岩溶区三维地质建模及可视化研究

岩溶区三维地质建模及可视化研究
向 峰，罗太近
（贵州省地质矿产勘查开发局１１１地质大队（贵州地质工程勘察设计研究院），贵州　贵阳　５５００８１）
摘 要：随着科技的广泛应用，三维地质建模及可视化技术逐渐受到重视。

建立三维地质建模和可视化操作提高了岩溶地区复杂地层分析精确率的同时优化了工作效率，这是科技创新发展背景下岩溶发育地区城市地质工作的主要方向和必然选择。

关键词：三维建模；可视化；精确率；效率优化
中图分类号：ＴＤ６７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）０８－０１８８－２
Three-dimensional Geological Modeling and Visualization in Karst Areas
XIANG Feng, LUO Tai-jin
（１１１　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｂｒｉｇａｄｅ　ｏｆ　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　
（Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ），Ｇｕｉｙａｎｇ　５５００８１，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｗｉｄｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐａｉｄ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．　Ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｓｔｒａｔａ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　ｋａｒｓｔ　ａｒｅａｓ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ　ｃｈｏｉｃｅ　ｏｆ　ｕｒｂａｎ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｗｏｒｋ　ｉｎ　ｋａｒｓｔ　ａｒｅａｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．
Keywords:　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ；　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ；　ａｃｃｕｒａｃｙ；　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
随着中国经济、社会和科技发展，虚拟现实技术作为高新技术迅速崛起。

虚拟现实技术就是利用电脑模拟产生一个立体的三维空间的虚拟场景，给使用者提供视觉、听觉、触觉等感官上的现实模拟。

因此虚拟现实技术的应用受到了地震预报、矿产资源勘探、地理信息系统等领域的广泛关注[1]。

我国地域辽阔，地貌复杂，地质也各不相同，通过三维的数字化虚拟现实技术可以提升地质调查的信息化水平，能有效地解决地质环境问题和城市地质、政府规划决策问题。

这一技术为今后岩溶区城市地质工作的三维地质建模和可视化发展提供了重要的技术支持。

1 建立三维地质模型
（1）收集资料。

针对岩溶区大区域三维模型的建立，我们首先要得到岩心数据，它包括岩心照片、岩心描述和岩心钻孔分析数据，这是识别当前地质情况的首要资料，也是进行下一步工作的基础。

（2）构造模型。

①建立控制性实测剖面。

绘制控制性实测剖面是进行三维地质建模的基础，剖面的布置密度决定了三维地质模型的精度，利用制图系统产状剖面图功能绘制剖面图，结合地质专家的专业知识进行修改完善。

按照“单元格构建~单元格合并~整个地质体”的思路，利用交互三维建模。

②建立层模型。

建立层面模型可以通过断层面中线投影在二维视图中，设置网格大小、趋势线、分割线、边界线来建立骨架网格；关键层面的插值建模可以通过数理统计法设置层面参数和断层影响范围；最后再通过样条插值法和最小曲率法进行层面内插。

由此反映的是储存层面的基本构架，通过断层数据建立断层模型，再根据断层模型建立各个地层顶底的层面模型，再以此为基础，建立有一定网格分辨率的等时三维地层网格模型[2]。

③建立参数模型。

建立目的是定量的给出储存体中各类属性参数的空间分布。

采用确定性建模方法，开始进行地质趋势线性内插。

根据已有岩心钻孔的控制点和原始样本点的参数，进行合理内插、外推未钻孔测试点的同一参数值，内插值越小，精确度越高。

通过测量得到地层压力、孔隙度等有效参数，采用简单线性内插、趋势面作图法进行。

在通过地震振幅、波阻抗等于岩心测井孔隙度确定关系，反演孔隙度，通过孔隙度推出渗透率。

2 可视化操作
可视化技术即为通过数字化概念，建立起一个多分辨率、三维模式表达的虚拟技术，是由三维空间中的构造、地层振幅组合形成。

通过上述的三维地质建模，可视化技术通过把空间地质环境数据转换到虚拟的计算机环境中，在保证实时获取图像数据的前提下提高图像质量，展示更多更详细的立体化细节。

具体操作步骤如下：首先根据测试到的有效插值提取地质的边界轮廓线，构造几何图形；然后设置图形变换函数参数，生成新的图像数据；最后把数据送入帧缓存中进行储存，实现可视化显示。

需要注意的是对局部区域的绘制。

具体操作为在距离十视点近的数据区域内增加点的数量，提高覆盖密度；对投影等值线进行填充时采用不同的色彩加以区分；在观测井的抽水排水动态模拟过程中，改变岩层的透明度。

通过对局部区域数据特征优化控制，使得到的图像效果更加逼真。

再者由于绝对定向要实现影像坐标到地面坐标的转换，因此在绝对定向时利用数字摄影在影像上选取地面控制点，并且尽量让选取的控制点是均均匀分散在测量区域各处的。

选取好连接点后建立同名核线，进而形成线影像。

同时我们还需要数字正射影像数据。

我们运用卫星对
收稿日期：２０１９－０３
基金项目:贵州省地矿局地质科研资金资助项目＂ＢＩＭ技术在贵州工程勘察设计阶段的应用研究及推广（黔地矿科合［２０１７］１６号）＂；贵州省地矿局地质科研资金资助项目＂岩溶区城市三维地质建模应用关键技术研究（黔地矿科合［２０１７］１８号）。

作者简介：向峰，男，生于１９８３年，汉族，重庆开县人，本科，测绘高级工程师，研究方向：地质测绘、信息化。

世界有色金属 2019年 4月下
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影像数据进行纠正，并让影像融合镶嵌，最后再进行影像裁剪，最终形成数字正射影像成果。

3 有效性测试
为了让大家直观立体的了解岩溶地区的地表状况、地下地质形态以及勘测点的布置位置等相关信息，运用三维地质建模可视化模型对岩溶地区进行实际检测，需要用到的机器设备如表1所示。

表1 三维建模可视化设备
设备名称数量/单位
AO幅面高精度扫描仪1台
数据服务器1台
绘图仪2台
显示器2台
通过合理运用上述表格中的设备设施，来绘制岩溶地区的剖面图，进行三维建模，对模型进行合并、纹理、赋色、赋属性等相关工作，实现可视化的目的。

4 结果分析
为了论证三维地质建模可视化模型对获取工作数据准确率有效性的影响，进行实验分析，对岩溶地区采用了三维地质建模可视化模型和传统方法进行实验对比，其验证结果如图1所示。

通过图1的实验结果可以看出，在多次试验的过程中，本文提到的三维地质建模可视化模型条件下，工作数据的精确率在多次试实验下都远远高于传统方法工作下的精确率，[1] 申晓丹,陈超,孟浩灿.基于3DMine的矿山三维地质建模研究进展[J].
化工矿物与加工,2017,16(4):34-37.
[2] 袁锋,韩峰,康峰.基于GIS的不良地质三维建模及线路优化设计研究
[J].铁道标准设计,2018,420(4)144-147.
这充分论证了岩溶区城市地质发展离不开三维地质建模及可视化模型。

图1 实验论证结果曲线
5 结语
岩溶区城市地质的发展，离不开三维地质建模和可视化模型的建立。

与传统技术相比，运用现代化科技形成先进的三维地质建模和可视化技术，不仅提高了工作的精确度，同时也提高了工作效率。

这是社会发展的需求，也是科技现代化发展的必然产物。

但就目前来说，三维地质建模和可视化技术是复杂的，操作起来不仅需要大量的优秀人才供给，还需要有庞大的建设使用资金的支持，这些条件在三维地质建模和可视化上是不可忽视的。

（上接187页）
其次，适应性弱主要表现在：我国虽然引进了国外的自动化设备，但是国外先进的自动化数据模型无法适应我国当前的大规模生产，因而导致自动化设备不能完全发挥其功能，实际操作中技术也不够成熟。

最后，性能不稳定方面主要表现在：由于自动化设备来自于国外，在引进后，往往会出现运行性能不稳定的现象，而国内的维修师的技术有限，因而导致维修不可靠，维修后设备依然不稳定等现象。

4 解决自动化网络控制技术问题的对策
针对我国目前产业的发展现状，自动化网络控制技术依然不能广泛应用于我国的大规模生产。

一方面，最重要的是我国要加大发展力度，进一步提高我国的经济和科技水准，走科技强国之路，只有国家自身强大了，我们就可以自己制造自己生产，并获得最大的经济效益。

其次，我们要保持现有的生产水平，并使其得到提高，加大生产规模。

最后，国家应该实施创新政策，鼓励大家积极创造新的东西，促进大家的创新意识和创新能力。

另一方面，我们应该积极学习国外的先进技术，借鉴国外的经验，通过合作，实现共赢。

针对自动化控制技术在我国生产中的适应能力弱的问题，我们应该从技术层面进行改善和提高，争取发明创造出属于我国自己的且可大规模生产的自动化机器和设备，而不是停滞不前。

另外，我们应该支持国外留学产业，鼓励国内学子去国外学习新的，与国内不一样的知识，争取将学到的知识学有所用，为我国的发展做出重要的贡献。

针对自动化网络控制技术在我国产业的性能不稳定问题，我们应该主动学习国外的先进技能，可以做到自己维护。

5 自动化网络控制技术的发展前景
自动化网络控制技术为实际生产中减少了人力，提高了资源利用率，促进了产业结构的升级，提高了经济效益，降低了环境污染，因此自动化网络控制技术是一项热门研究话题。

另外，工业一直是我国政府的大力扶持对象，工业的发展带来了巨大经济的效益，保证了产品的质量，提高了生产的效率，其在改变我国传统工业落后状态的同时，也促进着技术智能方面的发展，而工业的发展离不开自动化控制技术，因而自动化网络控制技术具有光明的前景，自动化网络控制技术的研发，将会成为一个大力发展工业的必然选择。

最后，随着时代的不断进步，智能化和自动化将成为全球的热门研发项目，互联网也是全球的热门行业，因此，在这种趋势的推动下，网络自动化控制技术将会有越来越好的发展前景。

综上，自动化网络控制技术在生产中发挥了重要的作用，保证了产业的生产质量，提高了生产效率，降低了生产过程中的不安全隐患，也节省了生产中的人力和物力资源，降低了生产的成本，改善了产业的经济效益，但是对于存在的各种问题，我们还需要努力改善，要坚持我国的科技强国道路，积极借鉴国外先进技术，学习新进的知识，只要这样，才能逐步实现我国产业自动化的良性和可持续发展，并在互联网技术发展的推动下，自动化网络控制技术将会有一片光明的发展前景。

[1] 马凯，肖洪流.自动化生产线技术[M].北京：化学工业出版社，2018.
[2] 郑申白，冯磊，张荣华.轧制检测与自动化控制技术[M].北京：化学工
业出版社，2015.
2019年 4月下 世界有色金属189。