工程地质三维数字化及计算机三维实现

《工程地质三维数字化及计算机三维实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、中国土木工程学会第十届年会论文集2002年10月工程地质三维数字化及计算机三维实现陈树铭王满春刘慧杰张民山（北京市勘察设计研究院北京100038）提要本文提出了一种新的三维工程地质模型，并深入探讨了三维层状工程地质体的计算机显示、操作及交互式切割技术，并研发了相应的三维分析软件；同时针对一个工程实例，实现了三维层状地质交互式切割。关键词工程地质三维数字化三维交互式切割1前言“数字地球”是上世纪末大信息化领域提出的一个具有里程碑意义的概念，作为其中的重要子集“数字地质”的发展与建设，将对城市建设、环

2、境保护与分析，以及资源的利用与开发产生重要影响。目前北京市正在深入进行“数字北京”建设，其中一个重要内容就是“数字北京”地下部分的建设。本文主要针对北京地区区域性工程地质的三维数字化研究的最新研究成果，对工程地质三维建模、三维层状工程地质体的计算机显示、操作，以及三维切割等深入分析进行了探讨；同时结合某国家重点工程的地质勘察，对本文所提出三维地质模型开展了对比分析，并简单展望了工程地质三维数字化的应用前景。2地质三维模型分析2.1地质三维数字化一般分析方法归纳起来，地质三维数字化方面的核心问题，也

3、是最大的技术瓶颈，就是如何有效的进行三维地质建模。目前虽然也存在各种建模方法，其特点不外乎以下两点：1、将已知边界离散化成有限个点；2、假定某种参数化的曲面函数。通过求解以上函数关系得来的方程来求取解。但是这种解能否取得成功依赖于以下两个要素：1、已知离散点的信息量与全部已知边界信息量的比值；2、带参数的曲面函数所描述的属性与全部待求未知量属性之间的相似程度。对于边界条件比较复杂的问题来说，以上两个要素的精度将严重的受到人为因素的干扰，从而很难得到合适的解答。2.2地质三维数字化解决思路以上问题的

4、难点最终可以抽象为一个数学问题：就是如何从已知边界条件（有限个已知属性的无穷子空间），求解整个母空间（待求未知空间）的属性。通过综合对模糊理论、概率理论、随机理论、神经网络等理论的深入研究，提出了一种解决此类复杂问题的数学方法。其优点是最大优化的实现了以上两个要素：即对已知边界信息的利用率为百分之百，且不需事先人为假定某种分布函数，解直接由算法和全部边界条件确定。具体解决思路如下：1、确定待求未知空间单个元素各种可能的解空间。如地层分析中，任何一个待求点的可能地层分别解为粘土、重粉质粘土、粉质粘土

5、、粘质粉土、砂质粉土、细砂、中砂、卵石，以及各种填土或其它各种划分土层。5中国土木工程学会第十届年会论文集2002年10月2、将已知边界条件转化为以上解空间形式的无穷信息边界Γ。3、确定分析解函数Ξ假定分析解函数为Ξ、已知无穷边界为Γ，以及Γ上的已知解Ξ0，待求为变量Χ，则分析解函数为Ξ满足下面三个条件：a、分析解函数Ξ在Γ上的解，完全等于已知解Ξ0，即：Ξ(Γ)=Ξ0b、离已知边界Γ越近的待求变量Χ，其属性与已知边界Γ越相近；c、能反映各种生长因素的影响，或运动因素的影响，如地层分析中能体现地层

6、冲积因素的影响，地下水分析中能考虑地下水水势能所造成流动的影响等。4、利用分析解函数Ξ和无穷信息边界Γ，求解待求空间各点的解空间。对于地层分析，解空间具有以下特点：a、计算出待求空间各点各属性的可能性；b、如果任意计算点某个属性为最大可能，则说明该点的地层属性可以取为可能性最大的那个地层；c、如果任意计算点同时存在两个、或两个以上的最大相等可能性，则说明该分析点为两个或两个以上地层的分界点。以上算法虽然能对任意三维复杂体进行数字化，但由于其对所有已知边界进行分析，其计算工作量相对较大。当工程地质体

7、为层状对象时，可以将以上算法进行大大简化，得到一种层面体快速拟合模型。经测试确定,在PIII900的笔记本电脑上，一个有10个钻孔的场区，共有9大层，用400×400的网格进行曲面拟合，用10个钻孔生成9个曲面的所有网格数据，仅需要30秒左右，其计算效率是显而易见。3地质三维计算机实现存在的问题及解决思路3.1地质三维计算机实现存在的问题只有在计算机上实现地质三维数据可视化后，地质数字化应用才成为可能。归纳起来地质三维在计算机实现上有三个方面的难点：1、由于地质三维数字化不象传统的GIS系统，只计

8、算面数据，但三维地质数据是真正的体数据，如何应用计算机快速生成三维地质体的海量数据是一个难点；2、如何解决海量数据的三维地质体在台式电脑或笔记本电脑上实现图形显示及操作也是一个难点；3、三维地质体的深入的应用，在某种意义上就是对地质体内部三维空间属性的展示与分析，因此实现三维地质体交互式三维切割分析，也是需要解决的重要难题。目前我们已较成功的实现了层状三维地质体的计算机显示与交互式操作技术。3.2三维层状地质体计算机实现解决思路1、三维层状地质体的实现模式归纳起来说实现计算机三维图