高保真地裂縫三維建模及其與地質(zhì)模型的集成表達(dá).pdf

1、地裂縫災(zāi)害是一種典型的區(qū)域性、緩變性地質(zhì)災(zāi)害，已經(jīng)嚴(yán)重危害了城市房屋建筑、道路橋梁、地下管道等市政設(shè)施和各類城市建設(shè)和居民的生活安全，給城市規(guī)劃與經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)廣泛而又深刻的影響。城鎮(zhèn)化與地質(zhì)信息化建設(shè)對(duì)地裂縫災(zāi)害防治提出了新的挑戰(zhàn)，急需充分利用多源異構(gòu)的地裂縫數(shù)據(jù)，建立全局高效、局部保真的復(fù)雜地裂縫三維結(jié)構(gòu)模型，輔助地質(zhì)專業(yè)人員直觀地認(rèn)識(shí)地裂縫災(zāi)害影響的地下空間實(shí)體的空間結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)地裂縫地質(zhì)構(gòu)造的判別能力，從而科學(xué)地指導(dǎo)工程實(shí)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(shù)支撐。
　　本研究綜合利用3DGIS和3DGMS技術(shù)，針對(duì)地裂縫這一特殊的城市地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，系統(tǒng)探究了地裂縫多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)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(guān)理論方法與關(guān)鍵技術(shù)等研究?jī)?nèi)容。本文主要研究?jī)?nèi)容有：
　　（1）在分析地裂縫實(shí)體對(duì)象特征及地裂縫數(shù)據(jù)多源異構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地層進(jìn)行地裂縫空間數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化提取方法。為能夠綜合利

3、用地裂縫多源異構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)復(fù)雜的地裂縫空間幾何形態(tài)進(jìn)行高保真模擬表達(dá)，提出了面向源和面向?qū)ο蟮目臻g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(duì)地裂縫空間幾何特征，提出了幾何-語(yǔ)義統(tǒng)一的地裂縫空間數(shù)據(jù)模型?；诿嫦?qū)ο蟮乃枷?，將地裂縫實(shí)體對(duì)象按照不同尺度、不同精度要求進(jìn)行表達(dá)。點(diǎn)狀的地裂縫實(shí)體采用空間幾何點(diǎn)描述；線狀的地裂縫實(shí)體采用首尾相連的弧段描述；面狀的地裂縫實(shí)體采用B-rep描述；體狀的地

4、裂縫實(shí)體根據(jù)表達(dá)需求選用不同的表達(dá)方法：一是構(gòu)成體的邊界面（平面、曲面）表示的模型；二是由經(jīng)過(guò)剖分的實(shí)體網(wǎng)格構(gòu)成的體元模型；并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
　?。?）提出了三維地裂縫數(shù)學(xué)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(cè)數(shù)據(jù)為核心數(shù)據(jù)源，用多個(gè)平面的組合表達(dá)區(qū)域內(nèi)地裂縫空間延展形態(tài)及分布規(guī)律。算法的顯著優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)，能夠動(dòng)態(tài)、快速、高效構(gòu)建研究區(qū)域內(nèi)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(nèi)地裂縫空間分布及發(fā)育規(guī)律，并能夠用于對(duì)研究區(qū)域外的地裂縫空間分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　（4）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(gòu)模步驟，并對(duì)該方法中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題——對(duì)應(yīng)問(wèn)題、分支問(wèn)題、拼接問(wèn)題、光滑問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)闡述。該方法能夠逼真再現(xiàn)地裂縫三維模型的細(xì)節(jié)特征（如：斷距、厚度、傾角），并且能夠與周圍地層無(wú)縫拼接。
　?。?）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地裂縫三維可