型。详细描述了数字盆地三维构造模型的建模过程,建立了多层级三维构造模型,界定每级模型的信息集成范围;讨论建模过程中的存在问题和解决方法。     

面向体元结构的三维地质模型剖切算法研究

文章针对三维地质建模和地质数据可视化中重要的体元模型,通过对三维剖切面的隐函数刻画,研究了基于可视化工具包(Visualization Toolkit,VTK)的三维地质模型剖切算法。重点对四面体数据结构模型和六面体数据结构模型分别进行剖切算法设计和功能实现。在三维地质模型中应用该剖切算法,结果表明该算法能够较好地对矿区各种形态地质体进行任意剖切,可有效提高三维地质模型的剖切效率。     

自然邻点插值方法在三维地质建模中的应用

为了增强三维地质模型的准确性,突出复杂地质体局部相关性较高的特点,避免传统插值方法中存在的计算复杂度高、多依赖人工经验等缺点,在建模过程中引入了自然邻点插值 (NNI)方法对三维离散数据进行插值.而现有的NNI方法无法直接应用于有限域的边界插值计算,成为该方法应用于三维地质建模的最大难点问题.依据Voronoi cells和Delaunay triangles的几何性质,采用non-Sibsonian (Laplace)插值方法构造形函数,详细证明了NNI方法在边界处的连续性,实现了边界插值且降低了其计算复杂度,解决了此难点问题.通过构建城市地质模型实例,验证了该方法的正确性和有效性.     

基于HYPERMESH复杂地质体的FLAC3D实体建模

FLAC3D采用显式有限差分法求解微分方程,在土木工程领域数值分析中具有明显的优越性,但FLAC3D在复杂三维地质模型建立方面存在不足．结合AUTOCAD和HYPERMESH软件构建复杂地质模型,充分利用HYPERMESH在划分网格、提高网格质量和连续性检查等优点进行前处理．采用FORTRAN语言编写的HYPERMESH—TO—FLAC3D接口程序把建立的复杂模型导入至FLAC3D进行分析计算,从而实现用FI。AC3D解决问题时快速精准的建模目的．通过乌东德水电站地下洞室群三维建模实例检验了该方法的可行性和有效性,结果表明：基于HY—PERMESH软件建立复杂三维地质模型,并将其导入FLAC3D,结果令人满意,提高了建模效率,说明该方法在FLAC3D复杂模型建立方面具有一定的参考实用价值．     

移动机器人作战平台立体视觉三维建模方法

虚拟现实技术在移动机器人作战平台遥操作中的应用,可增强操控人员的视觉临场感,提高操控效率.基于立体视觉的三维建模是构建虚拟环境的基础.根据立体视觉的基本原理,研究了立体视觉的三维建模方法.在对比同类型中不同算法基础上,提出适合立体视觉系统的三维建模算法,提出提高空间点求解精度的改进算法,最后用Open Inventor进行三维模型可视化显示.试验结果表明,该方法具有良好的建模效果,能精确反映障碍物深度信息.     

复杂地层结构模型三维重构与可视化方法研究

针对工程建筑、水利水电建设以及地质灾害防治等工程地质学研究中的空间结构分析与信息可视化问题,提出了一种基于单元块体的空间自动搜索地质建模方法.该方法的主要思想是:首先由地质专家充分利用工程地质勘探的资料,并结合自身经验,在交互式环境中完成2D/3D剖面解释;而后系统自动完成地质结构单元块体搜索,运用CSG集合运算并根据地质单元块体的空间拓扑结构实现复杂三维地质模型的构建.本方法通过引入地质单元体的概念,并在建模过程中融合地质专家的知识,使地质模型的建模过程得到了简化,提高了模型的精度,有效地解决了复杂三维地质模型的建模问题.     

基于VTK和QT的层状地质体三维建模及可视化研究

地质体三维可视化是科学计算可视化研究领域的重要分支。如何把地下无法透视的构造信息,进行三维可视化,一直是地学领域的热点和难点之一。基于此,针对层状地质体的结构特征和三维建模方法进行了研究,在此基础上运用开源可视化工具包(VTK)和应用程序开发框架QT,完成对层状地质体的三维建模及可视化。最后结合兴城深部探测野外示范与实验基地的实际地震勘探数据,实现了对该区域的地质模型构建及立体展示。实践表明,使用VTK和QT作为层状地质体三维可视化的开发工具是可行的,完成了该区域6个地层地质体三维建模以及结合地震数据的综合三维可视化。     

基于机器学习的钻孔数据隐式三维地质建模方法

针对基于钻孔数据的传统显式三维地质建模方法存在过程繁琐、模型质量难以保证等缺点,本文提出了一种基于机器学习的隐式三维地质建模方法,将地层三维建模问题转换为地下空间栅格单元的属性分类问题.分别基于支持向量机、BP神经网络等分类算法,实现了钻孔数据的自动三维地质建模.实际建模结果表明,对于有限、稀疏的钻孔数据,支持向量机方法建模准确率较高,建模效率、效果优于显式建模方法.最后通过敏感性分析研究了超参数对建模结果准确率、模型形态的影响,为可控的自动三维地质建模提供了一种新的解决思路.     

三维地质建模技术在北京地铁建设工程中的应用研究—以车公庄西站为例

随着北京地铁建设的飞速发展,对于地质情况、地面建筑及地铁结构的资料的合理利用和整合成为地铁建设领域的一个热点问题。三维地质建模技术以其强大的实时建模功能及展示功能成为解决这一难题的重要手段。利用北京大学信息地质研究实验室开发的小场景建模系统(Creatar Project Explorer)对在建的北京地铁六号线车公庄西站工程进行了地质体、地铁结构及地面建筑物的建模,并进行了三种模型的联合展示,展示的结果表明,小场景三维地质建模技术能准确直观地反映地面建筑、地铁结构及地层的空间关系,方便建设人员对地铁信息、结构信息实现高效的管理。这些研究成果也为三维地质建模技术在地铁建设过程中的应用提供了借鉴。     

基于三维城市GIS的交互式三维隧道建模算法

为了建设城市地下空间三维GIS,解决城市地下隧道的三维建模问题,提出一种基于三维城市GIS的交互式三维隧道建模方法,详细讨论了交互式三维隧道建模的各个步骤以及交互控制、空间计算和三角剖分等算法,并以一个正在开展的三维城市GIS项目为基础,介绍了交互式三维隧道建模方法的应用。实践证明,交互式三维隧道建模方法相比传统方法操作更为方便,能够提高城市地下空间三维GIS的工作效率。交互式三维隧道建模方法将为基于三维城市GIS技术的城市空间信息化工作提供重要的技术支撑。     

基于棱柱体的三维地质建模方法

 矿体赋存条件复杂、地质构造多变。为探究真实地质体情况,通过对现有各类地质体建模方法的分析,尤其是对TIN模型构建、实体(solid)构模的特点进行探讨,提出一种基于工程棱柱体的三维地质建模方法。结合钻孔数据特点和地层分布规律,根据勘探工程的钻孔平面位置将勘探区域划分为若干棱柱体。对每个棱柱体侧面进行矿段对比连接,完成棱柱体线框图搭建,随之逐面、逐层、逐柱构建三角网,直至形成整个地质体的三角网。将实体构模方法结合其中,实现了三维地层实体模型的建立,既能充分反映矿体的三维形态,又能使所显示的三维矿体进行实体描述。使得矿体属性连续并可计算,同时模型能够结合工程师经验自动推理尖灭、分叉、断层和褶皱等复杂地层构造。其具有三维显示又具有实体描述的特点,尤其便于按储量级别进行储量估算等矿量计算,具有实际应用价值。     

城市三维建模与可视化应用研究

三维建模技术是城市三维可视化的基础,也是三维城市GIS应用的关键。对城市空间实体三维建模技术和可视化过程进行了深入研究,探讨了基于不同数据源的地形和地物的建模方法,并提出了一个城市三维可视化应用系统框架,为城市数字化建设提供了一个有效、可行的方案。     

复杂矿体的三维建模方法研究

为了形象直观地展示地下复杂矿体的几何形态和分布状况,谖文基于地球物理勘探的二堆地质成果剖面和钻探数据,采用地质体的横向或纵向延伸建模方法和三维空间插值方法。有效地实现了地下复杂矿体的三维建模。复杂矿体建模实倒表明,本文提出的横向或纵向延伸建模方法和三堆空间插值方法,镌有效地利用磁汝勘探、电法勘探号的二维成果剖面和钻探数据,此外,采用的空同中值平滑滤波方法,能有效地消除空间插值带来的异常点的影响。