城市地質環境三維建模與可視化

胡 偉

中化地質礦山總局山東地質勘查院，山東濟南 250013

加強城市地質環境三維建模與可視化研究，有利于為城市的更好發展提供支持，實現對地質災害有效應對的同時可對城市地質環境進行科學分析與全面了解，逐漸提升其分析工作方面的信息化水平。因此，需要給予城市地質環境的實際情況及與時俱進的發展要求，給予其三維建模與可視化更多的關注，從而增加城市地質環境調查分析與評價工作中的技術含量，滿足現代城市的可持續發展要求，并為相關生產實踐活動的順利開展提供保障。

1 注重城市地質環境三維建模與可視化研究的必要性分析

實踐中為了使城市地質環境三維建模與可視化研究工作能夠落實到位，則需要對其研究的必要性有一定的了解。具體表現為：（1）注重城市地質環境三維建模與可視化研究，有利于實現對城市地質狀況的深入分析，且在計算機三維空間中用動態模擬化的分析方法得到有效的城市地質狀況分析結果，從而為現代城市的可持續發展提供保障；（2）注重城市地質環境三維建模與可視化研究，可使人們對城市地質環境情況有更多的了解，并為相關的決策制定與實施提供參考依據；（3）注重城市地質環境三維建模與可視化研究，有利于豐富城市建設中所需的地質信息資源，并降低地震、地面沉降、泥石流等地質災害問題發生率，保持現代城市良好發展狀況的同時可實現對其地質環境的科學評價。

2 城市地質環境三維建模

結合城市地質環境調查分析與評價工作的高效開展要求，為了更好地適應信息化時代背景下的形勢變化，得到應用價值大的城市地質環境方面的信息，則需要重視其三維建模，了解相關的內容。

2.1 地質環境三維建模的數據需求與組織

實踐中為了實現對城市地質現象的有效描繪，全面了解其地質環境的實際情況，則需要在信息技術與計算機網絡配合作用下，得到實踐中所需的高程模型數據、地理信息數據、遙感影像數據等并加以利用，滿足城市地質環境三維建模的數據需求，促使其三維建模研究工作開展更具針對性。同時，在實現對城市地質環境三維建模數據高效利用的過程中，需要落實好相應的組織工作。在此期間，應做到：（1）強化城市地質環境三維建模數據組織應用中相關人員的責任意識，有效開展相應的組織分析工作，使得這項工作支持下的城市地質環境三維建模相關數據的應用價值逐漸提升；（2）通過對城市地質環境三維建模所需的基礎地理空間數據、鉆孔數據、平面地質圖數據、地質剖面數據等不同類型數據功能特性的充分考慮，組織好這些數據并進行高效利用，從而為城市地質環境三維建模研究水平提升提供相應的保障，豐富其三維建模所需數據組織方面的實踐經驗，確保這類數據在實踐中的組織狀況良好性。

2.2 地質環境三維建模要點分析

由于城市地質環境條件較為復雜，且與之相關的信息具有離散性的特點，從而加大了城市地質環境狀況方面的分析工作難度。針對這種情況，為了得到城市地質環境分析中所需的連續三維模型，則需要用插值處理方式對三維地質空間數據進行科學處理。同時，需要明確城市地質環境三維建模要點，從而保持其分析工作良好的落實效果。具體的要點包括以下方面。

2.2.1 地表地形三維建模

將測點編號X、Y、Z數據直接讀入軟件內，成為點集對象，用于生成地形。當無原始點數據時，地表地形的三維建模可以根據矢量化以后的地形等高線圖為基礎，在考慮到地形特征（地形特征線、特征點）的條件下進行城市地質地形三維建模，給予其地質環境調查分析與評價工作開展相應的支持。

2.2.2 實踐中的斷層面、地層面的構建

在城市地質環境評價中，斷層面往往影響著本區域的地質環境穩定性。在道路橋梁施工、住房建設等重大工程中，地質環境的穩定性起著重要的作用。斷層面多采用多平面擬合方法，主要思路為：在上、下盤的斷點坐標確定一個平面方程，利用該平面擬合地層形態，再將多個小斷層面擬合成整個斷層面。在具體的分析過程中，為了實現對城市地質環境中地層面的有效構建，則需要在信息技術與計算機網絡的配合作用下，在計算機三維空間中確定地層、斷層之間的拓撲關系，且通過對等值線信息的高效利用予以應對。同時，若城市地質環境的斷層面、地層面構建中涉及到了鉆孔數據，則需要設計人員合理利用數據，實現對地層面的修正與約束處理，從而提高城市地質環境三維建模中的地層面模型精度，為相應的分析工作順利開展提供科學指導。

2.2.3 實踐中的三維地質結構建模

基于城市地質環境的三維建模，為了使最終得到的參考模型有著良好的適用性，則需要對三維網格中的每個單位賦值，使其能詳細表現其空間位置的特征屬性。根據原始數據中鉆孔數據、等值線圖、構造地質圖和各種三維地質體進行疊加，設置好各圖元的屬性后等來建立實體模型。當三維模型生成后，就可以對模型進行可視化操作，如：旋轉、切割、漫游等。同時，為了豐富城市地質環境建模方面的工作內容，確保相關生產實踐活動開展有效性，則需要根據城市地質環境的實際情況，充分考慮實踐中對地質災害、水文地質構造等要素的三維建模。

2.3 城市地質環境三維建模中應考慮的要素

為了確保城市地質環境三維建模研究狀況良好性，全面提升其應用價值，則需要對其三維建模中應考慮的要素有所了解。這些要素具體包括：（1）在復雜的城市地質環境地層狀況分析中，需要對倒轉、互層等加以考慮，加大這些方面分析中所需的技術研發力度；（2）對類似于透鏡體、尖滅等特殊地質現象來說，因它們的空間形態難以得到有效控制，需要技術人員能夠重視信息技術、豐富實踐經驗、專業理論知識等要素的配合使用予以應對；（3）由于城市地下管線管道、暗渠隧道等橫向長度與縱向高度大，需要在相應的三維地質模型圖形成過程中控制好比例尺。

3 城市地質環境三維空間可視化

（1）所謂的城市地質環境三維空間可視化，是指通過對三維地形、地物的充分考慮，在計算機三維空間中建立相應的應用模型，且在計算機圖形學與圖像處理技術的支持下，用三維圖形的方式直觀的將城市地質環境方面的實體顯示出來，有效表達其地理要素的同時滿足城市地質環境三維空間數據高效利用要求。因此，在實現城市地質環境三維空間可視化的過程中，需要重視信息技術、計算機網絡、地質環境理論知識等要素的高效利用。

（2）實踐中為了增強城市地質環境三維空間可視化的表達效果，則需要加強全數字化攝影測量專業軟件與三維可視化地理信息系統平臺使用，進而在計算機三維空間中實現對城市地質環境數據、景觀的直觀顯示，滿足其地質環境三維可視化方面的實際要求。同時，在具體的操作過程中，需要在實踐經驗豐富、專業技術能力出色的人員支持下進行針對性的操作，從而為城市地質環境三維可視化的有效表達提供保障。

（3）在對城市地質環境進行三維空間可視化處理時，需要在計算機網絡、信息技術及有效的數據傳輸機制共同作用下實現地質環境相關數據的實時傳輸，且用分塊的方式對整個城市進行有效劃分，方便其地質環境在三維空間的可視化處理。同時，應在GIS、遙感測繪等技術的支持下，增加三維空間可視化技術含量，從而實現對城市地質環境的科學處理，滿足現代城市發展中的規劃建設、生態環境改善等方面的實際需求，逐漸提高城市地質環境三維空間可視化處理下所得到研究成果的利用效率。

4 結語

綜上所述，做好城市地質環境三維建模與可視化研究工作，具有重要的現實參考意義：可提升城市地質環境方面的分析工作水平，實現對地質災害的有效預防，滿足工程生產活動有效開展要求。因此，未來在促進城市發展過程中，需要重視其地質環境三維建模與可視化分析，且在信息技術與計算機網絡的配合作用下，豐富城市地質環境分析中所需的信息資源，促使現代城市實踐中可處于穩定、高效的發展狀態。在此基礎上，有利于提升我國在城市地質環境方面的研究工作水平，實現對相應研究成果的高效利用，保持其地質環境分析中良好的技術含量。