三维透水层建模算法设计与实现

发布时间：2020-10-23 20:42

　　 城市地下空间的综合开发利用和地下水的长期大量开采会造成透水层压缩变形,最终导致大范围地下水位下降和地面沉降。因此,对透水层的科学研究显得尤为紧迫和重要。三维透水层建模是一种描述透水层最直观、有效的方法,它是开展地下空间分析、地质现象解释、矿产资源评价等工作的基础,在地下水资源评估、地下管网铺设等领域有重要的应用价值。本文以成都市新都区某住宅建设工地为研究区,采集工地钻孔数据作为数据源。在分析该工地基本透水层信息的基础上,设计了基于不规则四面体网表示并兼顾拓扑关系的三维透水层建模算法,建立了建模原型系统,实现了该工地透水层的三维建模,并对建模精度进行了评价。本文主要工作及成果如下:(1)在研究区实地采集了278例钻孔数据作为透水层信息来源,钻孔深度的最小、最大和平均值分别为12,29,20.46m,分层数量的最小、最大和平均值分别为2,12,5.76层。在分析研究区钻孔数据的基础上,建立了区域整体层序表,将透水层层序关系从钻孔样本信息中挖掘出来。(2)提出了基于面元模型的栅状剖面结构算法。利用Delaunay三角剖分算法生成地表不规则三角网,以保证各个剖面具有确定的、上下一致的拓扑关系。并采用大量有限平面(分为地层面、梯形面、尖灭面)模拟三维空间中各个透水层剖面,从而形成按地质岩性划分的栅状面元模型骨架结构。(3)提出了基于不规则四面体的体元结构算法。引入虚拟钻孔对研究区进行插值加密,简化由有限平面构成的不规则透水层面。通过模型重构生成更精确、平滑且合理的面元模型,进而对面元模型由上至下地组合建模,从而得到研究区精细的三维透水层模型。(4)以90%钻孔数据作为训练集进行了建模,剩余钻孔数据作为验证集对比建模效果以评估算法的可行性。通过对比透水层模型厚度与实际厚度的均方根误差可以看出建模效果较好,尤其在分区建模且深度间隔设置为0.1m时,均方根误差平均值小于0.5,说明本文所提出的算法能较为精确地建立该研究区的三维透水层模型,具有一定的有效性与准确性。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P641.7
【部分图文】：

在已生成的地层面状态，研究地质体形成过程单值曲面的情况，基于钻孔地质体的边界，从而为褶皱辑问题作了深入的研究，对根据钻孔数据和剖面数据首手工调整地层在断层两侧的层体封闭边界生成的算法(n,；孟鹏燕 等, 2014)。罗智该方法允许用户根据实际需建模模型精度评估、误差检地层建模中地层的划分展开列来确定地层的排序。

总体架构如图2-1。图 2-1 三维透水层建模算法总体架构本算法除 Delaunay 三角剖分模块参考了开源组件，其余均为自主设计与实现，主要从以下两个部分建立模型：(1) 构建基于面元模型的栅状剖面结构（由点-线-面）① 根据钻孔分层信息，分组构建模型区透水层层序表，详细步骤参见本文 2.1；② 使用钻孔位置信息进行 Delaunay 三角剖分，生成不规则三角网；③ 参考层序表中透水层信息，依次生成所有 TIN 线对应两钻孔之间的剖面，绘制每个剖面中的透水层分界线，从而形成按地质岩性进行划分的栅

13图 2-3 构建透水层顺序表流程图1 分割透水层为了得到区域整体透水层分布情况，需要对每个钻孔进行分割钻孔分层，记录每个间隔中最厚的透水层，从而得到由里最厚透水层组成的二维数组。统计钻孔分层层序集流程骤如下：(1) 根据钻孔分层要素获得该分层的信息，包括序号、厚度岩性，然后遍历深度间隔，获得第一个间隔；
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 Jalloh Abu Bakarr;Kyuro Sasaki;Jalloh Yaguba;Barrie Abubakarr Karim;;Integrating artificial neural networks and geostatistics for optimum 3D geological block modeling in mineral reserve estimation:A case study[J];International Journal of Mining Science and Technology;2016年04期

2 R.M.Lobatskaya;I.P.Strelchenko;;GIS-based analysis of fault patterns in urban areas:A case study of Irkutsk city,Russia[J];Geoscience Frontiers;2016年02期

3 王明胜;;南昌地铁泥水盾构穿越赣江浅覆盖透水层施工关键技术研究[J];隧道建设;2015年11期

4 李健;朱新宇;刘善伟;吴会胜;;三维校园建模方法及系统实现——以中国石油大学(华东)为例[J];测绘与空间地理信息;2015年10期

5 张养安;李俊锋;杨爱玲;王蓬;;基于3DMAX的虚拟现实三维建筑模型建模技术初探[J];测绘与空间地理信息;2015年10期

6 李卫强;汪金花;;三维激光扫描在矿区的数据采集和建模中的应用[J];河北联合大学学报(自然科学版);2015年03期

7 欧阳宏;;故宫古建筑三维数字化建模方法研究[J];北京联合大学学报(自然科学版);2015年03期

8 吴锋;毛新光;;基于ArcGIS Engine的三维场景快速动态建模方法[J];测绘通报;2015年06期

9 樊琦;姚顽强;陈鹏;;基于Cyclone的三维建模研究[J];测绘通报;2015年05期

10 刘亚兵;严怀民;刘如飞;;基于车载三维激光扫描技术的露天矿三维建模[J];露天采矿技术;2015年04期

相关博士学位论文 前4条

1 李昌领;复杂地层体三维建模算法研究[D];中国矿业大学;2014年

2 覃亚伟;大型地下结构泄排水减压抗浮控制研究[D];华中科技大学;2013年

3 孟祥宾;复杂地质体块体建模方法研究[D];中国海洋大学;2010年

4 罗智勇;面向地质勘查的三维可视化系统研制与开发[D];成都理工大学;2008年

相关硕士学位论文 前8条

1 江二中;基于GOCAD的某水电站三维地质建模技术研究与应用[D];重庆交通大学;2013年

2 王雪娇;基于OpenGL的铁路隧道三维地质建模系统的研究与实现[D];石家庄铁道大学;2013年

3 焦永清;基于多尺度钻孔数据的地层建模关键技术研究[D];长安大学;2013年

4 王静;基于QuantyView和多源数据的滑坡体三维地质建模技术研究[D];中国地质大学;2013年

5 辛梓瑞;基于VTK的广义三棱柱法三维地质建模及可视化研究[D];辽宁工程技术大学;2013年

6 刘璐;南通市第四纪地层格架与三维建模分析[D];中国地质大学(北京);2012年

7 卢晓萌;基于空间插值与置换贴图技术的三维地层建模方法研究[D];南京大学;2012年

8 陈国良;三维地质断层结构模型构建及切割分析技术研究[D];中国地质大学;2006年

本文编号：2853520