上海三维城市工程地质建模研究

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1、上海交通大学硕士学位论文上海三维城市工程地质建模研究姓名：刘映申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：李治柱20060201上海三维城市工程地质建模研究摘要随着上海城市化进程的加快，城市发展与土地资源短缺的矛盾日益突出。地下空间作为城市可持续发展的重要自然资源，对它的开发利用已成为上海城市建设和改造的有机组成部分，进入了适度发展的新阶段。建立一个三维数字化的地质GIS技术的信息平台对上述地下空间地质环境问题进行监控、分析、研究，为城市地下空间开发利用规划与管理提供技术支持，以保障工程的施工建设和安全运营是非常必要，而且也是可行的。地质三维数字化

2、的核心是三维地质模拟。传统的三维地质模拟方法通常包括数字化构模与几何构模，其中数字化构模方法可以较好地描述地质体内部的物理、化学属性，但对于地质体空间形态的描述能力较差；几何构模方法则相反。因此，目前三维地质模拟研究中，常规的处理方式是综合应用数字化构模与几何构模，即用数字化构模表达地质体的属性，用几何构模描述地质体的空间几何形态。那么能否构造一种模型，既能进行地质体空间几何形态的描述，又能进行其内部物理、化学属性的表达，从而避免传统三维地质模拟方法中地质体的空间几何形态显示与内在属性分析相分离的问题，本文的研究正是为解决这一问题而展开的。本文研

3、究的基本思路是将体视化技术引入三维地质模拟当中，综合应用传统的计算机图形学技术和体视化技术建立起一个地质体的体元填充模型，这样的一个模型既表达了地质体的几何形态，又可应用三维数据场可视化算法显示地质体内的物理、化学属性。本文将地学体数据按照其空间分布规律分为规则体数据和非规则体数据两大类。对于地学规则体数据的可视化，本文在分析比较了各种典型三维规则数据场可视化算法的基础上，着重研究了三种适用于地学体数据特点的规则体数据场可视化方法，切片级重建方法、体素级重建方法及一种改进的光线投射法。对于地学非规则体数据的可视化，本文主要研究了非规则体数据场可视

4、化关键技术三维约束三角化即约束四面体化的算法原理及实现技术，包括三角化理论基础、几个经典的Delaunay三角化算法等。接下来本文研究了地质边界面与地质体体元模型的构造问题，提出按照散点数据的分区二维Delaunay三角化方法重构地质体边界面，并介绍了基于重构的地质边界面构造闭合的地质体边界面的缝合算法。关于地质体体元模型的构造，论文提出将地质体闭合边界面作为约束面进行约束四面体化来构造该模型。按照这种方法所构造出的地质体模型既可以表达地质体空间几何形态，又可表达地质体内部物理、化学属性，为后续处理如任意方向剖切、等值面绘制等提供基础模型。作者基

5、于本文的研究成果并结合所在单位的实际项目进行上海地区工程地质建模试验。虽然建立的模型还不够完善，但其给出了一个综合运用传统的计算机图形学技术及三维建模技术实现三维地质模拟的解决方案及系统实现框架，验证了技术方案的可行性。最后，对本论文的研究工作做了全面总结，指出了目前研究中存在的不足及下一步的研究方向。关键词：体数据;体绘制;三维地质模拟;地理信息系统ABSTRACTAlongwithspeedingupofShanghaiurbanizationadvancement,thecontradictionofurbandevelopmentandt

6、heshortageoflandresourcesisincreasinglyprominent.Theundergroundspace,asanimportantnaturalresourceofsustainabledevelopment,hasbecomeanorganicconstituentoftheShanghaiurbanconstructionandutilizationoftheundergroundspacehasenteredthemoderatenewdevelopingstage.Itisisextremelyessen

7、tialandfeasiblethatan3DdigitizedgeologicalGISplatformisestablishedtocarryonmonitoring,analysing,researhingtheaboveundergroundspatialgeologicalenvironmentproblems,toprovidesthetechnicalsupportforplansfortheurbanundergroundspaceutilizationandmanagement,tosafeguardtheprojectinco

8、nstructionandoperation.Thekeyof3DDigitizedGeologyisthe3Dgeo-modeling