基于ArcGIS的地下三维地质建模
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表 1 HZ 地区地下第四系三维表面建模 及其可视化钻孔分层结果
本文所采用的数据模型是混合结构的数据模型， 它的基 本思想是使用两个子系统分别存储和检索空间数据和属性数 据 ，其 中 属 性 数 据 存 储 在 常 规 的 RDBMS 中 ，空 间 数 据 存 储 在 专 用 的 文 件 管 理 系 统 中 ， 两 个 子 系 统 之 间 使 用 一 种 标 识 （OID） 联系起来。 在检索目标时询问两个子系统，然后将它们的答案 结合起来。
图 3 模型的切割
图 2 地层边界的创建
3.3 地层边界的创建 要 想 在 ArcGIS 的 可 视 化 模 块 ArcScene 中 实 现 “视 ”体 视 化除了需要各地层的栅格表面模型之外还需要为各地层创建 边界。 以全新统顶面为例,具体的实现过程为：在 ArcCatalog 中 创 建 一 个 Shapefile, 类 型 为 PolyLine. 名 称 为 bound_top。 将 bound_top 加入到 ArcMap，对全新统顶面栅格表面模进行数字 化, 保存结果。 将所得结果拷贝六次， 更改图层名字分别为 bound_q43b、bound_q43b、bound_q41b、bound_q32b、 bound_q31b 和 bound_q2b， 如 图 2 所 示 。 并 将 所 有 边 界 利 用 3D Analyst 模块的 Convert 选项转化为三维边界。 3.4 模型切割 创建了栅格表面数据模型后， 需要根据研究区域边界对模型 进行切割，以获得与研究区范围一致的表面模型。 以全新统顶 面 为 例 ， 具 体 的 实 现 过 程 为 ： ① 在 ArcCatalog 中 创 建 一 个 Shapefile,类型为 Polygon.名称为 Q，将 Q 加 入 到 ArcMap，对 研
3.2 对策 3.2.1 投入资金，适当增加场地 从调查中了解到， 赣州市下壕塘社区体育健身设施的数 量不能满足社区居民的合理使用， 更多的锻炼者锻炼的项目 都仅限于跑步，散步等方面，很少人对球类进行体育锻炼，如 开展社区羽毛球、乒乓球等友谊赛，来增进居民之间的感情以 及更好的进行社区居民之间的和谐沟通， 推广全民健身计划 的实施，这大多是由于场地限制的原因，没有足够的场地来举 行这些活动。 因此要投入资金，适当的增加场地，来满足社区 居民的要求， 使他们在锻炼身体的基础上达到更好的健身效
●
【参考文献】 [1] 张晓刚.我国群众体育发展面临的问 题 及 对 策[J]. 沿 海 企 业 与 科 技 , 2005,(03). [2] 张 清 国 ，曹 萍 ，翟 连 林.论 全 民 健 身 设 施 的 公 共 性 及 其 收 费 问 题[J]. 湖北体育科技 2006，(5). [3] 江 西 省 第 五 次 体 育 场 地 普 查 数 据 分 析 报 告 [R]. 江 西 省 体 育 局 . 2004. [4] 曹 萍.山 东 省 全 民 健 身 设 施 使 用 影 响 因 素 分 析 与 对 策 研 究[J].体 育 科 技 文 献 通 报 ，2009，（2）.
●
（上接第 88 页） 通过以上的调查分析我 们 可 以 看 出 赣 州 市下壕塘社区的健身设施建设的现状还不够乐观，场地、器材 的数量、器材的监管、维修等都存在不足之处，资金和居民对 器材的保护意识也限制了赣州市下壕塘社区体育健身设施建 设的实施，因此要加强对现有的健身设施的管理，并适当的加 大投资力度，创建更多的健身设施来满足社区体育的需求，更 好地推进全民健身计划的实施。
4.结论
本文以 HZ 地区资料为依据，使用混合结构的空间数据模 型对数据进行组织，实现空间数据与属性数据的一体化管理。 探讨如 何 在 ArcGIS 的 桌 面 软 件 ArcMap 中 利 用 3D Analyst 模 块进行地下三维体表面模型的构建，在 ArcCatalog 中为各地层 的栅格表面模型创建底层边界， 并使用边界对模型进行切割 完成对研究区的三维地质建模， 对研究区的研究及后续可视 化的实现具有重要意义。 科
本文将不同类型的沉积地层作为目标区第四系地层分层 的主要依据，共分为六层。 地层分层的原始数据由几何属性数 据（地理位置）和物理属性数据（分层等地质属性）组成，物理 属性表结构图如表 2 所示。 而钻孔属性数据又由钻孔几何属 性数据（坐标）和钻孔物理属性数据（地层厚度、地层顶面标 高、含水量、孔隙度、抗压强度等物性参数）组成。 为正确显示 剖面，基础地理数据由各类 GIS 图层及其属性表文件组成。
3 001-003 6.45 4.85 -9.85 -27.05 -33.05 -43.85 /
……
…………………
4003 009-004 42.05 40.25 /
/
/
/ 35.35
2.空间数据与属性数据的一体化管理
图 1 钻井数据加载
69
2010 年第 06 期（下）
◇高教论述◇
3.2 单个构造面表面建模 在 ArcGIS 中 主 要 有 以 下 四 种 插 值 方 法 ： 反 距 离 权 重 、自 然邻域、样条插值和克立格。 其中克里格插值法适用于已知数 据间的空间相关性或空间分布范围的情况。 鉴于此，本文采用 克立格插值中运用的最普遍和最广泛的普通克立格插值方法 进行构造面表面建模， 采用相同的方法对其他六层地层数据 进行表面建模。
● 【参考文献】
［1］李登科，刘安麟，邓凤东.地理信息系统 ArcInfo 及其应用[M].北京： 科 学 出 版 社 ，1999. ［2］陈非.ArcGIS9—新一代空间 服 务 解 决 方 案[J].中 国 通 讯 ，ESRI 中 国 （北 京 ）有 限 公 司 ，2003 ，10. ［3］李建 华 ，边 馥 令 ，等.工 程 地 质 三 维 空 间 建 模 技 术 及 其 应 用 研 究[J]. 中国矿业，2002，11 . ［4］谭 露 露.三 维 GIS 中 建 模 方 法 的 研 究[D]南 京 理 工 大 学 硕 士 毕 业 论 文 ，2005.
◇高教论述◇
2010 年第 06 期（下）
基于 Ar cGIS 的地下三维地质建模
刘妮妮 1 韩春玲 2 张 俊 1 （1.长江大学工程技术学院 湖北 荆州 434020;2.绍兴职业技术学院 浙江 绍兴 312000）
【摘 要】建立地下三维模型,形象反映地下主要地质结构全貌,是研究工程地质现象的一种崭新的研究方法。本文探讨了如 何在 ArcGIS 的桌面软件 ArcMap 中利用 3D Analyst 模块进行地下三维体表面模型的构建， 实现对地质资料集成和二次开发， 对后续地下三维可视化的实现具有重要意义。
三 维 地 质 建 模 是 [3、4] 三 维 地 学 研 究 的 一 项 基 础 性 工 作 。 三 维数据模型的研究与应用主要集中在三维城市建筑与三维地 质体领域。 实践表明，对现有空间数据模型认识和理解的正确 与否在很大程度上决定着地质数据管理系统研制或应用空间 数据库设计的成败， 而对空间数据模型的深入研究又直接影 响着新一代 GIS 系统的发展。
果，提高身体素质。 3.2.2 加强对公共体育健身设施的管理与修理工作 首先应加强对体育健身设施的管理工作， 其次安排专门
的管理人员定期对各个地方的体育健身设施进行巡查， 如发 现有故意损害健身设施的居民进行严厉的教导与惩罚， 并将 已坏的健身器材要有详细的记录， 然后针对这些已损坏的器 材做到及时修理，避免给居民带来的危险。 科
双精度型
12
Q4b-3
全新统上段底
双精度型
12
WP
录入人
字符串型
50
3.主要构造面三维模型构建
3.1 钻井数据加载 包括空间数据与属性数据， 前者主要反映钻井在地下的 空间分布情况， 后者包含钻井的编号及每个钻井中各层的深 度，如图 1。
序 号
编号
地面 海拔
全新 统上 段底 （Q4b 3）
全新 统中 段底 （Q4b 2）
70
表 2 地层分层物理属性表结构图
英文字段
中文含义
数据类型 字段长度 备注
DrillHole_
钻孔编号
字符串型
8
Top_ele
孔口标高
双精度型
12
Q2b
中更新统底
双精度型
12
Q3b-1 上更新统下段底 双精度型
12
Q3b-2 上更新统上段底 双精度型
12
Q4b-1
全新统下段底
双精度型
12
Q4b-2
全新统中段底
究区边界进行数字化；②打开 ArcToolBox，点击 Spatial Analyst Tools 下的 Exaction 选项， 双击 Exact by Mask， 设置 Exact by Mask 对话框， 点击确定按钮实现对栅格表面数据模型的切割 （图 3）。 其它各层使用同样的方法进行切割。
பைடு நூலகம்
全新 统下 段底 （Q4b1）
上更 新统 上段
底 （Q3b2）
上更 新统 下段
底 （Q3b1）
中更 新统
底 （Q2b）
1 001-001 6.96 5.04 -12.04 -24.54 -30.94 -41.14 /
2 001-002 6.68 5.88 -12.32 -27.82 -32.32 -46.82 /
1.数据准备
1.1 HZ 地区第四系地层发育特征 研究区地下三维表面建模所需的基础数据为地震或钻井 揭示的地下各层序界面的分层信息。 因此，首先必须弄清研究 区第四系发育特征。 HZ 地区前第四系基底由 震 旦 至 白 垩 纪 地 层 组 成 ，岩 性 大 致可分为三种类型：震旦系至下奥陶统镁质碳酸盐、上奥陶统 至泥盆系沉积碎屑岩及石炭、二叠系碳酸盐岩。 此外，还发育 中生代火山碎屑岩。 本区第四系缺失下更新统（Q1）沉积，中更 新 统 （Q2） 直 接 上 覆 于 前 第 四 系 基 底 之 上 ， 分 布 比 较 局 限 （ 亦 有 学者认为本区缺失中更新统）， 上更新统和全新统发育完整， 在全区广泛分布。 1.2 钻孔资料收集与整理 为 了 开 展 HZ 地 区 地 下 第 四 系 主 要 地 层 界 面 三 维 表 面 建 模 ，收 集 了 研 究 区 第 四 系 钻 孔 4003 个 ，并 根 据 前 述 第 四 系 地 层发育特征， 进行了地层划分与对比， 共划分出中更新统底 （Q2b）、上 更 新 统 下 段 底 （Q3b1）、上 更 新 统 上 段 底 （Q3b2）、全 新 统 下 段 底 （Q4b1）、 全 新 统 中 段 底 （Q4b 2）、 全 新 统 上 段 底 （Q4b 3）等 6 个主要地层界 面 ，详 细 统 计 了 每 口 井 各 地 层 界 面 的海拔深度（表 1），这些数据 是 开 展 HZ 地 区 地 下 第 四 系 三 维 表面建模的基础。
【关 键 词 】ArcGIS；三 维 地 质 建 模 ；GIS
GIS 作 为 处 理 地 理 空 间 信 息 的 新 技 术 是 二 十 世 纪 六 十 年 代兴起和发展起来的。 ArcGIS[1、2]是美国 ESRI 公司开发的一套 从低到高、可无缝扩展的 GIS 平台系列产品。 主要由四个部分 组 成 ：桌 面 GIS、ArcGIS 3D 分 析 模 块 、面 向 开 发 的 GIS 和 服 务 器 GIS。
本文所采用的数据模型是混合结构的数据模型， 它的基 本思想是使用两个子系统分别存储和检索空间数据和属性数 据 ，其 中 属 性 数 据 存 储 在 常 规 的 RDBMS 中 ，空 间 数 据 存 储 在 专 用 的 文 件 管 理 系 统 中 ， 两 个 子 系 统 之 间 使 用 一 种 标 识 （OID） 联系起来。 在检索目标时询问两个子系统，然后将它们的答案 结合起来。
图 3 模型的切割
图 2 地层边界的创建
3.3 地层边界的创建 要 想 在 ArcGIS 的 可 视 化 模 块 ArcScene 中 实 现 “视 ”体 视 化除了需要各地层的栅格表面模型之外还需要为各地层创建 边界。 以全新统顶面为例,具体的实现过程为：在 ArcCatalog 中 创 建 一 个 Shapefile, 类 型 为 PolyLine. 名 称 为 bound_top。 将 bound_top 加入到 ArcMap，对全新统顶面栅格表面模进行数字 化, 保存结果。 将所得结果拷贝六次， 更改图层名字分别为 bound_q43b、bound_q43b、bound_q41b、bound_q32b、 bound_q31b 和 bound_q2b， 如 图 2 所 示 。 并 将 所 有 边 界 利 用 3D Analyst 模块的 Convert 选项转化为三维边界。 3.4 模型切割 创建了栅格表面数据模型后， 需要根据研究区域边界对模型 进行切割，以获得与研究区范围一致的表面模型。 以全新统顶 面 为 例 ， 具 体 的 实 现 过 程 为 ： ① 在 ArcCatalog 中 创 建 一 个 Shapefile,类型为 Polygon.名称为 Q，将 Q 加 入 到 ArcMap，对 研
3.2 对策 3.2.1 投入资金，适当增加场地 从调查中了解到， 赣州市下壕塘社区体育健身设施的数 量不能满足社区居民的合理使用， 更多的锻炼者锻炼的项目 都仅限于跑步，散步等方面，很少人对球类进行体育锻炼，如 开展社区羽毛球、乒乓球等友谊赛，来增进居民之间的感情以 及更好的进行社区居民之间的和谐沟通， 推广全民健身计划 的实施，这大多是由于场地限制的原因，没有足够的场地来举 行这些活动。 因此要投入资金，适当的增加场地，来满足社区 居民的要求， 使他们在锻炼身体的基础上达到更好的健身效
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【参考文献】 [1] 张晓刚.我国群众体育发展面临的问 题 及 对 策[J]. 沿 海 企 业 与 科 技 , 2005,(03). [2] 张 清 国 ，曹 萍 ，翟 连 林.论 全 民 健 身 设 施 的 公 共 性 及 其 收 费 问 题[J]. 湖北体育科技 2006，(5). [3] 江 西 省 第 五 次 体 育 场 地 普 查 数 据 分 析 报 告 [R]. 江 西 省 体 育 局 . 2004. [4] 曹 萍.山 东 省 全 民 健 身 设 施 使 用 影 响 因 素 分 析 与 对 策 研 究[J].体 育 科 技 文 献 通 报 ，2009，（2）.
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（上接第 88 页） 通过以上的调查分析我 们 可 以 看 出 赣 州 市下壕塘社区的健身设施建设的现状还不够乐观，场地、器材 的数量、器材的监管、维修等都存在不足之处，资金和居民对 器材的保护意识也限制了赣州市下壕塘社区体育健身设施建 设的实施，因此要加强对现有的健身设施的管理，并适当的加 大投资力度，创建更多的健身设施来满足社区体育的需求，更 好地推进全民健身计划的实施。
4.结论
本文以 HZ 地区资料为依据，使用混合结构的空间数据模 型对数据进行组织，实现空间数据与属性数据的一体化管理。 探讨如 何 在 ArcGIS 的 桌 面 软 件 ArcMap 中 利 用 3D Analyst 模 块进行地下三维体表面模型的构建，在 ArcCatalog 中为各地层 的栅格表面模型创建底层边界， 并使用边界对模型进行切割 完成对研究区的三维地质建模， 对研究区的研究及后续可视 化的实现具有重要意义。 科
本文将不同类型的沉积地层作为目标区第四系地层分层 的主要依据，共分为六层。 地层分层的原始数据由几何属性数 据（地理位置）和物理属性数据（分层等地质属性）组成，物理 属性表结构图如表 2 所示。 而钻孔属性数据又由钻孔几何属 性数据（坐标）和钻孔物理属性数据（地层厚度、地层顶面标 高、含水量、孔隙度、抗压强度等物性参数）组成。 为正确显示 剖面，基础地理数据由各类 GIS 图层及其属性表文件组成。
3 001-003 6.45 4.85 -9.85 -27.05 -33.05 -43.85 /
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…………………
4003 009-004 42.05 40.25 /
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2.空间数据与属性数据的一体化管理
图 1 钻井数据加载
69
2010 年第 06 期（下）
◇高教论述◇
3.2 单个构造面表面建模 在 ArcGIS 中 主 要 有 以 下 四 种 插 值 方 法 ： 反 距 离 权 重 、自 然邻域、样条插值和克立格。 其中克里格插值法适用于已知数 据间的空间相关性或空间分布范围的情况。 鉴于此，本文采用 克立格插值中运用的最普遍和最广泛的普通克立格插值方法 进行构造面表面建模， 采用相同的方法对其他六层地层数据 进行表面建模。
● 【参考文献】
［1］李登科，刘安麟，邓凤东.地理信息系统 ArcInfo 及其应用[M].北京： 科 学 出 版 社 ，1999. ［2］陈非.ArcGIS9—新一代空间 服 务 解 决 方 案[J].中 国 通 讯 ，ESRI 中 国 （北 京 ）有 限 公 司 ，2003 ，10. ［3］李建 华 ，边 馥 令 ，等.工 程 地 质 三 维 空 间 建 模 技 术 及 其 应 用 研 究[J]. 中国矿业，2002，11 . ［4］谭 露 露.三 维 GIS 中 建 模 方 法 的 研 究[D]南 京 理 工 大 学 硕 士 毕 业 论 文 ，2005.
◇高教论述◇
2010 年第 06 期（下）
基于 Ar cGIS 的地下三维地质建模
刘妮妮 1 韩春玲 2 张 俊 1 （1.长江大学工程技术学院 湖北 荆州 434020;2.绍兴职业技术学院 浙江 绍兴 312000）
【摘 要】建立地下三维模型,形象反映地下主要地质结构全貌,是研究工程地质现象的一种崭新的研究方法。本文探讨了如 何在 ArcGIS 的桌面软件 ArcMap 中利用 3D Analyst 模块进行地下三维体表面模型的构建， 实现对地质资料集成和二次开发， 对后续地下三维可视化的实现具有重要意义。
三 维 地 质 建 模 是 [3、4] 三 维 地 学 研 究 的 一 项 基 础 性 工 作 。 三 维数据模型的研究与应用主要集中在三维城市建筑与三维地 质体领域。 实践表明，对现有空间数据模型认识和理解的正确 与否在很大程度上决定着地质数据管理系统研制或应用空间 数据库设计的成败， 而对空间数据模型的深入研究又直接影 响着新一代 GIS 系统的发展。
果，提高身体素质。 3.2.2 加强对公共体育健身设施的管理与修理工作 首先应加强对体育健身设施的管理工作， 其次安排专门
的管理人员定期对各个地方的体育健身设施进行巡查， 如发 现有故意损害健身设施的居民进行严厉的教导与惩罚， 并将 已坏的健身器材要有详细的记录， 然后针对这些已损坏的器 材做到及时修理，避免给居民带来的危险。 科
双精度型
12
Q4b-3
全新统上段底
双精度型
12
WP
录入人
字符串型
50
3.主要构造面三维模型构建
3.1 钻井数据加载 包括空间数据与属性数据， 前者主要反映钻井在地下的 空间分布情况， 后者包含钻井的编号及每个钻井中各层的深 度，如图 1。
序 号
编号
地面 海拔
全新 统上 段底 （Q4b 3）
全新 统中 段底 （Q4b 2）
70
表 2 地层分层物理属性表结构图
英文字段
中文含义
数据类型 字段长度 备注
DrillHole_
钻孔编号
字符串型
8
Top_ele
孔口标高
双精度型
12
Q2b
中更新统底
双精度型
12
Q3b-1 上更新统下段底 双精度型
12
Q3b-2 上更新统上段底 双精度型
12
Q4b-1
全新统下段底
双精度型
12
Q4b-2
全新统中段底
究区边界进行数字化；②打开 ArcToolBox，点击 Spatial Analyst Tools 下的 Exaction 选项， 双击 Exact by Mask， 设置 Exact by Mask 对话框， 点击确定按钮实现对栅格表面数据模型的切割 （图 3）。 其它各层使用同样的方法进行切割。
பைடு நூலகம்
全新 统下 段底 （Q4b1）
上更 新统 上段
底 （Q3b2）
上更 新统 下段
底 （Q3b1）
中更 新统
底 （Q2b）
1 001-001 6.96 5.04 -12.04 -24.54 -30.94 -41.14 /
2 001-002 6.68 5.88 -12.32 -27.82 -32.32 -46.82 /
1.数据准备
1.1 HZ 地区第四系地层发育特征 研究区地下三维表面建模所需的基础数据为地震或钻井 揭示的地下各层序界面的分层信息。 因此，首先必须弄清研究 区第四系发育特征。 HZ 地区前第四系基底由 震 旦 至 白 垩 纪 地 层 组 成 ，岩 性 大 致可分为三种类型：震旦系至下奥陶统镁质碳酸盐、上奥陶统 至泥盆系沉积碎屑岩及石炭、二叠系碳酸盐岩。 此外，还发育 中生代火山碎屑岩。 本区第四系缺失下更新统（Q1）沉积，中更 新 统 （Q2） 直 接 上 覆 于 前 第 四 系 基 底 之 上 ， 分 布 比 较 局 限 （ 亦 有 学者认为本区缺失中更新统）， 上更新统和全新统发育完整， 在全区广泛分布。 1.2 钻孔资料收集与整理 为 了 开 展 HZ 地 区 地 下 第 四 系 主 要 地 层 界 面 三 维 表 面 建 模 ，收 集 了 研 究 区 第 四 系 钻 孔 4003 个 ，并 根 据 前 述 第 四 系 地 层发育特征， 进行了地层划分与对比， 共划分出中更新统底 （Q2b）、上 更 新 统 下 段 底 （Q3b1）、上 更 新 统 上 段 底 （Q3b2）、全 新 统 下 段 底 （Q4b1）、 全 新 统 中 段 底 （Q4b 2）、 全 新 统 上 段 底 （Q4b 3）等 6 个主要地层界 面 ，详 细 统 计 了 每 口 井 各 地 层 界 面 的海拔深度（表 1），这些数据 是 开 展 HZ 地 区 地 下 第 四 系 三 维 表面建模的基础。
【关 键 词 】ArcGIS；三 维 地 质 建 模 ；GIS
GIS 作 为 处 理 地 理 空 间 信 息 的 新 技 术 是 二 十 世 纪 六 十 年 代兴起和发展起来的。 ArcGIS[1、2]是美国 ESRI 公司开发的一套 从低到高、可无缝扩展的 GIS 平台系列产品。 主要由四个部分 组 成 ：桌 面 GIS、ArcGIS 3D 分 析 模 块 、面 向 开 发 的 GIS 和 服 务 器 GIS。