收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

工程地质三维建模与计算的可视化方法研究

刘振平  
【摘要】: 工程地质三维建模是3DGIS在地学领域的一个发展分支,有很强的专业应用背景,已经成为计算机科学、岩土工程等多学科交叉领域研究的前沿和热点;同时为了进一步考察人类活动(开挖、开采等)产生的影响,工程师们更希望已经建立的地质三维模型不仅能“看”而且根据一些力学原理还能“算”,而这也是研究中的一个难点。基于此,本文就工程地质建模与计算的可视化方法中的若干关键问题进行了深入地研究,主要体现在以下几个方面: (1)基于AQE数据结构,建立了BRep与空间分解相结合的三维地质模型结构。 通过对线框、表面、实体模型进行分析,最后将边界表示模型(BRep)作为主要建模方法,主要原因:①BRep几何模型是线框模型、表面模型以及空间分解等模型的纽带,通过BRep可以容易地实现彼此之间相互转换;②BRep模型可以比较精确地表达地物的形状,建模效率高。与此同时,为了实现地质体的精细表达,还将单元分解模型作为一种辅助建模手段。 经过对表示BRep模型几种数据结构的对比、分析,发现AQE数据结构更适合于地质体计算模型的构建,因为它既能用于物体各个表面之间的组织,也能建立实体单元之间的拓扑联系,同时还保存了图形的对偶图信息。因此,基于AQE数据结构,给出了三维地质体数据模型,实现了DT剖分、面面裁剪以及缝合等运算操作。 (2)基于GK-Kriging插值算法的快速三维地质建模方法。 主要建模步骤为:首先通过GA-Kriging方法得到包含地层编号属性的规则或不规则数据点,然后在VTK中直接对这些点进行Delaunay四面体剖分或者直接生成六面体,最后以云图的形式实现对不同地层的表达以及任意剖切面的提取。这种方法的主要特点就是将地层编号作为插值属性,同时它免去了一般方法中判断、求取地层切割面的繁琐过程,是一种直观、简单、自动化的建模手段。 (3)基于TIN面的三角形网格剖分以及有限元开挖模拟。 引入Delaunay优化算法,在CDT基础上实现了能用于有限元计算的三角剖分网格,在一定程度上实现了可视化模型TIN三角形面片与FEM计算网格的统一;网格剖分可以通过三个约束条件来控制,最小角度、最大面积以及是否具备Delaunay特性;其中具备Delaunay特性的三角形网格更适合于FVM以及流体方面的数值模拟。 编写了三角形平面应力、应变单元的有限元计算模块,根据求得的开挖边界单元上的等效释放节点力实现了开挖模拟。 (4)基于三维地质模型实现了基桩承载力计算与小应变曲线模拟。 对桩与TIN地层面之间位置关系的确定给出了相应的算法;基于英国BS标准以及德国的DIN规范,实现了桩基承载力的计算;根据桩土相互作用模型,依据Newmark算法得到了桩基完整性检测中小应变的模拟曲线。 (5)基于Python复合开发平台,并且对3DPyGeoMA系统进行了研发。 为了实现系统的快速开发,提出了将Python语言作为“粘合剂”的复合开发平台,核心思想就是:Pyhton语言作为粘合剂来调用其它语言编写的模块或者Python自己的库函数。文中给出了平台的框架图以及实现步骤,并且在此平台的基础上选择VTK为可视化接口,对3DPyGeoMA系统进行了研发。同时基于GDAS中间件技术实现了B/S结构三维地质信息系统。 通过在公路边坡、地铁以及重力大坝工程实例中的应用,对系统在三维建模、漫游、数值计算以及计算结果后处理方面功能进行了初步检验,证明了系统开发方法的可行性以及相关理论的有效性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘少华;吴东胜;罗小龙;刘学锋;陈华军;朱小龙;;复杂地质体的三维建模与可视化方法的研究[J];矿业研究与开发;2007年02期
2 任明,韩子良;基于WEB的城市三维建模与可视化方法探讨[J];计算机应用与软件;2003年12期
3 伍星星;唐伟靖;;三维GIS的基本理论探讨[J];科技资讯;2010年07期
4 张立强;谭玉敏;康志忠;芮小平;邓浩;刘骝;赵圆圆;;一种地质体三维建模与可视化的方法研究[J];中国科学(D辑:地球科学);2009年11期
5 杜玉红,李佳,李修仁,张军;基于仿真软件Working Model运动仿真系统的研究与开发[J];组合机床与自动化加工技术;2004年12期
6 朱永有,周容,张维,袁娟;虚拟样机技术在泥浆泵仿真中的应用[J];机械工程师;2005年10期
7 刘蒸;张晓虎;王宝彦;方璐;;三维牙周模型在牙周病学临床教学中的探索与实现[J];中国医学教育技术;2005年06期
8 苟在彦;;AutoCAD下蛇形弯管三维建模及展开[J];CAD/CAM与制造业信息化;2006年01期
9 陈欣;张开学;付玉升;;基于UG的专用数控铣床铣头结构设计与运动仿真[J];机械工程与自动化;2007年02期
10 张木;;IMAGIS在数字校园建模中的应用[J];山西建筑;2007年09期
11 王亚萍;葛江华;隋秀凛;陈文忠;张强军;;基于CATIA V5的型腔零件三维建模与NC加工[J];机械工程师;2008年01期
12 高扬;李晋;;数码城市三维建模方法的研究[J];城市勘测;2008年02期
13 杨新林;冯冠辉;钱建国;;三维激光扫描仪点云数据在AutoCAD中的处理方法研究[J];陕西煤炭;2008年03期
14 陶琼;朱大明;;三维GIS的发展趋势与建模分析[J];地矿测绘;2008年04期
15 王琳琳;刘洪利;;虚拟现实下的颐和园[J];首都师范大学学报(自然科学版);2009年01期
16 王静;李青;;SolidWorks三维建模技术探讨[J];科技信息;2009年03期
17 齐越;杨棽;蔡苏;侯飞;沈旭昆;赵沁平;;一种三维物体建模和编码压缩方法[J];中国科学(F辑:信息科学);2009年05期
18 吴斐;邓远超;;基于SolidWorks整体硬质合金立铣刀螺旋面的三维实体建模[J];煤矿机械;2009年07期
19 刘庆立;曹巨江;姚素芬;李伟;;基于SOLIDWORKS二次开发技术[J];煤矿机械;2009年08期
20 孟耀伟;;基于Object ARX的综合地理信息系统的构建与应用[J];许昌学院学报;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 管华;杨家华;;应用AutoCAD开发3D图库的尝试[A];面向21世纪的图学教育——第十二届全国图学教育研讨会暨第三届制图CAI课件演示交流会论文集[C];2000年
2 谢子明;;国产化船舶制造三维设计软件的开发与应用[A];第九届全国内河船舶及航运技术学术交流会论文集[C];2004年
3 郑斌;包亚东;;三维可视化技术在高速公路中的应用[A];2007'全国测绘科技信息交流会暨信息网成立30周年庆典论文集[C];2007年
4 王兴国;;基于AUTOCAD2002的船舶舾装三维建模系统[A];第九届全国内河船舶及航运技术学术交流会论文集[C];2004年
5 赵世华;薛春纪;刘淑文;曾荣;;基于克里金法的三维矿床地质建模初探[A];第二届全国成矿理论与找矿方法学术研讨会论文集[C];2004年
6 曾彤;;虚拟校园三维建模与仿真的设计开发[A];2007系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2007年
7 王爱玲;刘伟;;基于Solidworks的锅炉产品信息化系统设计[A];第六届全国计算机应用联合学术会议论文集[C];2002年
8 楼建勇;;注塑成型模具计算机辅助工程分析与工艺仿真[A];先进制造技术高层论坛暨第六届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2007年
9 孙向东;饶颖;刘建华;;虚拟战场视景仿真三维建模技术[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年
10 曾群;刘彦文;;基于CCGIS的数字动态地图的制作——以华中师大校园三维建模为例[A];全国地图学与GIS学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘振平;工程地质三维建模与计算的可视化方法研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
2 孙扬;多变元网络数据可视化方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 张涛;基于语音特征的帕金森病可视化诊断方法研究[D];燕山大学;2012年
4 曲朝阳;智能电网知识可视化引擎的研究[D];华北电力大学(河北);2010年
5 徐永红;基于多元数据子空间坐标图表示的可视化模式识别[D];燕山大学;2010年
6 邓野;CTCS-3测试仿真环境可视化关键技术的研究[D];北京交通大学;2010年
7 杨超;虚拟战场中电磁环境三维建模与绘制方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
8 杨树忠;复杂网络中的社团检测问题研究[D];北京交通大学;2009年
9 刘帅;面向陆地边界场景的三维建模方法研究[D];中南大学;2011年
10 徐华勋;复杂流场特征提取与可视化方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 屈年赦;三维建模和可视化方法的研究[D];辽宁工程技术大学;2006年
2 张敬博;层状岩体三维建模与可视化方法研究[D];山东科技大学;2011年
3 牛俊英;三维景观多分辨率模型构建及其可视化技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
4 吴慧欣;三维建模技术的研究与应用[D];西安建筑科技大学;2004年
5 竺银瑶;基于行为关系的电子病历数据集成可视化研究[D];浙江大学;2010年
6 赵旭;六西格玛项目管理与分析系统可视化研究与实现[D];北方工业大学;2011年
7 田荣华;基于B/S的工装网络化设计技术研究[D];西北工业大学;2004年
8 母天石;基于VRML虚拟现实漫游技术的研究与实现[D];武汉理工大学;2005年
9 陈海贝;小区园林及楼盘之展示方法的研究[D];广东工业大学;2005年
10 翟丽平;基于MultiGen的虚拟现实三维建模技术研究与实现[D];重庆大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李人凡;图书品牌的三维建模[N];中国新闻出版报;2002年
2 冯纪良;学好三维建模 驰骋专业领域[N];中国电脑教育报;2003年
3 陈喜宁;“数字南宁”系统将面世[N];建筑时报;2009年
4 ;AutoCAD中的两种三维建模方式[N];电脑报;2004年
5 冯纪良;学好三维建模 驰骋专业领域[N];中国电脑教育报;2003年
6 SOS;探索三维建模[N];中国电脑教育报;2002年
7 本报记者 徐红 实习生 辛忠;“数字矿山”:算得准 看得清[N];经济日报;2010年
8 陕西记者站 杨利娜;三维建模,向数字兵马俑迈进[N];中国旅游报;2006年
9 金跃中;大连新船重工初涉数字造船[N];中国船舶报;2004年
10 ;马利庄与他创立的实验室[N];科技日报;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978