復雜地質體三維模型快速構建及更新技術研究

許霸 趙勁

復雜地質體三維模型快速構建及更新技術研究

許霸 趙勁

（贛西地質調查大隊資源環(huán)境研究院）

隨著社會的不斷發(fā)展，科技的不斷進步，我國各個領域均得到了很好的發(fā)展，并且在“玻璃地球”建設方面也有了較大進展，尤其在地質體三維模型方面，但即使如此我國在該方面的研究成果依然與其他發(fā)達國家存在著差距，相關理念落后，并且技術也有待完善，但我國近年來已經(jīng)加大了人力、資金以及技術方面的支持，想必不久后會有更大的突破。本文簡要介紹了復雜地質體三維模型的快速構建，以及復雜地質體三維模型的動態(tài)更新，以期能夠為我國地質體三維模型方面的發(fā)展提供有價值的參考。

復雜地質體；三維模型；快速構建；技術更新

引言

地質體三維模型在探索地球方面具有很好的作用，在建設“玻璃地球”中占據(jù)重要地位，所謂“玻璃地球”是為探索新代巨型礦床做基礎而開展的地球探測工作，其最終目的在于使地球像玻璃班透明。然而鑒于相關技術還不夠完善，并且地球自身擁有的特質過于復雜，導致近年來此方面并未實現(xiàn)大的躍進，三維模型構建方面也困難重重，更遑論該方面的創(chuàng)新工作，如今可以說該方面建設已經(jīng)到達了瓶頸期，若不盡快改善此種局面，勢必會為我國建設“玻璃地球”帶來更多困擾。

1 復雜地質三維建模方法

基于鉆孔的建模方法對沒有斷層的層狀地質體的模擬具有很好的效果，如果鉆孔數(shù)據(jù)不多，可利用插值方法模擬虛擬的鉆孔；利用三棱柱的建模方法可以解決具有簡單斷層的地質體三維建模問題，但對具有復雜的斷層結構的地質體不能很有效的解決；非層狀地質體的建模能對少數(shù)幾個復雜礦體進行建模，也能對具有復雜斷層的地質體進行建模，但礦體較多，就很難保證數(shù)據(jù)的一致性；利用貝塞爾曲面和NURBS曲面實現(xiàn)的曲面建模方法，能很好的解決地質體的表面建模，通過表面建模后，然后利用實體建模方法構建地質體的實體模型，可以解決復雜地質體的模擬；對于復雜的單個地質體的建模經(jīng)常使用基于平行剖面的單體建模方法，能有很好的效果。地質體的三維模擬一般要根據(jù)具體的地質體來定，由于地質體的復雜性，一般要使用幾種方法綜合建模，達到真實體現(xiàn)地質體的三維形態(tài)的效果。

2 復雜地質體三維模型的快速構建

2.1 三維地質建模的方法體系及過程

若要建立起三維地質體模型，首先需要有相應的方法和理論體系，并根據(jù)該體系來確定建模過程。其理論主要是，該建模方式屬于三維可視化領域，因其主要針對于地質現(xiàn)象方面，為了保證其完整性，該體系中應具備空間位置，同時還要有空間形態(tài)，空間分布特征也不可忽略，另外，拓撲關系也是其重要組成部分。鑒于該體系具有可視化效果，因此其需要有多種技術的支持，具體見圖1[1]。

圖1 三維地質建模方法及理論體系

數(shù)據(jù)標準化處理可以避免因數(shù)據(jù)源不同所帶來的錯誤信息，為了保障該模型的實用性和準確性，該環(huán)節(jié)必不可少，而顯示數(shù)據(jù)的形式也多種多樣，目前較為常用的是地質剖面圖，該種表現(xiàn)方式可以將復雜的數(shù)據(jù)進行簡化，使相關人員能夠更加清晰地看到各種數(shù)據(jù)之間的變化和差異。

2.2 地質空間插值

地質空間差值是順利建模的重要保障，通過此種計算方式可以知道目標地區(qū)的空間分布情況，也能夠對相關特質進行初步分析，為建模工作提供基本的方向和要求，但由于插值計算較為復雜，不同的勘測隊伍使用該計算方式的能力也有所差異，因此也導致了建模速度和建模質量的不同。線性插值主要針對于三角網(wǎng)結構，通過計算可以為相關人員提供高程值；而高散光滑插值則主要針對于各項參數(shù)的計算，該計算方式的出現(xiàn)最早可以追溯到1992年，該計算方式的主要特點在于，空間坐標并不是其進行計算的依據(jù)，而是根據(jù)不同網(wǎng)絡節(jié)點的拓撲關系，該方式的拓撲網(wǎng)格如圖2；另外還有克里格差值，該計算方式起先只是針對于礦產(chǎn)資源計算方面，但經(jīng)過不斷地完善后其也逐漸拓展了應用領域，但該計算方法與上述兩種相比并不具多大優(yōu)勢，該算法計算方式復雜，因此計算速度一直難以提升[2]。

圖2 地質空間插值拓撲網(wǎng)格

2.3 三維地質建模關鍵算法

不難發(fā)現(xiàn)，在創(chuàng)建地質模型時，往往需要大量的數(shù)據(jù)處理工作，離散化處理即為其中一種，另外，布爾運算也是十分重要的環(huán)節(jié)之一，甚至可以說其占據(jù)著核心地位，通過布爾預算能夠迅速使相關人員掌握相關參數(shù)，從而加快建模速度。目前來看，該算法具有多種形式，如矢量剪切算法，或空間分布二叉樹算法等，算法的不同所針對的領域也有所差異，并且計算速度和計算準確度也會略有不同，因此在選擇使用何種算法時應按照實際情況而定[3]。

2.4 基于空間推理的礦山地質建模

空間推理并不復雜，主要可以從兩個方面著手：①空間知識；②邏輯推斷。以此兩個方向為基點來進一步認識空間，而地址空間推理則是，將空間位置、幾何形態(tài)，乃至空間幾何關系等進行推理，并以此來獲取新的空間信息，具體可以分為地質空間幾何關系推理、地址空間拓撲關系推理以及礦山綜合地質建模三個方面。

3 復雜地質體三維模型的動態(tài)更新

3.1 基于鉆孔數(shù)據(jù)的三維地質體模型更新

若要實現(xiàn)地質體三維模型的更新，鉆孔數(shù)據(jù)更新是十分重要的，其中包括了大量地質信息，如巖石特性或物質構成等，而隨著地質勘探工作的不斷進展，原本的鉆孔數(shù)據(jù)模型已經(jīng)難以滿足要求，對其進行更新即顯得尤為重要，具體的更新措施如下：①分析礦山勘探規(guī)范，以及鉆孔重要程度，并以此來確定更新區(qū)域；②充分發(fā)揮空間索引的作用，以便于確定地質要素；③不同地質要素對于鉆孔數(shù)據(jù)模型有不同的要求，因此接下來應針對地質限制界面展開更新工作；④根據(jù)地質界面來確定地質要素類型，進而完善地質體模型，同時也要對對拓撲關系進行更新；⑤整合模型并生成結果報告[4]。

3.2 基于剖面數(shù)據(jù)的三維地質體模型更新

剖面數(shù)據(jù)與鉆孔數(shù)據(jù)的作用有異曲同工之妙，同樣作為礦山勘察中不可或缺的一部分，該數(shù)據(jù)的相關信息量十分龐大，因此要實現(xiàn)更新也并不是一件容易的事情，具體步驟如下：①開展工作前應對礦山勘測規(guī)范做充分的了解，并以此來規(guī)劃目標范圍；②依然要發(fā)揮空閑索引的作用來確定地質要素，使地質要素、拓撲關系以及語義關系等能夠成為一個整體；③根據(jù)地質要素確定地質限制界面，并進一步更新；④根據(jù)地質要素類型來更新地質體模型；⑤整合生成相關報告。

4 總結

綜上所述，研究關于復雜地質體三維模型快速構建及更新技術方面的內容具有十分重要的意義，其不僅關系到我國科學技術的發(fā)展，同時也與我國地球探索方面的工作息息相關。近年來隨著社會發(fā)展我國部分能源已經(jīng)趨于匱乏的邊緣，急需尋找另外的途徑開發(fā)新能源，故，我國一直未放松地球探索工作，并且在不斷加大研究力度，但迫于多種因素影響，此方面進展并不明顯，尤其在地質體三維模型構建方面，該領域一直停滯不前直接導致“玻璃地球”建設工作難以取得建設性成功。

[1]陳麒玉，劉剛，吳沖龍，李新川，張志庭.城市地質調查中知識驅動的多尺度三維地質體模型構建方法[J].地理與地理信息科學，2016（04）：11～16.

[2]明鏡.基于鉆孔的三維地質模型快速構建及更新[J].地理與地理信息科學，2012（05）：55～59.

[3]翟建波，周科平，楊念哥，高峰.基于OO-Solid數(shù)據(jù)模型的復雜地質體分區(qū)協(xié)同三維建模[J].礦冶工程，2013（01）：14～17.

[4]花衛(wèi)華，廖艷云，劉修國，鄭 坤，馬紹忠，潘聲勇，闞鵬.基于子面模板庫的第四紀三維地質模型快速構建[J].地球科學（中國地質大學學報），2013（05）：1128～1134.

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1004-7344（2016）33-0209-02

2016-11-9