譚玉婷?耿巧?鄭洪玉?池思越?張陽

摘 要：當(dāng)前研究發(fā)現(xiàn)，深海水道中儲集著大量的油氣資源。但是，由于水道處于深海底部，不能直接觀察出水道的具體形態(tài)，因此對水道形態(tài)的展示成為深海油氣開發(fā)的一項基本工程?；诖?，利用三維處理技術(shù)與ArcGIS Model Builder應(yīng)用程序構(gòu)建了深海水道制圖的復(fù)雜處理過程模型，并最終實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可視化表達。相對于傳統(tǒng)的處理方法，ArcGIS模型構(gòu)建器大大簡化了數(shù)據(jù)處理及展示，對提升水道三維圖件制作的自動化和流程化水平具有一定的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：Model Builder;水道形態(tài);數(shù)字高程模型（DEM）;不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）

中圖分類號：P736.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）34-00-03

Deep-Sea Channel Morphology Display Based on Model Builder

TAN Yuting GENG Qiao ZHENG Hongyu CHI Siyue ZHANG Yang

（School of Geoscience and Technology， Southwest Petroleum University， Chengdu Sichuan 610500）

Abstract： The research found that a large number of oil and gas resources are stored in the deep-sea channels. Because the channels are at the bottom of the deep sea， it is difficult to directly observe the specific morphology of the channels. Therefore， the display of the morphology of the channels has become a basic project of deep-sea oil and gas development. Using 3D processing technology and ArcGIS Model Builder to construct the complex processing process model of deep-sea channel mapping， and finally realize the visual expression of data. Compared with traditional processing methods， ArcGIS Model Builder greatly simplifies data processing and presentation， which has certain practical significance for improving the automation and process level of channel 3D map making.

Keywords： Model Builder;channel morphology;Digital Elevation Model（DEM）;Triangulated Irregular Network（TIN）

深海水道是深水環(huán)境下油氣儲集的重要場所，近年來一直是深水油氣領(lǐng)域的研究熱點。隨著地球物理技術(shù)和深海鉆探技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對深海沉積的認識逐漸加深[1]，促使多地的深海油氣勘探取得了一系列突破。最新的公開資料顯示，我國在南海海域發(fā)現(xiàn)的深海沉積油氣藏探明可采儲量達4.09×10t油當(dāng)量[2]，使得南海成為油氣勘探的熱點地區(qū)之一，而深海油氣田很可能成為以后主要的油氣來源。

深海水道廣泛發(fā)育于陸坡、陸隆和深海平原，是深海沉積體系最主要的沉積物運移通道和粗粒碎屑沉積場所，也是陸架邊緣盆地主要的深海油氣儲層[3]。水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)、流動路徑復(fù)雜，即使在很小的范圍內(nèi)，其結(jié)構(gòu)也是多變的。所以，如何準(zhǔn)確地模擬水道內(nèi)部深度和具體流向是一個值得思考的問題。

以地震數(shù)據(jù)提取的深海水道三維坐標(biāo)點信息為基礎(chǔ)，采用三維地理信息技術(shù)，結(jié)合txt文本類型存儲的水道空間點位數(shù)據(jù)，基于ArcGIS Model Builder模型構(gòu)建器，將深海水道形態(tài)刻畫為一個可方便展示的三維立體圖形。

1 研究思路與研究方法

1.1 研究思路

研究數(shù)據(jù)為地震三維點txt文本類型數(shù)據(jù)。該文本數(shù)據(jù)包括水道切片點的X、Y、Z坐標(biāo)，其中X、Y為點位平面坐標(biāo)，Z值為點位時深值。一方面，點位數(shù)據(jù)進行三維建模前，需要將時深值表示的Z值轉(zhuǎn)換為深海水道采樣點位的深度值，利用Excel表格將Z值乘以系數(shù)對數(shù)據(jù)進行深度轉(zhuǎn)換。另一方面，運用ArcGIS平臺軟件的三維模型構(gòu)建技術(shù)不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated Irregular Network，TIN）和數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM），結(jié)合數(shù)據(jù)流程處理技術(shù)Model Builder模型構(gòu)建器，創(chuàng)建深海水道形態(tài)三維立體模型。

1.2 研究方法

1.2.1 三維地理模型構(gòu)建方法TIN與DEM。數(shù)字地形的表達方式有等高線數(shù)據(jù)、不規(guī)則三角網(wǎng)和規(guī)則網(wǎng)格（Grid），共3類。等高線是平面二維線數(shù)據(jù)，TIN是三維表面數(shù)據(jù)，規(guī)則網(wǎng)格是柵格數(shù)據(jù)。本方法所使用的數(shù)據(jù)是三維表面數(shù)據(jù)，因此需要對數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN來表示水道形態(tài)。相比于創(chuàng)建格網(wǎng)數(shù)據(jù)，TIN可以減少數(shù)據(jù)冗余，計算效率具有優(yōu)勢。

不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）是一種數(shù)字模型。其中，TIN文件可以是表達高程的數(shù)字模型，也可以是表達其他數(shù)據(jù)的數(shù)字模型。根據(jù)文本數(shù)據(jù)生成的水道TIN圖層是矢量數(shù)字高程模型，所提取的點數(shù)據(jù)是矢量，因此導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）軟件后點數(shù)據(jù)依然是矢量。將矢量的點高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為面狀的高程。通過插值實現(xiàn)的高程數(shù)字模型也是矢量，也就是TIN模型。

為了能更好地展示水道形態(tài)，還可以將TIN轉(zhuǎn)柵格，即轉(zhuǎn)為DEM。數(shù)字高程模型（DEM）是通過一定范圍內(nèi)的地表高程數(shù)據(jù)進行模擬分析，從而達成針對地表起伏變化的數(shù)字模擬，運用有序數(shù)量陣列來顯示地表高程的一種刻畫實體地面的模型[4]。TIN和DEM都可以觀察水道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和流動路徑，但相比于TIN，DEM展示的水道更能直觀觀察流動路徑，因此對TIN的轉(zhuǎn)柵格十分必要。

1.2.2 處理流程模型構(gòu)建方法Model Builder。模型構(gòu)建器（Model Builder）是ArcGIS提供的構(gòu)造地理分析和處理工作流和腳本的圖形化數(shù)據(jù)建模工具，能夠集成3D、空間分析和地理統(tǒng)計等多種空間分析處理工具[5]。輸入數(shù)據(jù)、空間處理工具及輸出數(shù)據(jù)3部分構(gòu)建了最基礎(chǔ)的Model Builder模型，而復(fù)雜的Model Builder模型則是基礎(chǔ)模型的不斷疊加組合。水道的展示使用多種地理處理工具，通過多步驟依次進行數(shù)據(jù)處理，最終得到水道圖件。通過ArcGIS提供的Model Builder進行數(shù)據(jù)處理建模，將各部分數(shù)據(jù)處理在模型圖表中進行連接，根據(jù)建好的模型逐步執(zhí)行相關(guān)操作，從而實現(xiàn)工作流程的自動化與條理化[6]，為以后各類水道數(shù)據(jù)展示提供流程化模型工具。相比于傳統(tǒng)的單模型、單工具處理方法，它從操作的便捷化、時間成本的節(jié)約化等方面提高了工作效率。

2 三維水道模型構(gòu)建與實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)處理流程

以DEM和TIN模型來展示水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)和流動路徑，分析需要使用的數(shù)據(jù)處理工具，將其對應(yīng)到ArcToolbox工具箱中的工具，按照流程逐個將工具拖入模型構(gòu)建器進行數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)置。構(gòu)建模型時，根據(jù)具體所需數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)調(diào)整，包括數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換，然后將各個步驟有序連接在一起，建立水道展示的流程模型，利用ArcGIS Model Builder工具完成建模。

針對研究所使用的深海水道地震數(shù)據(jù)，將預(yù)處理后的Excel表格數(shù)據(jù)進行XY事件圖層的創(chuàng)建，建立水道三維點數(shù)據(jù)圖層，然后將所得的數(shù)據(jù)圖層轉(zhuǎn)化為空間要素類shapefile文件。水道有X、Y、Z坐標(biāo)，僅僅是一個三維空間點圖形，需要將點要素表示的shapefile文件進一步依據(jù)深度屬性值轉(zhuǎn)化為3D模型，生成水道3D圖層，并在此基礎(chǔ)上對水道3D圖層創(chuàng)建TIN，生成三維立體圖形，以展現(xiàn)深海水道的具體形態(tài)。整個數(shù)據(jù)處理的流程如圖1所示。

2.2 水道形態(tài)三維模型實現(xiàn)

2.2.1 三維TIN模型實現(xiàn)。創(chuàng)建TIN的方法有很多，ArcGIS中提供了3種創(chuàng)建TIN的方法，包括矢量數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN、基于柵格數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN和從地形數(shù)據(jù)集創(chuàng)建TIN。柵格表面轉(zhuǎn)換為TIN可以在地表建模中使用，或者用于簡化地表模型以進行顯示。地形數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為TIN，以便進行基于文件的小比例尺地表建模。因為本研究使用的數(shù)據(jù)是矢量數(shù)據(jù)，所以應(yīng)該選擇矢量數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN，即用3D Analyst工具下的數(shù)據(jù)管理中的“創(chuàng)建TIN”工具創(chuàng)建水道的TIN圖層，如圖2所示。

2.2.2 三維TIN模型改進。從圖2可知，由于數(shù)據(jù)點的分布不均勻，整條水道的整體寬度不一致，即上方堤岸較寬，下方堤岸較窄。過寬的堤岸并不利于水道深度及形狀的展示，因此刪除水道后半部分多余的點。此外，水道的凹凸程度也不夠明顯，需要將深度Z值乘上系數(shù)拉伸表示，使水道本體的形狀看起來更加直觀，觀察效果也會更好。采用Model Builder進行模型建立，大大方便了后續(xù)工作，只需對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)重新在所創(chuàng)建的流程模型上進行輸出，改進修正后的水道圖層就能再次展示出來。

2.2.3 三維DEM模型實現(xiàn)。在TIN模型的基礎(chǔ)上，可以進一步將所得到的TIN圖層轉(zhuǎn)換為DEM圖層，即在原有模型上增添一步TIN轉(zhuǎn)柵格就可以輸出DEM圖層，從而可以從更直觀的角度觀察水道的深度和流向。如圖3

所示，通過DEM圖層可以看出，本方法所使用的數(shù)據(jù)展示的水道是一個從上傾斜下來的水道，上部高程較大，下部高程較小，水道整個流向的曲折性和內(nèi)部高低起伏不定的形態(tài)能較為清晰地展示出來。

3 結(jié)語

運用ArcGIS Model Builder構(gòu)建了深海水道三維圖件制作的流程處理模型，將深海水道形態(tài)以可視化的方式直觀形象地展示出來，大大簡化了制圖中的數(shù)據(jù)處理和分析過程。將一系列復(fù)雜煩瑣的數(shù)據(jù)處理流程化，不僅降低了出錯率，也大大提高了處理效率。利用Model Builder建立模型，可以一鍵式快速完成對空間數(shù)據(jù)的分析處理，使得沒有經(jīng)過GIS專業(yè)訓(xùn)練的人員及其他領(lǐng)域的研究學(xué)者快速上手，輕松體驗到GIS給空間數(shù)據(jù)處理和分析帶來的便利[7]。總的來說，將GIS技術(shù)運用到深海水道圖件的制作，充分發(fā)揮了GIS在空間數(shù)據(jù)管理及分析方面的優(yōu)勢[8]。通過Model Builder可以將深海水道三維地震點文本數(shù)據(jù)流程化地直觀展示出來，并能分析出水道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和流動路徑。

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