地質空間三維動態(tài)建模關鍵技術研究.pdf

1、地質空間是一個非均質（nonhomogeneous）、非參數(shù)化（nonparametic），非直見性（non-eyeable）的三維空間，該空間中的三維地質體動態(tài)建模技術正成為三維空間信息技術領域的研究熱點問題，也是當今三維空間信息技術中的難點問題之一。 本文從三維地質空間的固有屬性分析出發(fā)，對三維地質空間認知問題、三維地質體數(shù)據(jù)結構、三維地質建模體系與方法等關鍵問題進行了分析研究；并在三維地質體數(shù)據(jù)結構、三維地質體動態(tài)構模算法

2、、三維地質體模型的插值擬合算法、三維地質體模型的簡化算法以及三維混合空間索引方法等方面進行了深入探討，提出了多種有效的算法，本文的主要研究內容包括： （1）通過對地質空間性質的歸納總結，提出地質空間的“非均質性、非參數(shù)化，非直見性”的三個特性和三維地質空間的“混合空間認知模型”；并基于該空間認知提出了“EBRIM 集成數(shù)據(jù)結構模型”。 （2）對三維地質空間中基于鉆孔、基于剖面和基于散點的三維地質體動態(tài)建模方法進行研究；提

3、出了“基于鉆孔的連續(xù)地層序列匹配動態(tài)建模算法”，該算法通過首先對整個研究區(qū)地層出現(xiàn)情況進行分析判斷，自動生成該研究區(qū)域的標準連續(xù)的地層字典，然后通過鉆孔與字典的按照一定規(guī)則的動態(tài)匹配，實現(xiàn)鉆孔地層自動對比與連接，有效的解決了在有斷層和地層尖滅情況下基于鉆孔的自動建模問題。 （3）提出了“基于非共面剖面拓撲推理的三維地質體動態(tài)重構算法”；該算法將拓撲推理引入三維地質體動態(tài)建模過程中，實現(xiàn)了無拓撲變化、地層尖滅、地層分叉情況和斷層滑

4、移等四種情況的拓撲推理自動判別與剖面自動對比構模，實現(xiàn)了這四種情況下基于任意剖面序列的三維地質體自動重構。 （4）提出了“基于凸包剪切與限定散點集剖分的動態(tài)重構算法”；該算法首先將地質鉆孔或剖面等數(shù)據(jù)進行離散插值，并將相關地質信息作為邊界限定條件附加在散點集上，然后對離散點集合進行地質年代分類，并計算每類點集的最小凸包，再對這些凸包集按照地質年代順序相互循環(huán)裁剪并進行剖分得到混合地質體模型，最后建立模型拓撲關系并進行模型面片與體

5、元簡化。該算法在實現(xiàn)地質體自動構模的情況解決了面模型不支持自動構模，而支持自動構模的體元剖分構模又由于數(shù)據(jù)量巨大而不具有實用性的問題。 （5）提出了“基于TIN和NURBS的虛擬鉆孔插值算法”，該算法將NURBS 曲面反算插值引入虛擬鉆孔插值中，改進了以往單純的基于TIN的虛擬鉆孔插值算法構面比較粗糙的問題；提出了基于剖面拓撲推理的虛擬剖面插值算法，較好的解決了在無拓撲變化、地層尖滅、地層分叉情況和斷層滑移等四種情況下虛擬剖面自

6、動生成問題。 （6）提出了任意維通用網格GM 以及“基于Simplex-Collapse的GM 簡化算法，GMS”，實現(xiàn)了多種不同網格的統(tǒng)一簡化算法，同時基于Simplex-Collapse的GMS比以往基于Edge-Collapse的簡化算法具有更高的簡化效率。 （7）通過對R-Tree，Packed R-Tree，R+-Tree，R*-Tree 以及Hilbert R-Tree的分析比較，提出了一種新的索引方法，CS

7、R-Tree（Clustered Sorting Record Tree）索引方法；該算法首先通過空間對象距離相似性聚類，然后對聚類的各個分量集合進行X、Y、Z 方向的掃描排序，選取兩兩距離累積最小的方向對當前分量進行升序排序；然后在對分量集合的中心點進行X、Y、Z 方向的掃描排序，選取兩兩距離累積最小的方向對分量集合的集合進行升序排序，最后遞歸構造CSR-Tree。該算法充分考慮了空間對象的相鄰相關性，有限減小了節(jié)點矩形面積，降低了節(jié)

8、點矩形交疊概率，提高了R-Tree的查詢效率。 （8）提出了Grid+CSR-Tree 三維混合索引方法（Mix Grid Clustering SortingRecord Tree，MGCSR-Tree）；該方法通過兩級索引機制將大量空間對象的索引項有機地組織到各個桶文件及其對應的MGCSR-Tree中，既降低了存儲開銷，又提升了索引的操作效率。 上述算法與方法已多個實際項目中使用，取得了較好的實際效果；證明了上述算法