城市地質(zhì)環(huán)境三維建模與可視化

胡 偉

中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東濟(jì)南 250013

加強(qiáng)城市地質(zhì)環(huán)境三維建模與可視化研究，有利于為城市的更好發(fā)展提供支持，實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害有效應(yīng)對的同時可對城市地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行科學(xué)分析與全面了解，逐漸提升其分析工作方面的信息化水平。因此，需要給予城市地質(zhì)環(huán)境的實(shí)際情況及與時俱進(jìn)的發(fā)展要求，給予其三維建模與可視化更多的關(guān)注，從而增加城市地質(zhì)環(huán)境調(diào)查分析與評價工作中的技術(shù)含量，滿足現(xiàn)代城市的可持續(xù)發(fā)展要求，并為相關(guān)生產(chǎn)實(shí)踐活動的順利開展提供保障。

1 注重城市地質(zhì)環(huán)境三維建模與可視化研究的必要性分析

實(shí)踐中為了使城市地質(zhì)環(huán)境三維建模與可視化研究工作能夠落實(shí)到位，則需要對其研究的必要性有一定的了解。具體表現(xiàn)為：（1）注重城市地質(zhì)環(huán)境三維建模與可視化研究，有利于實(shí)現(xiàn)對城市地質(zhì)狀況的深入分析，且在計算機(jī)三維空間中用動態(tài)模擬化的分析方法得到有效的城市地質(zhì)狀況分析結(jié)果，從而為現(xiàn)代城市的可持續(xù)發(fā)展提供保障；（2）注重城市地質(zhì)環(huán)境三維建模與可視化研究，可使人們對城市地質(zhì)環(huán)境情況有更多的了解，并為相關(guān)的決策制定與實(shí)施提供參考依據(jù)；（3）注重城市地質(zhì)環(huán)境三維建模與可視化研究，有利于豐富城市建設(shè)中所需的地質(zhì)信息資源，并降低地震、地面沉降、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害問題發(fā)生率，保持現(xiàn)代城市良好發(fā)展?fàn)顩r的同時可實(shí)現(xiàn)對其地質(zhì)環(huán)境的科學(xué)評價。

2 城市地質(zhì)環(huán)境三維建模

結(jié)合城市地質(zhì)環(huán)境調(diào)查分析與評價工作的高效開展要求，為了更好地適應(yīng)信息化時代背景下的形勢變化，得到應(yīng)用價值大的城市地質(zhì)環(huán)境方面的信息，則需要重視其三維建模，了解相關(guān)的內(nèi)容。

2.1 地質(zhì)環(huán)境三維建模的數(shù)據(jù)需求與組織

實(shí)踐中為了實(shí)現(xiàn)對城市地質(zhì)現(xiàn)象的有效描繪，全面了解其地質(zhì)環(huán)境的實(shí)際情況，則需要在信息技術(shù)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配合作用下，得到實(shí)踐中所需的高程模型數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)等并加以利用，滿足城市地質(zhì)環(huán)境三維建模的數(shù)據(jù)需求，促使其三維建模研究工作開展更具針對性。同時，在實(shí)現(xiàn)對城市地質(zhì)環(huán)境三維建模數(shù)據(jù)高效利用的過程中，需要落實(shí)好相應(yīng)的組織工作。在此期間，應(yīng)做到：（1）強(qiáng)化城市地質(zhì)環(huán)境三維建模數(shù)據(jù)組織應(yīng)用中相關(guān)人員的責(zé)任意識，有效開展相應(yīng)的組織分析工作，使得這項(xiàng)工作支持下的城市地質(zhì)環(huán)境三維建模相關(guān)數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值逐漸提升；（2）通過對城市地質(zhì)環(huán)境三維建模所需的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、平面地質(zhì)圖數(shù)據(jù)、地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)等不同類型數(shù)據(jù)功能特性的充分考慮，組織好這些數(shù)據(jù)并進(jìn)行高效利用，從而為城市地質(zhì)環(huán)境三維建模研究水平提升提供相應(yīng)的保障，豐富其三維建模所需數(shù)據(jù)組織方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確保這類數(shù)據(jù)在實(shí)踐中的組織狀況良好性。

2.2 地質(zhì)環(huán)境三維建模要點(diǎn)分析

由于城市地質(zhì)環(huán)境條件較為復(fù)雜，且與之相關(guān)的信息具有離散性的特點(diǎn)，從而加大了城市地質(zhì)環(huán)境狀況方面的分析工作難度。針對這種情況，為了得到城市地質(zhì)環(huán)境分析中所需的連續(xù)三維模型，則需要用插值處理方式對三維地質(zhì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理。同時，需要明確城市地質(zhì)環(huán)境三維建模要點(diǎn)，從而保持其分析工作良好的落實(shí)效果。具體的要點(diǎn)包括以下方面。

2.2.1 地表地形三維建模

將測點(diǎn)編號X、Y、Z數(shù)據(jù)直接讀入軟件內(nèi)，成為點(diǎn)集對象，用于生成地形。當(dāng)無原始點(diǎn)數(shù)據(jù)時，地表地形的三維建?？梢愿鶕?jù)矢量化以后的地形等高線圖為基礎(chǔ)，在考慮到地形特征（地形特征線、特征點(diǎn)）的條件下進(jìn)行城市地質(zhì)地形三維建模，給予其地質(zhì)環(huán)境調(diào)查分析與評價工作開展相應(yīng)的支持。

2.2.2 實(shí)踐中的斷層面、地層面的構(gòu)建

在城市地質(zhì)環(huán)境評價中，斷層面往往影響著本區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性。在道路橋梁施工、住房建設(shè)等重大工程中，地質(zhì)環(huán)境的穩(wěn)定性起著重要的作用。斷層面多采用多平面擬合方法，主要思路為：在上、下盤的斷點(diǎn)坐標(biāo)確定一個平面方程，利用該平面擬合地層形態(tài)，再將多個小斷層面擬合成整個斷層面。在具體的分析過程中，為了實(shí)現(xiàn)對城市地質(zhì)環(huán)境中地層面的有效構(gòu)建，則需要在信息技術(shù)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的配合作用下，在計算機(jī)三維空間中確定地層、斷層之間的拓?fù)潢P(guān)系，且通過對等值線信息的高效利用予以應(yīng)對。同時，若城市地質(zhì)環(huán)境的斷層面、地層面構(gòu)建中涉及到了鉆孔數(shù)據(jù)，則需要設(shè)計人員合理利用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對地層面的修正與約束處理，從而提高城市地質(zhì)環(huán)境三維建模中的地層面模型精度，為相應(yīng)的分析工作順利開展提供科學(xué)指導(dǎo)。

2.2.3 實(shí)踐中的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模

基于城市地質(zhì)環(huán)境的三維建模，為了使最終得到的參考模型有著良好的適用性，則需要對三維網(wǎng)格中的每個單位賦值，使其能詳細(xì)表現(xiàn)其空間位置的特征屬性。根據(jù)原始數(shù)據(jù)中鉆孔數(shù)據(jù)、等值線圖、構(gòu)造地質(zhì)圖和各種三維地質(zhì)體進(jìn)行疊加，設(shè)置好各圖元的屬性后等來建立實(shí)體模型。當(dāng)三維模型生成后，就可以對模型進(jìn)行可視化操作，如：旋轉(zhuǎn)、切割、漫游等。同時，為了豐富城市地質(zhì)環(huán)境建模方面的工作內(nèi)容，確保相關(guān)生產(chǎn)實(shí)踐活動開展有效性，則需要根據(jù)城市地質(zhì)環(huán)境的實(shí)際情況，充分考慮實(shí)踐中對地質(zhì)災(zāi)害、水文地質(zhì)構(gòu)造等要素的三維建模。

2.3 城市地質(zhì)環(huán)境三維建模中應(yīng)考慮的要素

為了確保城市地質(zhì)環(huán)境三維建模研究狀況良好性，全面提升其應(yīng)用價值，則需要對其三維建模中應(yīng)考慮的要素有所了解。這些要素具體包括：（1）在復(fù)雜的城市地質(zhì)環(huán)境地層狀況分析中，需要對倒轉(zhuǎn)、互層等加以考慮，加大這些方面分析中所需的技術(shù)研發(fā)力度；（2）對類似于透鏡體、尖滅等特殊地質(zhì)現(xiàn)象來說，因它們的空間形態(tài)難以得到有效控制，需要技術(shù)人員能夠重視信息技術(shù)、豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)理論知識等要素的配合使用予以應(yīng)對；（3）由于城市地下管線管道、暗渠隧道等橫向長度與縱向高度大，需要在相應(yīng)的三維地質(zhì)模型圖形成過程中控制好比例尺。

3 城市地質(zhì)環(huán)境三維空間可視化

（1）所謂的城市地質(zhì)環(huán)境三維空間可視化，是指通過對三維地形、地物的充分考慮，在計算機(jī)三維空間中建立相應(yīng)的應(yīng)用模型，且在計算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理技術(shù)的支持下，用三維圖形的方式直觀的將城市地質(zhì)環(huán)境方面的實(shí)體顯示出來，有效表達(dá)其地理要素的同時滿足城市地質(zhì)環(huán)境三維空間數(shù)據(jù)高效利用要求。因此，在實(shí)現(xiàn)城市地質(zhì)環(huán)境三維空間可視化的過程中，需要重視信息技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、地質(zhì)環(huán)境理論知識等要素的高效利用。

（2）實(shí)踐中為了增強(qiáng)城市地質(zhì)環(huán)境三維空間可視化的表達(dá)效果，則需要加強(qiáng)全數(shù)字化攝影測量專業(yè)軟件與三維可視化地理信息系統(tǒng)平臺使用，進(jìn)而在計算機(jī)三維空間中實(shí)現(xiàn)對城市地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)、景觀的直觀顯示，滿足其地質(zhì)環(huán)境三維可視化方面的實(shí)際要求。同時，在具體的操作過程中，需要在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、專業(yè)技術(shù)能力出色的人員支持下進(jìn)行針對性的操作，從而為城市地質(zhì)環(huán)境三維可視化的有效表達(dá)提供保障。

（3）在對城市地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行三維空間可視化處理時，需要在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)及有效的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制共同作用下實(shí)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，且用分塊的方式對整個城市進(jìn)行有效劃分，方便其地質(zhì)環(huán)境在三維空間的可視化處理。同時，應(yīng)在GIS、遙感測繪等技術(shù)的支持下，增加三維空間可視化技術(shù)含量，從而實(shí)現(xiàn)對城市地質(zhì)環(huán)境的科學(xué)處理，滿足現(xiàn)代城市發(fā)展中的規(guī)劃建設(shè)、生態(tài)環(huán)境改善等方面的實(shí)際需求，逐漸提高城市地質(zhì)環(huán)境三維空間可視化處理下所得到研究成果的利用效率。

4 結(jié)語

綜上所述，做好城市地質(zhì)環(huán)境三維建模與可視化研究工作，具有重要的現(xiàn)實(shí)參考意義：可提升城市地質(zhì)環(huán)境方面的分析工作水平，實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害的有效預(yù)防，滿足工程生產(chǎn)活動有效開展要求。因此，未來在促進(jìn)城市發(fā)展過程中，需要重視其地質(zhì)環(huán)境三維建模與可視化分析，且在信息技術(shù)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的配合作用下，豐富城市地質(zhì)環(huán)境分析中所需的信息資源，促使現(xiàn)代城市實(shí)踐中可處于穩(wěn)定、高效的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。在此基礎(chǔ)上，有利于提升我國在城市地質(zhì)環(huán)境方面的研究工作水平，實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)研究成果的高效利用，保持其地質(zhì)環(huán)境分析中良好的技術(shù)含量。