浅析三维数字地层建模及其在隧道工程中的应用

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1、同济大学硕士学位论文三维数字地层建模及其在隧道工程中的应用姓名：叶勇庚申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：朱合华;李晓军20050301摘要在地下工程建设的实际过程中，地下环境的不可见性给地下工程的设计、施工、科研带来了一系列不便，因此，使地下环境透明化日益成为研究者所感兴趣的方向。全文以三角形、三棱柱形体为基本元素，通过Delaunay三角化算法对三维地层进行建模，并通过三维造型平台OpenCas．Cade(简称OCC)对地下构筑物建模，使之与三维地层整合，实现三维数字地层在地下工程中的应用。本文首先对神经网络在地层重构中的应用

2、进行了探索。该方法通过对地质钻孔数据的地层隶属度划分，用钻孔的地层分界点的空间位置与地层隶属度作为一组学习模式对BP神经网络进行训练，然后用任意点空间位置通过神经网络回忆出该点的空间隶属度向量，通过隶属度向量的最大值方便地确定空间点所属的地层。文中对这种方法没有深入地研究，但总结了一些心得体会。三棱柱三维地层建模是本文的关键技术。三棱柱三维地层建模是首先对各钻孔进行预处理使各钻孔具有相同的地层层数，并通过Delaunay三角化算法对钻孔点的平面点集进行二维构网，由网格结点之间的联接关系所确定的钻孔之间的联接关系将钻孔连接成地层的三棱柱体

3、表示。对地层的表现采用了表面模型、三棱柱实体模型及表面与三棱柱混合模型以满足不同应用的要求。实现了地层任意竖向剖面图生成算法。采用OpenGL与OCC对地层及其剖面进行可视化。地下构筑物建模是三维数字地层在地下工程中的应用不可或缺的功能。本文通过强大的三维造型平台OCC对地下构筑物进行三维实体建模，然后与三维地层整合，模拟地层中的开挖、掘进及地下构筑物的施工过程。通过对三维实体属性的查询，可方便地了解地层及地下构筑物的相关信息。三维数字地层及地下工程应用系统模型是该课题得以进一步发展的重要方面。论文通过对三维数字地层的地下工程应用提出了

4、一套灵活而简洁的系统模型，该模型能够方便地对算法、构件模型进行扩充。最后本文把以上各方面研究成果运用于工程实例：福建鹤上公路隧道工程。关键词：三维数字地层，神经网络，Delaunay，剖切，实体造型，可视化，隧道工程AbstractABSTRACTIntheprocessofconstructionofundergroundengineering，theinvisibilityofundergroundenvironmentoftenbringssomeinconveniencetothedesign，constructionandre

5、search．Thereby,thevitrificationofundergroundenvironmentincreasinglybecomestheinterestofresearchers．TakingMangleandtriangularprismasbasicelementsandDelaunayalgorithmasmeans，3Dstrataalemodeledinthispaper,inwhichundergroundbuildingsarealsomodeledbymeansofthe3Dmodelingplatfo

6、rm—OpenCas．Cade(OCC)．Theapplicationof3Ddigitalstratainundergroundengineeringisalsorealizedbyintegratingthem．TheapplicationofArtificialNeuralNetwork(ANN)intherebuildingofstrataisgropedfirstlyinthispaper．Thismethoddetermineswhichstratumanarbitraryspecialpointbelongstoaccor

7、dingtothemaximumofthedegreevectorofthemembership．whichistheresulttheBPANNrecallsaccordingtothepositionofthearbitrarypointmentionedabove，andtheBPANNtrainedbythepositionofstratumcut—offpointanditsstratumdegreevectorofmembershipthatisyieldedbythedataofdrillhole．Themodelingo

8、f3Dstratabytriangularprismisthekeytechniqueinthispaper．Intheprocessofmodeling，the3Dstrataarebuiltbytria