地質工程復雜地質體可視化技術研究

韓延慶，熊茜雯

（南京大學地球科學與工程學院，江西省勘察設計研究院，江蘇 南京 210093）

在中國的地質工程領域，往往是使用二維地表屬性信息的地理信息系統來表現的，想將其發展更新到能探測地下的地質結構的三維信息系統還需要時間。工程地質體項目本身就很復雜，周期也相對較長，需要大量的信息和數據，二維方法表達不出所有的空間信息，對地質工程研究的整體全面性影響很大。針對上述問題，提出了地質工程復雜地質體可視化技術研究。本文分析了地質工程復雜地質體可視化和三維建模技術，而且研究了復雜地質體三維建模和可視化技術的有效應用。

1 工程地質體可視化技術研究

利用三維建模圖形能夠對數據庫和圖表等進行有效的管理，在采用三維建模TITAN探測時，要知道三維建模軟件的工作原理，還要在建模過程中利用各個切面數據對三維體系的數據進行分析和整合，為下一步的處理做準備。目前，我國大多使用的三維建模軟件是深圳某公司研發的，其本質是地質學信息系統的重要組成部分[1]。三維建模的內容包括：整理分析剖面數據信息，建立數據庫，組建三維模型數據框架；分析相應模塊時，建立不同模塊之間的關系，比如剖面之間、點之間等；最后通過剖面數據信息和模塊間的對應關系建立實體模型。使用三維建模建模時，需要把每個圖片信息聯系起來，這樣便能適和更多的地質工程探測。對于相對比較專業的地質內容來說，需要創建新的專業模塊。我國三維建模軟件在復雜地質體的分析上仍缺乏針對性，需要進一步分析，并逐步完善。

圖1 地質體三維建模和可視化技術應用

2 工程地質體三維建模和可視化技術問題分析

在創建三維模型之前，需要根據當前情況搜集數據，計算相關的離散數據插值、整合地質信息插值和擬合函數，這就需要相對準確的測量數據，只有這樣，得到的三維模型才會更真實可靠。空間曲面插值數據普遍采用徑向基函數插值法和彈性插值法，這兩種方法普遍適用于單一連續地層結構和巖土地質體的空間分布[2]。三維結構地質體通常是不規則的圖形，經常通過微小直線和微小三角面計算圖形中的曲線和曲面，進而模仿真實的地層結構和巖體層面。曲面地質體中存在大量層面，有地表、地下水、等，工程地質體三維模型的上端是地表曲面，采用數學方式模仿巖層或地下水等。要根據當前的探測數據計算擬合函數，數據信息越準確，地質體結構的模型越真實，有效的三維數據能夠保障人機的交互和查詢的實現[3]。

三維拓撲結構是表示地質間各種關系的表格，拓撲表大多存儲在層位間上部、下部或者相切的空間位置。拓撲可以看做是地質關系科學儲存的數據結構。在研究多層結構的地層時，上下兩個層面的實際公共部分就是他們的邊界，他們是相鄰并統一的關系，將邊界曲面像這樣存儲于一個層面上，不僅能夠減少存儲的數據量，還能合理的評價地質模型的優缺點，對地質工程復雜地質體的探測有深遠的影響。地質工程復雜地質體可視化技術主要是采用計算機技術將探測的大量數據以直觀的方式進行整合和處理，創建的立體圖和剖面圖更便于研究人員準確的分析地質結構，在此過程中，最重要的是地質工程探測的數據的可視化。復雜地質體中存在大量的層面，當地層不整合或者尖滅時，就會出現曲面求交的情況，包括地質層面相交和層剖面相交。利用可視化技術可以構造地質工程中起穩定作用的巖層結構圖形，利于工程人員作出正確的判斷，同時，根據離散插值的計算，能夠用不同的方式區分高度，進而實現山巒起伏可視化形態[4]。

3 復雜地質體三維建模和可視化技術的應用

地質工程三維模型的建立和可視化的研究，都是遵循離散搜集插值數值和比擬方法進行的。工程三維建模和可視化研究的過程是，將數據轉化為連續的曲線或曲面，從探測的數據庫中篩選出相關地質信息的坐標位置和巖層的物理力學參數，利用不同的擬合和插值函數，便能得到地質層面的構造圖形和三維實體圖形，這樣就能將研究區域內的分布情況表達在地質信息中。將生成的地質巖體層面信息和地質實體模型進行分析處理，從不同角度觀察三維模型，根據指定的剖面信息實現垂直剖面的形成。

工程三維建模的數據庫搜集和管理至關重要，地質工程探測空間數據庫在搜集數據后要準確的錄入各項數據表格，不僅包含了地質工程的位置信息數據，還包括地質工程的屬性數據。在地層巖體信息表中，要將巖層深度、地質信息等相關內容清楚的填入其中，伴隨著我國地質工程探測技術的不斷發展和完善，能夠更加方便的修改和管理這些數據信息。

4 結語

通過本文的探討分析可以了解到，地質工程復雜地質體可視化技術的三維建模研究對于地質工程礦產結構的研究意義非凡，能夠明顯直接的表示地質體結構的基本信息以及巖土體的分布情況，對地質工程項目的探測具有重大影響。地質工程巖土體屬于復雜的不規則形體，存在著多樣的地質巖體結構，地質體可視化技術能夠清楚的表達地質信息和巖層結構的關系，因此，地質工程復雜地質體可視化技術的研究對于地質工程領域的發展意義非凡。

[1]楊志強,高謙,翟淑花等．復雜工程地質體地應力場智能反演[J]．哈爾濱工業大學學報, 2016, 48(4)：154-160．

[2]鄧小龍,李麗慧．基于三維激光掃描技術的復雜三維地質體建模方法[J]．工程地質學報, 2017, 25(1)：209-214．

[3]楊期祥,王森,牟迪等．基于GOCAD的成都地鐵聲波參數可視化應用研究[J]．鐵道科學與工程學報,2016, 13(3)：523-528．

[4]賈建紅,周傳波,蔣楠等．基于地質數據庫的復雜礦體三維建模關鍵技術研霸[J]．礦業研究與開發,2016,51 (8)：96-100．