褶皺與斷層地質(zhì)構造三維建模技術研究.pdf

1、針對目前地下空間開發(fā)利用以及三維地質(zhì)建模研究領域的需求,在充分分析研究國內(nèi)外三維地質(zhì)建模相關理論與方法的基礎上,以平面地質(zhì)圖為主要的建模數(shù)據(jù)源,以地質(zhì)鉆孔(包括虛擬鉆孔)與地質(zhì)剖面為輔助建模數(shù)據(jù)源,以拓撲學、幾何學、胞腔復形理論、NURBS曲面理論、GIS與計算機科學等為理論基礎,研究與構建相對完善的褶皺與斷層地質(zhì)構造三維建模的空間數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結構以及相應的三維地質(zhì)模型,從理論上推進三維地質(zhì)建模領域三維空間數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結構的研究,促

2、進地質(zhì)領域3D GIS的發(fā)展,更好地為地下空間的合理開發(fā)利用提供輔助決策依據(jù)。
　　 論文依據(jù)自然界中褶皺與斷層構造的基本特征、類型、幾何形態(tài)及其描述其結構的幾何要素,分析了褶皺與斷層構造在平面地質(zhì)圖的表現(xiàn)內(nèi)容與形式；從計算機圖形學的角度,抽取了褶皺與斷層地質(zhì)構造的空間、幾何要素,研究并建立了褶皺與斷層地質(zhì)構造三維建模的概念模型。
　　 在回顧空間實體形式化定義的相關研究成果基礎上,分析目前對于三維空間實體形式化定義所存

3、在的問題。從拓撲空間、度量空間、歐氏空間三個角度分析了三維GIS所研究的地理空間,分析三維地理空間的有關特性,進行基于非流形的褶皺與斷層地質(zhì)構造空間實體形式化定義；基于單純同調(diào)理論與基于胞腔同調(diào)理論的兩種空間建模方法,以胞腔同調(diào)理論為基礎,給出了基于胞腔復形的褶皺與斷層的三維空間點、線、面、體及混合維實體的形式化定義,并研究了胞腔與胞腔復形的幾何關系；以基于胞腔復形的三維空間實體形式化定義為理論指導,提出了一種基于胞腔復形理論的褶皺與斷

4、層地質(zhì)構造三維建模的空間數(shù)據(jù)模型(NM—BR)。
　　 根據(jù)褶皺與斷層地質(zhì)構造三維建模的特點以及建模數(shù)據(jù)源類型,厘定了以平面地質(zhì)圖數(shù)據(jù)為主要的建模數(shù)據(jù)源,地質(zhì)鉆孔與地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)為輔助建模數(shù)據(jù)源的褶皺與斷層地質(zhì)構造三維建模的技術路線；分析了褶皺與斷層地質(zhì)構造三維建模的數(shù)據(jù)源類型(平面地質(zhì)圖數(shù)據(jù)、地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)、地質(zhì)剖面數(shù)據(jù))及其特點,根據(jù)各類建模數(shù)據(jù)的特征,研究了相應的數(shù)據(jù)處理與提取以及建模數(shù)據(jù)組織管理方法。針對褶皺與斷層構造三維建

5、模區(qū)域邊界的不規(guī)則以及勘察數(shù)據(jù)的不足,引入邊界虛擬鉆孔的算法,重點探討了地層面和斷層面均為平面、斷層面是平面而地層面是曲面、斷層是曲面而地層面為平面、地層面和斷層面都是曲面的四種典型情形下的邊界虛擬鉆孔確定方法,為基于平面地質(zhì)圖數(shù)據(jù)褶皺與斷層地質(zhì)構造三維建模提供了輔助數(shù)據(jù)的采集方法。探討了在構建斷層面、地層面及地質(zhì)體的過程中所用到的關鍵技術,如曲面擬合、曲面相交處理技術。考慮到后期采用其它的勘察數(shù)據(jù)優(yōu)化模型的因素,采用NURBS技術進行

6、斷層面及地層面的擬合,在確?？臻g層面及地質(zhì)體的拓撲一致性方面,研究了在曲面求交過程中,采用網(wǎng)格離散法,并基于TRICUT算法,實現(xiàn)三角網(wǎng)格求交的技術方法。分析了基于平面地質(zhì)圖構建三維地質(zhì)模型的誤差來源,研究與提出基于鉆孔數(shù)據(jù)(控制性鉆孔、虛擬鉆孔、邊界虛擬鉆孔)和基于地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)優(yōu)化褶皺與斷層構造三維地質(zhì)模型的兩種方法。
　　 根據(jù)褶皺斷層地質(zhì)構造三維建模要求,闡述了模型三維可視化實現(xiàn)技術方法與技術流程,以及實現(xiàn)的開發(fā)環(huán)境、原型