水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維建模與可視化研究.pdf

1、傳統(tǒng)的水文地質(zhì)分析方法以紙為介質(zhì)，并以單個(gè)分散模型對(duì)地下水進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)與管理，這些方法極大地推進(jìn)了地下水科學(xué)向定量化方向發(fā)展，但由于水文地質(zhì)信息的表達(dá)和處理都是基于二維的，通常是將垂直方向的信息抽象為一個(gè)屬性值，其實(shí)質(zhì)就是將三維水文地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)現(xiàn)象投影到某一平面上進(jìn)行表達(dá)，稱2.5維或假三維，它描述的水文地質(zhì)構(gòu)造的起伏變化直觀性差，往往不能揭示其空間變化規(guī)律，難以使人們直接、完整、準(zhǔn)確地理解水文地質(zhì)情況，因此真三維處理顯得越來越迫

2、切，迫切需要建立以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以三維建模為支撐進(jìn)行水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維可視化顯示與分析為目標(biāo)的空間信息系統(tǒng)，以解決不同層次用戶所面臨的復(fù)雜地下水系統(tǒng)信息管理問題。空間三維水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模與可視化技術(shù)的研究是計(jì)算機(jī)在水文地質(zhì)領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)必然趨勢(shì)，并且已成為工程地質(zhì)學(xué)、數(shù)字地質(zhì)學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科交叉研究的前沿和熱點(diǎn)問題。如何由水文地質(zhì)信息通過三維地質(zhì)構(gòu)模而生成地下水三維體數(shù)據(jù)并以圖形圖象的方式表達(dá)出來，對(duì)于增強(qiáng)水文地質(zhì)工作者對(duì)地學(xué)數(shù)據(jù)的

3、理解、深入研究和揭示地下水運(yùn)動(dòng)內(nèi)在規(guī)律，具有十分重要意義。
　　 本文以水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域?yàn)檠芯勘尘埃瑢?duì)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模中關(guān)鍵工作，例如，三維數(shù)據(jù)模型、建模方法、拓?fù)潢P(guān)系及模型操作算法等從理論上進(jìn)行研究，并作了初步試驗(yàn)，本文的研究工作在技術(shù)方法和有關(guān)理論方面得了以下進(jìn)展和成果：
　　 1、闡述了GIS空間數(shù)據(jù)模型的相關(guān)概念，對(duì)三維空間數(shù)據(jù)模型的研究現(xiàn)狀進(jìn)行的回顧和分類，歸納了各類數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)和適應(yīng)性，論述了構(gòu)建三維空間數(shù)

4、據(jù)模型所涉及到的問題，為水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維空間數(shù)據(jù)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 2、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維可視化與分析系統(tǒng)采用多層DEM-廣義三棱柱為基本體元，基于一種改進(jìn)生長(zhǎng)算法實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜條件下DEM建模，可以處理地層缺失、尖滅等情況，并提出虛擬鉆孔的生成算法。
　　 3、研究了三棱柱體元切割的各種情況，為了保證切割后體元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一致性，在此采用三角形自分解來解決這類問題，一條線段與三角形相交，根據(jù)其余三角形的頂點(diǎn)和邊相交點(diǎn)

5、的個(gè)數(shù)共有5種情況，不考慮線段與三角形某一條邊重合的情況。
　　 4、顧及斷層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體復(fù)雜性及地質(zhì)勘探手段直接獲取控制邊界特征點(diǎn)數(shù)據(jù)稀少的特點(diǎn)，提出一種含斷層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體三維建模新方法，該方法在地層劃分的基礎(chǔ)上，通過對(duì)斷層面方程的構(gòu)建以及斷層面附近地層面的趨勢(shì)擬合，可求得斷層面與地層面的交線段，按一定間距對(duì)該線段離散化，位于相鄰兩層離散點(diǎn)依次相連，獲取虛擬鉆孔，將虛擬鉆孔和實(shí)際鉆孔以相同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)、建模。