本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)體三維模型快速構(gòu)建及更新技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著“玻璃地球”(GE:Glass Earth)建設(shè)的風(fēng)潮在國內(nèi)外迅速發(fā)展,作為“玻璃地球”建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一的三維可視化地質(zhì)建模技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。地質(zhì)體三維模型是開展地質(zhì)空間分析、地質(zhì)現(xiàn)象的解釋、地質(zhì)過程數(shù)值模擬、礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)、地下空間利用等的基礎(chǔ)。但是,由于存在地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、地質(zhì)現(xiàn)象的不確定性、地質(zhì)數(shù)據(jù)的海量性、地質(zhì)應(yīng)用的多主題性,導(dǎo)致地質(zhì)體三維模型快速構(gòu)建、表達(dá)和動(dòng)態(tài)更新十分困難,成為地質(zhì)信息系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域中長期未能攻破的瓶頸問題。 經(jīng)過近十多年來的研究,三維地質(zhì)建模在理論研究和軟件開發(fā)方面已取得了可喜的成果,但其理論、方法和技術(shù)仍然尚不成熟,所存在的主要問題有：①地質(zhì)體三維可視化模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可操作性不強(qiáng),難以實(shí)現(xiàn)特殊而復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象和工程現(xiàn)象的精細(xì)表達(dá)；②地質(zhì)體模型構(gòu)建過程復(fù)雜,其快速建模和動(dòng)態(tài)更新困難,難以適應(yīng)不斷新增的勘探數(shù)據(jù)的自適應(yīng)模型需求；③三維地質(zhì)模型的空間分析功能還不能充分滿足地礦勘查工程應(yīng)用的需求。 本文的目的就是要通過研究能適應(yīng)勘查數(shù)據(jù)精細(xì)化的復(fù)雜地質(zhì)體三維模型的表達(dá)方法及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),結(jié)合地質(zhì)空間插值、地質(zhì)體矢量剪切、三維空間索引等多項(xiàng)技術(shù)方法,研究地質(zhì)體三維模型的快速構(gòu)建及更新技術(shù),探索解決地礦勘查工作信息化中存在的地質(zhì)體建模困難并且難于更新的瓶頸問題,從而實(shí)現(xiàn)三維地質(zhì)體結(jié)構(gòu)和成分的表達(dá)可視化、分析可視化和過程可視化。這項(xiàng)研究將大大提高復(fù)雜地質(zhì)體三維模型的構(gòu)建效率和靈活性,對(duì)地礦工作信息化中的地質(zhì)體三維模型的研究及其快速構(gòu)建和更新等關(guān)鍵技術(shù)的突破,有望克服地質(zhì)信息系統(tǒng)三維實(shí)體模型及其軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)瓶頸,在礦山開采、城市地下空間利用、石油勘探等諸多領(lǐng)域都有可觀的應(yīng)用潛力和經(jīng)濟(jì)效益。 本文在分析了國內(nèi)外三維地質(zhì)建模領(lǐng)域研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)體三維模型快速構(gòu)建、表達(dá)和動(dòng)態(tài)更新十分困難的問題,從地質(zhì)數(shù)據(jù)及地質(zhì)體、地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)過程的本質(zhì)特征出發(fā),研究了顧及幾何、拓?fù)洹⒄Z義關(guān)系的復(fù)雜地質(zhì)體三維可視化數(shù)據(jù)模型,探索了基于地質(zhì)空間插值、地質(zhì)實(shí)體布爾運(yùn)算與顧及地質(zhì)空間關(guān)系的空間推理等技術(shù)的地質(zhì)體快速建模方法,研究了基于地質(zhì)空間索引且顧及地質(zhì)要素特征的三維地質(zhì)體模型更新算法。論文的主要研究工作成果如下： 1)概括了地質(zhì)數(shù)據(jù)的本質(zhì)特征,闡述了地質(zhì)數(shù)據(jù)是多尺度且尺度差異較大的空間、時(shí)間、屬性等多維數(shù)據(jù)綜合體,具有多元復(fù)雜性、整體連續(xù)性而局部差異性等特點(diǎn),由此決定了地質(zhì)體模型的表達(dá)、可視化、構(gòu)建、更新都應(yīng)兼顧地質(zhì)空間的幾何形態(tài)、空間位置、拓?fù)潢P(guān)系和地質(zhì)語義； 2)針對(duì)地質(zhì)體的三維空間數(shù)據(jù)模型,研究了點(diǎn)狀、線狀、面狀、體狀及組合形態(tài)的地質(zhì)體三維可視化模型的地質(zhì)實(shí)例、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、可視化表達(dá)模型及其實(shí)際應(yīng)用中的派生形態(tài)類型；設(shè)計(jì)了使用面元表達(dá)地質(zhì)體表面,用體元表達(dá)地質(zhì)體內(nèi)部物性特征的混合體元地質(zhì)體幾何模型,能夠表達(dá)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)的三維地質(zhì)體； 3)面向地質(zhì)應(yīng)用,研究了地質(zhì)空間的幾何關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系及語義關(guān)系的內(nèi)容和表達(dá)方式,提出了顧及幾何、拓?fù)�、語義關(guān)系的復(fù)雜地質(zhì)體三維可視化數(shù)據(jù)模型。該地質(zhì)體模型通過幾何層、拓?fù)浔磉_(dá)層、地質(zhì)語義層這三個(gè)層次的有機(jī)集成,使地質(zhì)體三維模型的“數(shù)”、“形”、“意”貫通起來；在此基礎(chǔ)上,針對(duì)礦山資源勘查工作,探討了礦山礦體、褶皺、斷層、巖脈、透鏡體等較為典型的復(fù)雜地質(zhì)體的具體模型表達(dá)方法； 4)在分析了地質(zhì)體模型三維可視化的目的、屬性及分類的基礎(chǔ)上,討論了地質(zhì)體模型的表達(dá)、分析、過程、設(shè)計(jì)、決策可視化的內(nèi)容及其計(jì)算機(jī)科學(xué)可視化關(guān)鍵技術(shù),總結(jié)了復(fù)雜地質(zhì)體三維模型在地質(zhì)空間分析中的應(yīng)用,為人們分析地質(zhì)體、地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)過程中的實(shí)體形態(tài)、關(guān)系、內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律提供了“即可看,又可用”的模型空間； 5)針對(duì)三維地質(zhì)建模人工參與工作量較大的問題,提出了基于地質(zhì)空間插值、地質(zhì)實(shí)體布爾運(yùn)算與顧及地質(zhì)空間關(guān)系的空間推理等技術(shù)的地質(zhì)體快速建模解決方案。針對(duì)礦山資源儲(chǔ)量估算和開采方案設(shè)計(jì)專題,研究了礦山地質(zhì)建模的體系及一般過程,探討了三維地質(zhì)建模的一些關(guān)鍵技術(shù),包括地質(zhì)空間插值、地質(zhì)實(shí)體布爾運(yùn)算等,并面向礦山地質(zhì)建模,提出了一種顧及了地質(zhì)空間關(guān)系的空間推理地質(zhì)建模方法,提高了地質(zhì)建模的效率； 6)針對(duì)地礦勘查工作對(duì)三維地質(zhì)體模型更新的需求,提出了一種顧及三維地質(zhì)體要素特征的多層次混合空間索引。其一級(jí)索引為格網(wǎng)索引,按照地理范圍劃分格網(wǎng),能夠快速定位空間位置；二級(jí)索引為針對(duì)不同要素特征的Grid格網(wǎng)索引、R樹、X-List等空間索引的綜合：對(duì)于道路、井巷等連續(xù)型要素采用Grid格網(wǎng)索引；對(duì)于地上、地下建筑物、礦體等離散型要素采用R樹索引；對(duì)于巖性模型、品位模型、斷層等含有復(fù)雜拓?fù)潢P(guān)系及語義的要素采用X-List動(dòng)態(tài)廣義表空間索引。這種多層次混合空間索引兼顧了地上下各類空間實(shí)體特征,自適應(yīng)地選擇合適的空間索引方法,通過由粗到精的優(yōu)化選擇,提高了空間索引效率,具有查全查準(zhǔn)、速度快、多級(jí)過濾等特點(diǎn)； 7)通過對(duì)地質(zhì)體數(shù)據(jù)的調(diào)度及地質(zhì)體模型空間位置、幾何形態(tài)、拓?fù)潢P(guān)系和地質(zhì)語義的更新,探索了多源數(shù)據(jù)環(huán)境下的三維地質(zhì)體模型隨著地礦勘查工作逐步精細(xì)化而動(dòng)態(tài)更新的方法。這種地質(zhì)體模型更新方法根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)更新的范圍,通過多層次混合空間索引技術(shù)快速確定落在更新范圍內(nèi)的地質(zhì)體要素,基于地質(zhì)體要素的幾何關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系和語義關(guān)系,采用先更新地質(zhì)界面模型,再在地質(zhì)界面模型的限制條件下,針對(duì)不同地質(zhì)要素類型,更新目標(biāo)范圍內(nèi)的其它地質(zhì)體模型,并同時(shí)更新其拓?fù)潢P(guān)系和語義關(guān)系。這種地質(zhì)體模型更新方法兼顧了地質(zhì)體空間特征和地質(zhì)語義,提高了地質(zhì)體模型更新的準(zhǔn)確性和效率； 8)基于本文的地質(zhì)體模型表達(dá)、構(gòu)建及更新方法,采用組件式架構(gòu),設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于QuantyView的三維地質(zhì)建模分析原型系統(tǒng),并以紫金山金銅礦區(qū)的礦山勘查工作為例,實(shí)現(xiàn)了構(gòu)建及更新礦區(qū)地表、礦體、品位、露采坑、巖性、排土場、巷道等綜合模型,很好地支持了礦山資源儲(chǔ)量估算和礦山開采方案設(shè)計(jì)工作。該系統(tǒng)在城市地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害防治等其它專題中也得到了成功的應(yīng)用和檢驗(yàn)。 綜上所述,本文立足于地質(zhì)應(yīng)用專題以及地質(zhì)數(shù)據(jù)的本質(zhì)特征,研究了地質(zhì)體空間幾何模型的表達(dá)方法,設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的混合體元地質(zhì)體幾何模型結(jié)構(gòu),提出了一種顧及幾何、拓?fù)洹⒄Z義關(guān)系的復(fù)雜地質(zhì)體三維可視化模型；研究了地質(zhì)空間插值、地質(zhì)實(shí)體布爾運(yùn)算等地質(zhì)建模關(guān)鍵技術(shù),提出了一種基于地質(zhì)空間關(guān)系的空間推理地質(zhì)建模方法；針對(duì)地礦勘查工作對(duì)三維地質(zhì)體模型更新的需求,提出了一種顧及三維地質(zhì)體要素特征的多層次混合空間索引,探索了多源數(shù)據(jù)環(huán)境下的三維地質(zhì)體模型隨著地礦勘查工作逐步精細(xì)化而動(dòng)態(tài)更新的方法;基于QuantyView平臺(tái),采用組件式架構(gòu)設(shè)計(jì)并開發(fā)了三維地質(zhì)建模分析系統(tǒng),通過在福建紫金山金銅礦區(qū)的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算及礦山開采方案設(shè)計(jì)的實(shí)例應(yīng)用,驗(yàn)證了本文所提出的復(fù)雜地質(zhì)體三維可視化快速建模及更新技術(shù)的可行性和有效性,為礦山企業(yè)緊跟市場動(dòng)態(tài)進(jìn)行科學(xué)生產(chǎn)、科學(xué)管理、科學(xué)發(fā)展提供了直觀的、實(shí)用的輔助決策支持工具。 其中,論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有： 1)將地質(zhì)體的幾何表達(dá)、拓?fù)潢P(guān)系、地質(zhì)語義等三個(gè)層次有機(jī)集成,設(shè)計(jì)了基于地質(zhì)要素特征的統(tǒng)一混合體元模型結(jié)構(gòu),支持了地質(zhì)體三維模型的表達(dá)可視化、分析可視化、過程可視化、設(shè)計(jì)可視化與決策可視化,為復(fù)雜地質(zhì)體模型快速構(gòu)建及更新提供了空間數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)； 2)采用自適應(yīng)于地質(zhì)要素的多層次混合空間索引技術(shù),提出了基于地質(zhì)空間關(guān)系的空間推理地質(zhì)建模方法,通過部分替代人工建模工作,提高了復(fù)雜地質(zhì)體模型構(gòu)建及更新的效率,為解決適應(yīng)地礦勘查數(shù)據(jù)精細(xì)化的復(fù)雜地質(zhì)體建模及更新困難的問題提供了可行的方案。 本文針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)體三維模型快速構(gòu)建及更新困難的難點(diǎn)問題,系統(tǒng)研究了復(fù)雜地質(zhì)體的三維建模理論和方法,提出了顧及地質(zhì)要素特征的地質(zhì)體模型表達(dá)、構(gòu)建、更新的解決方案。本文的研究成果已經(jīng)成功應(yīng)用于國家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、國家重大科技專項(xiàng)等科研課題,以及礦山勘查、城市地質(zhì)、水利工程建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害防治等地質(zhì)專題,從理論、技術(shù)和軟件系統(tǒng)上推進(jìn)了我國地礦工作信息化的發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】：地質(zhì)信息科學(xué) 三維可視化 地質(zhì)建模 模型更新
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：P628
【目錄】：

• 作者簡介6-8
• 摘要8-11
• ABSTRACT11-17
• 第一章 緒論17-30
• §1.1 研究背景、目的和意義17-19
• §1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-26
• 1.2.1 三維地質(zhì)建模方法的研究現(xiàn)狀19-22
• 1.2.2 地質(zhì)建模軟件的開發(fā)現(xiàn)狀22-24
• 1.2.3 三維地質(zhì)建模技術(shù)的存在問題和發(fā)展趨勢24-26
• §1.3 研究內(nèi)容與技術(shù)路線26-28
• 1.3.1 擬解決的關(guān)鍵問題26
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容26-27
• 1.3.3 技術(shù)路線與實(shí)驗(yàn)方案27-28
• §1.4 論文組織結(jié)構(gòu)28-30
• 第二章 三維地質(zhì)實(shí)體幾何模型30-49
• §2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)與地質(zhì)體模型30-32
• §2.2 地質(zhì)實(shí)體的三維幾何模型32-48
• 2.2.1 點(diǎn)狀地質(zhì)模型35-36
• 2.2.2 線狀地質(zhì)模型36-38
• 2.2.3 面狀地質(zhì)模型38-42
• 2.2.4 體狀地質(zhì)模型42-48
• 2.2.5 組合體地質(zhì)模型48
• §2.3 本章討論與小結(jié)48-49
• 第三章 復(fù)雜地質(zhì)體三維模型49-61
• §3.1 地質(zhì)空間的幾何、拓?fù)�、語義關(guān)系49-53
• 3.1.1 地質(zhì)空間幾何關(guān)系49-50
• 3.1.2 地質(zhì)空間拓?fù)潢P(guān)系50
• 3.1.3 地質(zhì)空間語義關(guān)系50-51
• 3.1.4 顧及幾何、拓?fù)�、語義關(guān)系的三維地質(zhì)體模型51-53
• §3.2 面向地質(zhì)應(yīng)用的地質(zhì)體三維模型53-55
• §3.3 地質(zhì)體模型的三維可視化55-58
• §3.4 地質(zhì)空間分析58-60
• §3.5 本章討論與小結(jié)60-61
• 第四章 地質(zhì)體三維模型的快速構(gòu)建61-83
• §4.1 三維地質(zhì)建模的方法體系及過程61-67
• 4.1.1 三維地質(zhì)建模的方法及理論體系61-63
• 4.1.2 礦山地質(zhì)建模體系及過程63-67
• §4.2 地質(zhì)空間插值67-72
• 4.2.1 線性插值68
• 4.2.2 距離冪次反比法插值68-69
• 4.2.3 離散光滑插值69-70
• 4.2.4 克里格插值70-71
• 4.2.5 樣條插值71-72
• §4.3 三維地質(zhì)建模關(guān)鍵算法72-78
• 4.3.1 地質(zhì)實(shí)體布爾運(yùn)算72-75
• 4.3.2 體元與面元模型的轉(zhuǎn)換75-78
• §4.4 基于空間推理的礦山地質(zhì)建模78-82
• 4.4.1 地質(zhì)空間幾何關(guān)系推理78-80
• 4.4.2 地質(zhì)空間拓?fù)潢P(guān)系推理80-81
• 4.4.3 礦山綜合地質(zhì)建模81-82
• §4.5 本章討論與小結(jié)82-83
• 第五章 地質(zhì)體三維模型的動(dòng)態(tài)更新83-92
• §5.1 三維地質(zhì)體模型更新的討論83-85
• §5.2 三維地質(zhì)空間索引85-88
• §5.3 基于鉆孔數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)體模型更新88-89
• §5.4 基于剖面數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)體模型更新89-90
• §5.5 基于多源數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)體模型更新90-91
• §5.6 本章討論與小結(jié)91-92
• 第六章 地質(zhì)體建模分析系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用92-108
• §6.1 組件式三維地質(zhì)建模系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)92-95
• §6.2 在礦山勘查工作中的應(yīng)用95-106
• 6.2.1 福建紫金山金銅礦區(qū)概況96-97
• 6.2.2 礦區(qū)建模數(shù)據(jù)組織97-99
• 6.2.3 礦山綜合模型及其更新99-102
• 6.2.4 礦山資源儲(chǔ)量估算102-104
• 6.2.5 礦山開采方案設(shè)計(jì)104-106
• §6.3 本章討論與小結(jié)106-108
• 第七章 總結(jié)與展望108-111
• §7.1 主要研究成果與創(chuàng)新點(diǎn)108-109
• §7.2 下一步研究工作展望109-111
• 致謝111-112
• 參考文獻(xiàn)112-118

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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10 李清泉,李德仁;三維空間數(shù)據(jù)模型集成的概念框架研究[J];測繪學(xué)報(bào);1998年04期

  本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)體三維模型快速構(gòu)建及更新技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：271956