山西省煤炭地質(zhì)115勘查院 景 瑞

0 引言

工程地質(zhì)原始資料具有來源廣、種類多、數(shù)量大的特點?？辈旃ぷ魅藛T所采集到的勘察數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣，其中包含有地形測量數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、現(xiàn)場踏勘數(shù)據(jù)、地球物理勘探資料、鉆孔資料、探槽和平硐等。這些數(shù)據(jù)的存儲類型大多以表格、圖紙、文檔等格式為主[1]。因此，地質(zhì)工作者在地質(zhì)勘查過程中所采集到的數(shù)據(jù)均是離散不連續(xù)的。采用這些采集到的勘查數(shù)據(jù)分析地質(zhì)體中的各項分布規(guī)律時，工作量大，且難度較高。為更加高效便捷的分析出各種信息在勘察區(qū)域中的分布規(guī)律，地質(zhì)測繪人員往往會使用圖件的形式來表達(dá)。利用計算機(jī)來實現(xiàn)地質(zhì)信息分布規(guī)律的顯示是地質(zhì)勘查工作的必然發(fā)展趨勢。

1 地質(zhì)體三維建模的優(yōu)點

實現(xiàn)地質(zhì)體的三維建模與分析，不僅有助于地質(zhì)勘查工作的進(jìn)行，且對工程設(shè)計和施工管理均有較高的促進(jìn)作用。

1.1 分析地質(zhì)信息

地質(zhì)體的三維建模技術(shù)為工程師對整體工程中地質(zhì)信息的掌控提供了極大便利?？蓭椭刭|(zhì)工作者預(yù)測分析地質(zhì)信息在勘察區(qū)域的空間位置以及相互之間的關(guān)系。

1.2 獲取二維地質(zhì)圖

通過工程勘察三維信息系統(tǒng)的建立，地質(zhì)工作人員可根據(jù)實際需求完成對地質(zhì)模型的自動剖析，三維建模系統(tǒng)可快速實現(xiàn)三維模型對二維地質(zhì)圖的轉(zhuǎn)換。

1.3 優(yōu)化工程設(shè)計

三維地質(zhì)建模技術(shù)有助于地質(zhì)工作人員對地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)分析及分類，縮短工程周期，提高工作效率，優(yōu)化工程設(shè)計，提高設(shè)計水平。

2 三維數(shù)據(jù)模型

三維數(shù)據(jù)模型是進(jìn)行三維空間數(shù)據(jù)模型建立的概念和方法，是三維地質(zhì)建模研究的基礎(chǔ)。通過三維數(shù)據(jù)模型，可呈現(xiàn)出各空間實體的幾何形態(tài)以及實體間的相互關(guān)系。

從三維數(shù)據(jù)幾何特征的角度考慮，三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型包含三種：曲面結(jié)構(gòu)、體元結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)。三維結(jié)構(gòu)的研究從開始至今，經(jīng)歷了一個漫長的過程，其中以八叉樹結(jié)構(gòu)的研究最為成熟。

3 三維地質(zhì)建模

3.1 三維地質(zhì)建模過程

三維地質(zhì)建模工作是一項極其復(fù)雜的工程，其主要是在野外勘探原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，用合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來建立對應(yīng)的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)模型，采用三維模擬方法對勘察地質(zhì)體對象的幾何形態(tài)、物理特性等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，匯集地質(zhì)實體的各方面信息，匯總各方面信息從而形成一個復(fù)雜完整的三維結(jié)構(gòu)模型，其建模過程如圖1所示。該過程需要地質(zhì)工作專家利用其專業(yè)領(lǐng)域知識及多年工作經(jīng)驗對原始勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及解譯，對工作人員的專業(yè)水平要求較高。

圖1 三維地質(zhì)建模過程

3.2 三維地質(zhì)建模技術(shù)分析

1)地質(zhì)數(shù)據(jù)處理。不同的地質(zhì)體具有不同的特性，勘探所獲取的地質(zhì)數(shù)據(jù)也比較復(fù)雜。地質(zhì)信息來源較廣，有通過地表實地測量獲取的地形資料，也有利用遙感、攝影技術(shù)獲取的視頻資料，還有通過鉆孔平硐獲取的地底地質(zhì)資料等。不同的數(shù)據(jù)來源，資料存儲方式不同，需要對其進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)合工程實際需要耦合不同來源的有價值信息，完成對部分較為復(fù)雜的地質(zhì)體的闡釋、定位等工作。再通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口對處理后的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，以響應(yīng)地質(zhì)建模的需要。

2)地質(zhì)對象空間幾何形態(tài)的表達(dá)。地質(zhì)體的空間幾何模型是在地質(zhì)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上分析數(shù)據(jù)的空間分布和變化特征建立的。當(dāng)采集的數(shù)據(jù)信息較多時，可能造成某些部分的離散點或數(shù)據(jù)剖面過于密集，處理時應(yīng)在保證空間曲面曲率的前提下，適當(dāng)降低數(shù)據(jù)點的密度，然后再進(jìn)行曲面的擬合分析。如果數(shù)據(jù)信息量少，導(dǎo)致離散度稀疏，首先應(yīng)通過空間曲面擬合插值，調(diào)整地層、分界面等不合理的趨勢面，從而使模型趨于合理。

3)地質(zhì)體三維拓?fù)淠Ｐ偷慕?。三維拓?fù)淠Ｐ偷慕⒓礊榈刭|(zhì)對象空間拓關(guān)系的生成，主要包含地層與地層間的關(guān)系，構(gòu)造面與構(gòu)造面間的關(guān)系，地層與構(gòu)造面間的關(guān)系。為了確保地質(zhì)模型中地層面和構(gòu)造面拓?fù)潢P(guān)系以及幾何關(guān)系的一致性，建立模型時應(yīng)當(dāng)遵循空間曲面拓?fù)潢P(guān)系的確定原則。

4)屬性建模。在三維可視化系統(tǒng)中，為了反映地質(zhì)體的屬性特征，需要建立屬性數(shù)據(jù)庫，使其與相應(yīng)的圖形庫對應(yīng)。通過屬性關(guān)聯(lián)的方式，將不同的地質(zhì)屬性賦予幾何模型中相對應(yīng)的地質(zhì)體，包括巖性描述、巖體質(zhì)量級別、斷層要素等。

5)模型應(yīng)用。模型應(yīng)用主要包含地質(zhì)分析、工程分析、統(tǒng)計與查詢及其他方面的應(yīng)用等。地質(zhì)分析的優(yōu)勢是可以對建立的三維地質(zhì)模型做任意方向、任意位置和任意深度的地質(zhì)剖面分析，從而幫助地質(zhì)工作人員更加直觀、深層次的了解地質(zhì)體的各方面信息。工程分析的分析對象主要是出于研究階段的工程建筑物，在保證安全性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，在工程設(shè)計階段進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化和方案對比，從而確定地質(zhì)條件好、處理工程量少的設(shè)計方案。統(tǒng)計與查詢平臺可以有效的組織、管理和利用大量空間地質(zhì)數(shù)據(jù)，有助于建立統(tǒng)一、完善的地質(zhì)模型。

4 結(jié)語

工程地質(zhì)是眾多工程建設(shè)的基礎(chǔ)，構(gòu)建工程地質(zhì)三維模型，可以使工作人員更加直觀、準(zhǔn)確地了解和觀察地質(zhì)情況，為地質(zhì)測繪工作提供了極大的便利。

[1]李明超.大型水利水電工程地質(zhì)信息三維建模與分析研究[D].天津大學(xué),2006.

[2]王友升.城市三維地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案[J].中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報,2006(5):678-682.

[3]王小東.基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫設(shè)計[J].河南理工大學(xué)學(xué)報2007(9):250-253.