基于GIS与MATLAB平台的三维地质建模研究与应用

摘要

伴随着“数字地球”和“智慧城市”等概念的提出，地下空间三维模型构建与信息化系统的建设工作正在全面展开。传统的地下工程设计，往往受限于各种不确定因素而选择保守设计，导致资源浪费严重。三维可视化技术的应用，在一定程度上提高了地下空间的利用率，同时为地下工程的智能化、信息化施工管理，提供了技术支持。本文充分考虑了地下空间不确定性、隐蔽性、复杂性的特点，针对多源地质信息的耦合分析、三维可视化系统的设计与实现、数值模拟的拓展应用等关键问题，借助建模理论与ArcGIS、MATLAB等软件平台，开展了系统深入的研究分析，主要研究内容如下： （1）基础数据库的构建与管理 本文结合三维地质建模的需求，总结分析了空间数据结构和数字化模型的分类及特点，以及构建三维地质模型需考虑的关键性因素。依托获取到的海量钻孔地质信息，通过抽取、筛选、编辑、处理等手段，将建模所需的信息存储到文件地理数据库中，借助该数据库，能够对多源工程数据进行统一管理。 （2）钻孔数字化与空间插值法比选 依据钻孔信息，探究地层赋存规律，借助ArcGIS平台，导入基础数据库中的钻孔数据信息，实现地质钻孔的数字化与可视化，确立地层层间分界线，使离散、有限的钻孔数据建立联系，为空间插值计算分析做准备。空间插值法的基本原理是根据已知数据拟合其他区域的未知数据，本文通过地层插值计算和交叉验证，分析普通克里金法、反距离权重法、张力样条函数法在不同地层的适用性。通过分层抽样法分批次抽取验证点并计算其对应的拟合值，利用实测值和拟合值计算平均相对误差、标准误差、RSQ指标、SLOPE指标，分别得出不同地层的最优插值方法。 （3）基于GIS的三维地质模型构建及应用 本文在构建三维地质模型时，遵循钻孔→地层→地质体的建模顺序。首先，结合地质数据库，对已获取的数据在ArcGIS平台下进行地质信息数字化、矢量化；其次，通过建立三维边界面和处理相交地层，约束栅格数据的生成范围，并使地层模型符合“先沉积地层在下，后沉积地层在上”的基本原理；此外，探讨两种创建 TIN 的方法，构建不同的数字化地层，通过三维地层模型在基准面的拉伸，生成完整的三维地质体。在此基础上，对三维模型任意切割，创建地质剖面与钻孔的耦合模型，并与原始地质剖面图对比验证，存在偏差区域通过添加控制点的约束方式进行重构，进一步提升三维模型的精确性。 （4）三维地质建模在MATLAB平台的拓展研究与应用 本文在MATLAB软件环境的支持下，探索了一种该平台下三维地质建模的新方法，通过编写代码，借助钻孔地质数据，实现了地层的拟合仿真，并通过不断缩小拟合误差，对地层数据进行优化和评价。基于MATLAB平台，深入研究测试验证点的拟合数据，能够更加便捷地完成拟合值和实测值的验证分析和精度对比，并进一步验证前期的研究成果。相较于GIS平台，在MATLAB平台根据数值计算与误差优化的建模思路，能够进行三维地质模型的拓展研究与分析，实现空间计算分析。

目录

第一个书签之前