地质工程复杂地质体可视化技术分析

地质工程复杂地质体可视化技术分析

董化标

董化标

中国建筑材料工业地质勘查中心广西总队广西桂林541000

摘要：对复杂地质工程地质体的探测是很重要的工程，包括对地表地形、地下水、地层结构等数据的搜集和分析，测得的数据量大、涉及范围广、信息整理很繁琐。针对上述问题，提出地质工程复杂地质体可视化技术研究，分析了复杂地质体工程的可视化技术，研究了三维建模技术问题，探讨了地质工程三维建模和可视化技术的应用。

关键词：地质工程；可视化技术；三维建模

引言：各种地质信息包含了对地下水位、地层界面、地表地形等有关的力学数据与参数。在我国的地质工程领域，往往是使用二维地表属性信息的地理信息系统来表现的，想将其发展更新到能探测地下的地质结构的三维信息系统还需要时间。工程地质体项目本身就很复杂，周期也相对较长，需要大量的信息和数据，二维方法表达不出所有的空间信息，对地质工程研究的整体全面性影响很大。本文将主要讲述地质工程复杂地质体可视化技术的发展现状及应用分析，并且将对三维建模技术与可视化技术问题进行分析。

1工程地质体可视化技术研究

利用三维建模图形能够对数据库和图表等进行有效的管理，在采用三维建模TITAN探测时，要知道三维建模软件的工作原理，还要在建模过程中利用各个切面数据对三维体系的数据进行分析和整合，为下一步的处理做准备。目前，我国大多使用的三维建模软件是深圳某公司研发的，其本质是地质学信息系统的重要组成部分。三维建模的内容包括：整理分析剖面数据信息，建立数据库，组建三维模型数据框架；分析相应模块时，建立不同模块之间的关系，比如剖面之间、点之间等；最后通过剖面数据信息和模块间的对应关系建立实体模型。使用三维建模建模时，需要把每个图片信息联系起来，这样便能适和更多的地质工程探测。对于相对比较专业的地质内容来说，需要创建新的专业模块。我国三维建模软件在复杂地质体的分析上仍缺乏针对性，需要进一步分析，并逐步完善。

2工程地质体三维建模和可视化技术问题分析

目前，为了解决地质勘测工作中测试数据数目多且数量庞大、波及范围广泛、整理收集信息时较为混乱等影响地质工作人员判断的问题，我国提出建设地质工程复杂地质的可视化技术，目前已投入开发并得到一定程度的利用。下面将针对我国地质工程复杂地质体三维建模和可视化技术问题分析。

在创建三维模型之前，需要根据当前情况搜集数据，计算相关的离散数据插值、整合地质信息插值和拟合函数，这就需要相对准确的测量数据，只有这样，得到的三维模型才会更真实可靠。空间曲面插值数据普遍采用径向基函数插值法和弹性插值法，这两种方法普遍适用于单一连续地层结构和岩土地质体的空间分布。三维结构地质体通常是不规则的图形，经常通过微小直线和微小三角面计算图形中的曲线和曲面，进而模仿真实的地层结构和岩体层面。曲面地质体中存在大量层面，有地表、地下水、等，工程地质体三维模型的上端是地表曲面，采用数学方式模仿岩层或地下水等。要根据当前的探测数据计算拟合函数，数据信息越准确，地质体结构的模型越真实，有效的三维数据能够保障人机的交互和查询的实现。

三维拓扑结构是表示地质间各种关系的表格，拓扑表大多存储在层位间上部、下部或者相切的空间位置。拓扑可以看做是地质关系科学储存的数据结构。在研究多层结构的地层时，上下两个层面的实际公共部分就是他们的边界，他们是相邻并统一的关系，将边界曲面像这样存储于一个层面上，不仅能够减少存储的数据量，还能合理的评价地质模型的优缺点，对地质工程复杂地质体的探测有深远的影响。地质工程复杂地质体可视化技术主要是采用计算机技术将探测的大量数据以直观的方式进行整合和处理，创建的立体图和剖面图更便于研究人员准确的分析地质结构，在此过程中，最重要的是地质工程探测的数据的可视化。复杂地质体中存在大量的层面，当地层不整合或者尖灭时，就会出现曲面求交的情况，包括地质层面相交和层剖面相交。利用可视化技术可以构造地质工程中起稳定作用的岩层结构图形，利于工程人员作出正确的判断，同时，根据离散插值的计算，能够用不同的方式区分高度，进而实现山峦起伏可视化形态。

3复杂地质体三维建模和可视化技术的应用

地质工程三维模型的建立和可视化的研究，都是遵循离散搜集插值数值和比拟方法进行的。工程三维建模和可视化研究的过程是，将数据转化为连续的曲线或曲面，从探测的数据库中筛选出相关地质信息的坐标位置和岩层的物理力学参数，利用不同的拟合和插值函数，便能得到地质层面的构造图形和三维实体图形，这样就能将研究区域内的分布情况表达在地质信息中。将生成的地质岩体层面信息和地质实体模型进行分析处理，从不同角度观察三维模型，根据指定的剖面信息实现垂直剖面的形成。

3.1三维结构数据在地质工程中的应用

通常情况下，地质工程地质体都不是规则的图形，因此在计算时不能按照简单的方法得出结果，而是应当实现可靠的、分层的三维数据结构。在实际操作时，通常需要将图形中的曲线段或者曲面分割成许多尽量短的线段（可看作直线）和尽量小的三角形，使他们的总长度或总面积逼近原本的图形。通过这样的解决方式模拟地层的岩性界限与曲面具有较高的准确性。

3.2在地质工程中应用曲面求交

可以知道，地质工程地质体中不只有一个层面，而是由大量的、多样的层面构成，其中包括地层层面、地下水位层面、地表等。当地下水出现于河谷地表或出现地层不整齐的现象时，就需要应用曲面求交。地质工程地质体上部的界限是地表曲面，运用数学方法模拟出的地下水位层面与岩石层面应当在地表层面之下。与此同时，地质工程地质体中存在多个层面时，要保证下面的层面不超出上一层层面才是正确的。由此可以看出相关专业人员在进行地质工程研究工作以及实现地质工程复杂地质的可视化时应注意应用曲面求交。

3.3地质工程复杂地质的可视化技术在地质工程中的应用

在进行大量的地质数据勘测时，运用可视化技术可以有效地帮助地质工程工作人员合理解释原始数据，为地质工程人员具体分析问题时提供切实有力的保障。通过可视化技术，在工程地质中构建出关于地下硐室等重要的结构，并将其走势、范围以及各结构之间的位置关系直观形象地展示出来。与此同时，计算离散地表地形测试数据，将高程的不同之处使用不同的色彩进行描绘，实现各种地形地势的可视化，使山峦、河流等与其余地质的关系状态直观地展现在研究人员眼前，有利于推动地质工程的研究进程。

通过上述对于地质工程复杂地质体可视化与三维建模关键技术的分析可以发现，这些技术对于地质工程的建设与发展都发挥了不可或缺的作用，它们的存在为建设地质工程提供了有力保障。然而仅拥有这些技术是远远不够的，开发管理工程勘测空间数据库以方便进行修补、管理数据等措施同样值得借鉴学习。

4结束语

通过本文的探讨分析可以了解到，地质工程复杂地质体可视化技术的三维建模研究对于地质工程矿产结构的研究意义非凡，能够明显直接的表示地质体结构的基本信息以及岩土体的分布情况，对地质工程项目的探测具有重大影响。地质工程岩土体属于复杂的不规则形体，存在着多样的地质岩体结构，地质体可视化技术能够清楚的表达地质信息和岩层结构的关系，因此，地质工程复杂地质体可视化技术的研究对于地质工程领域的发展具有重要意义。

参考文献：

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[2]赵瑜.地质工程复杂地质体可视化分析[J].黑龙江科技信息，2014（01）

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[4]邓小龙李丽慧.基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法[J].工程地质学报，2017（01）