高保真地裂縫三維建模及其與地質模型的集成表達.pdf

1、地裂縫災害是一種典型的區(qū)域性、緩變性地質災害，已經(jīng)嚴重危害了城市房屋建筑、道路橋梁、地下管道等市政設施和各類城市建設和居民的生活安全，給城市規(guī)劃與經(jīng)濟發(fā)展帶來廣泛而又深刻的影響。城鎮(zhèn)化與地質信息化建設對地裂縫災害防治提出了新的挑戰(zhàn)，急需充分利用多源異構的地裂縫數(shù)據(jù)，建立全局高效、局部保真的復雜地裂縫三維結構模型，輔助地質專業(yè)人員直觀地認識地裂縫災害影響的地下空間實體的空間結構，加強對地裂縫地質構造的判別能力，從而科學地指導工程實踐，為城

2、市地下空間的合理規(guī)劃利用及區(qū)域發(fā)展提供可靠技術支撐。
　　本研究綜合利用3DGIS和3DGMS技術，針對地裂縫這一特殊的城市地質災害現(xiàn)象，系統(tǒng)探究了地裂縫多源異構數(shù)據(jù)的特點及其集成處理、地裂縫三維空間數(shù)據(jù)模型、地裂縫三維建模方法的相關理論方法與關鍵技術等研究內容。本文主要研究內容有：
　?。?）在分析地裂縫實體對象特征及地裂縫數(shù)據(jù)多源異構特點的基礎上，提出了依據(jù)標準地層進行地裂縫空間數(shù)據(jù)的標準化、參數(shù)化提取方法。為能夠綜合利

3、用地裂縫多源異構數(shù)據(jù)對復雜的地裂縫空間幾何形態(tài)進行高保真模擬表達，提出了面向源和面向對象的空間數(shù)據(jù)集成組織方法，為地裂縫空間幾何數(shù)據(jù)集成處理提供了一種新的解決方案。
　?。?）針對地裂縫空間幾何特征，提出了幾何-語義統(tǒng)一的地裂縫空間數(shù)據(jù)模型。基于面向對象的思想，將地裂縫實體對象按照不同尺度、不同精度要求進行表達。點狀的地裂縫實體采用空間幾何點描述；線狀的地裂縫實體采用首尾相連的弧段描述；面狀的地裂縫實體采用B-rep描述；體狀的地

4、裂縫實體根據(jù)表達需求選用不同的表達方法：一是構成體的邊界面（平面、曲面）表示的模型；二是由經(jīng)過剖分的實體網(wǎng)格構成的體元模型；并設計了相應的數(shù)據(jù)結構。
　?。?）提出了三維地裂縫數(shù)學建模算法，并界定了其適用范圍與條件：以鉆孔和地裂縫地表勘測數(shù)據(jù)為核心數(shù)據(jù)源，用多個平面的組合表達區(qū)域內地裂縫空間延展形態(tài)及分布規(guī)律。算法的顯著優(yōu)點在于充分顧及了地裂縫數(shù)據(jù)稀疏且分布不均勻的特點，能夠動態(tài)、快速、高效構建研究區(qū)域內地裂縫三維模型。采用該方法

5、建立的地裂縫三維模型能夠反映區(qū)域內地裂縫空間分布及發(fā)育規(guī)律，并能夠用于對研究區(qū)域外的地裂縫空間分布進行預測。
　?。?）在微觀局部區(qū)域地裂縫數(shù)據(jù)豐富的情況下，提出了基于剖面數(shù)據(jù)的“控制線”法建模思想及構模步驟，并對該方法中的關鍵技術問題——對應問題、分支問題、拼接問題、光滑問題進行了詳細闡述。該方法能夠逼真再現(xiàn)地裂縫三維模型的細節(jié)特征（如：斷距、厚度、傾角），并且能夠與周圍地層無縫拼接。
　　（5）設計實現(xiàn)了復雜地裂縫三維可