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《中国石油大学(华东)》 2013年
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基于城市稳定性评价的地上地下一体化建模技术研究

戴华林  
【摘要】:我国数字化建设正在不断加速的过程中,自然地质环境和资源条件直接制约着我国现代化建设的布局与发展,如何能够真实而准确地描述地球、了解地球、了解我们所处位置的地质特征,进而为经济建设提供决策依据正是“智慧城市”建设主要任务之一,而三维地质建模则是基础。随着计算机技术、三维可视化技术和地球空间信息技术的迅速发展,城市三维空间建模与可视化的研究得到了极大的关注,并成为三维城市及三维地质模拟领域的研究重点。城市建设不仅要规划地上建筑和环境美化,同时要充分考虑地质稳定性和安全,集地上地下与一体的集成模型是城市地质稳定性评价的必要环节。本文围绕城市三维建模方法、三维地质建模方法、三维空间数据模型、三维空间数据组织与管理等方面阐述相关理论与技术展开了研究,给出了详细算法,并进行了底层开发、实现和测试,具体包括:(1)地质信息的多尺度展示模式研究。地质勘探人员在进行各种活动时涉及各种各样的数据,不同的的业务活动需要不同尺度的数据。不同的业务活动有不同的数据要求,数据有很强的尺度特征,业务活动与尺度有必然的内在联系。本文在研究地质数据的多尺度特性基础上,从广义尺度算子出发,提出了基于TSO矩阵的多尺度数据展示模式。对地层面按照TIN模型组织,在地层面数据结构中加入ScaleID字段,实现地层面的多尺度控制。(2)地层模型构建关键技术研究。针对点、面和空间不同尺度地质信息,运用坐标变换方法,实现了多尺度地质信息的统一表达。在研究地质信息结构特点的基础上,考虑地质构造具有复杂性的特点,以断层构造为例设计了复杂地质结构的典型模型的快速构建方法,设计出区域无偏估计插值方法完成断层划分区域的插值运算,构建出各个分割区域的无规则网格数据,通过边界拟合完成了复杂地质体TIN三角网的地质模型快速构建。(3)地上地下集成建模技术研究。为解决城市地上下一体化建模问题,利用开源图形库OSG进行二次开发实现地层模型与地上模型的一体化显示。由于OSG是一个面向对象的三维视景仿真开发包,它不仅包含了极其丰富的类库,操作灵活,性能优越,同时还很好地支持LOD技术和包含OpenFlight格式的多种格式的模型数据[42],利用OSG与多层DEM建立三维地层模型和三维钻孔模型,同时加载Creator建立的地上模型,以研究区地形图与钻孔布置图上的钻孔控制点的空间坐标为参照,将地上模型与地下模型集成。此时,地层模型和地上模型之间会存在相交、缝隙等问题。由于地上建筑模型以地形为参照建立,而地层模型最顶层界面也是地表面即地形,因此地上与地下模型的求交实则为两地形模型的求交,以地上模型的地形为参照,与地层模型的最顶层界面求交裁剪,实现地上模型与地层模型的无缝集成建模。(4)基于集成模型的地质稳定性分析研究。主要包括三维地质对象的信息查询、坑槽开挖、地层抽层、测量和主题图的自动生成技术等。借鉴国内外地质建模软件的优点,以Vega Prime、OpenGL和VC++6.0为开发环境,开发了基于城市稳定性评价的地上地下一体化集成的软件系统原型。涵盖了数据导入和导出、插值处理、三维地质建模、集成建模和地质稳定性分析等主要功能。通过理论模型和实际地质资料信息测试表明,可基本满足城市规划设计中地质评价使用。
【学位授予单位】:中国石油大学(华东)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:P628

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