地質(zhì)工程復(fù)雜地質(zhì)體可視化技術(shù)研究

韓延慶，熊茜雯

（南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江西省勘察設(shè)計(jì)研究院，江蘇 南京 210093）

在中國(guó)的地質(zhì)工程領(lǐng)域，往往是使用二維地表屬性信息的地理信息系統(tǒng)來(lái)表現(xiàn)的，想將其發(fā)展更新到能探測(cè)地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維信息系統(tǒng)還需要時(shí)間。工程地質(zhì)體項(xiàng)目本身就很復(fù)雜，周期也相對(duì)較長(zhǎng)，需要大量的信息和數(shù)據(jù)，二維方法表達(dá)不出所有的空間信息，對(duì)地質(zhì)工程研究的整體全面性影響很大。針對(duì)上述問(wèn)題，提出了地質(zhì)工程復(fù)雜地質(zhì)體可視化技術(shù)研究。本文分析了地質(zhì)工程復(fù)雜地質(zhì)體可視化和三維建模技術(shù)，而且研究了復(fù)雜地質(zhì)體三維建模和可視化技術(shù)的有效應(yīng)用。

1 工程地質(zhì)體可視化技術(shù)研究

利用三維建模圖形能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)和圖表等進(jìn)行有效的管理，在采用三維建模TITAN探測(cè)時(shí)，要知道三維建模軟件的工作原理，還要在建模過(guò)程中利用各個(gè)切面數(shù)據(jù)對(duì)三維體系的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整合，為下一步的處理做準(zhǔn)備。目前，我國(guó)大多使用的三維建模軟件是深圳某公司研發(fā)的，其本質(zhì)是地質(zhì)學(xué)信息系統(tǒng)的重要組成部分[1]。三維建模的內(nèi)容包括：整理分析剖面數(shù)據(jù)信息，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，組建三維模型數(shù)據(jù)框架；分析相應(yīng)模塊時(shí)，建立不同模塊之間的關(guān)系，比如剖面之間、點(diǎn)之間等；最后通過(guò)剖面數(shù)據(jù)信息和模塊間的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立實(shí)體模型。使用三維建模建模時(shí)，需要把每個(gè)圖片信息聯(lián)系起來(lái)，這樣便能適和更多的地質(zhì)工程探測(cè)。對(duì)于相對(duì)比較專業(yè)的地質(zhì)內(nèi)容來(lái)說(shuō)，需要?jiǎng)?chuàng)建新的專業(yè)模塊。我國(guó)三維建模軟件在復(fù)雜地質(zhì)體的分析上仍缺乏針對(duì)性，需要進(jìn)一步分析，并逐步完善。

圖1 地質(zhì)體三維建模和可視化技術(shù)應(yīng)用

2 工程地質(zhì)體三維建模和可視化技術(shù)問(wèn)題分析

在創(chuàng)建三維模型之前，需要根據(jù)當(dāng)前情況搜集數(shù)據(jù)，計(jì)算相關(guān)的離散數(shù)據(jù)插值、整合地質(zhì)信息插值和擬合函數(shù)，這就需要相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，只有這樣，得到的三維模型才會(huì)更真實(shí)可靠。空間曲面插值數(shù)據(jù)普遍采用徑向基函數(shù)插值法和彈性插值法，這兩種方法普遍適用于單一連續(xù)地層結(jié)構(gòu)和巖土地質(zhì)體的空間分布[2]。三維結(jié)構(gòu)地質(zhì)體通常是不規(guī)則的圖形，經(jīng)常通過(guò)微小直線和微小三角面計(jì)算圖形中的曲線和曲面，進(jìn)而模仿真實(shí)的地層結(jié)構(gòu)和巖體層面。曲面地質(zhì)體中存在大量層面，有地表、地下水、等，工程地質(zhì)體三維模型的上端是地表曲面，采用數(shù)學(xué)方式模仿巖層或地下水等。要根據(jù)當(dāng)前的探測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算擬合函數(shù)，數(shù)據(jù)信息越準(zhǔn)確，地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的模型越真實(shí)，有效的三維數(shù)據(jù)能夠保障人機(jī)的交互和查詢的實(shí)現(xiàn)[3]。

三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是表示地質(zhì)間各種關(guān)系的表格，拓?fù)浔泶蠖啻鎯?chǔ)在層位間上部、下部或者相切的空間位置。拓?fù)淇梢钥醋鍪堑刭|(zhì)關(guān)系科學(xué)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在研究多層結(jié)構(gòu)的地層時(shí)，上下兩個(gè)層面的實(shí)際公共部分就是他們的邊界，他們是相鄰并統(tǒng)一的關(guān)系，將邊界曲面像這樣存儲(chǔ)于一個(gè)層面上，不僅能夠減少存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量，還能合理的評(píng)價(jià)地質(zhì)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)地質(zhì)工程復(fù)雜地質(zhì)體的探測(cè)有深遠(yuǎn)的影響。地質(zhì)工程復(fù)雜地質(zhì)體可視化技術(shù)主要是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)將探測(cè)的大量數(shù)據(jù)以直觀的方式進(jìn)行整合和處理，創(chuàng)建的立體圖和剖面圖更便于研究人員準(zhǔn)確的分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)，在此過(guò)程中，最重要的是地質(zhì)工程探測(cè)的數(shù)據(jù)的可視化。復(fù)雜地質(zhì)體中存在大量的層面，當(dāng)?shù)貙硬徽匣蛘呒鉁鐣r(shí)，就會(huì)出現(xiàn)曲面求交的情況，包括地質(zhì)層面相交和層剖面相交。利用可視化技術(shù)可以構(gòu)造地質(zhì)工程中起穩(wěn)定作用的巖層結(jié)構(gòu)圖形，利于工程人員作出正確的判斷，同時(shí)，根據(jù)離散插值的計(jì)算，能夠用不同的方式區(qū)分高度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)山巒起伏可視化形態(tài)[4]。

3 復(fù)雜地質(zhì)體三維建模和可視化技術(shù)的應(yīng)用

地質(zhì)工程三維模型的建立和可視化的研究，都是遵循離散搜集插值數(shù)值和比擬方法進(jìn)行的。工程三維建模和可視化研究的過(guò)程是，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)的曲線或曲面，從探測(cè)的數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出相關(guān)地質(zhì)信息的坐標(biāo)位置和巖層的物理力學(xué)參數(shù)，利用不同的擬合和插值函數(shù)，便能得到地質(zhì)層面的構(gòu)造圖形和三維實(shí)體圖形，這樣就能將研究區(qū)域內(nèi)的分布情況表達(dá)在地質(zhì)信息中。將生成的地質(zhì)巖體層面信息和地質(zhì)實(shí)體模型進(jìn)行分析處理，從不同角度觀察三維模型，根據(jù)指定的剖面信息實(shí)現(xiàn)垂直剖面的形成。

工程三維建模的數(shù)據(jù)庫(kù)搜集和管理至關(guān)重要，地質(zhì)工程探測(cè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)在搜集數(shù)據(jù)后要準(zhǔn)確的錄入各項(xiàng)數(shù)據(jù)表格，不僅包含了地質(zhì)工程的位置信息數(shù)據(jù)，還包括地質(zhì)工程的屬性數(shù)據(jù)。在地層巖體信息表中，要將巖層深度、地質(zhì)信息等相關(guān)內(nèi)容清楚的填入其中，伴隨著我國(guó)地質(zhì)工程探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，能夠更加方便的修改和管理這些數(shù)據(jù)信息。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的探討分析可以了解到，地質(zhì)工程復(fù)雜地質(zhì)體可視化技術(shù)的三維建模研究對(duì)于地質(zhì)工程礦產(chǎn)結(jié)構(gòu)的研究意義非凡，能夠明顯直接的表示地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的基本信息以及巖土體的分布情況，對(duì)地質(zhì)工程項(xiàng)目的探測(cè)具有重大影響。地質(zhì)工程巖土體屬于復(fù)雜的不規(guī)則形體，存在著多樣的地質(zhì)巖體結(jié)構(gòu)，地質(zhì)體可視化技術(shù)能夠清楚的表達(dá)地質(zhì)信息和巖層結(jié)構(gòu)的關(guān)系，因此，地質(zhì)工程復(fù)雜地質(zhì)體可視化技術(shù)的研究對(duì)于地質(zhì)工程領(lǐng)域的發(fā)展意義非凡。

[1]楊志強(qiáng),高謙,翟淑花等．復(fù)雜工程地質(zhì)體地應(yīng)力場(chǎng)智能反演[J]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 48(4)：154-160．

[2]鄧小龍,李麗慧．基于三維激光掃描技術(shù)的復(fù)雜三維地質(zhì)體建模方法[J]．工程地質(zhì)學(xué)報(bào), 2017, 25(1)：209-214．

[3]楊期祥,王森,牟迪等．基于GOCAD的成都地鐵聲波參數(shù)可視化應(yīng)用研究[J]．鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2016, 13(3)：523-528．

[4]賈建紅,周傳波,蔣楠等．基于地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的復(fù)雜礦體三維建模關(guān)鍵技術(shù)研霸[J]．礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2016,51 (8)：96-100．