Question

开展的工作

Answer 1

针对三维地质建模所存在的问题以及对三维地质建模的新认识，在数字地下空间与工程框架下，重点研究三维地质建模方法。强调地质建模的层次性，不同的场地特征和数据特征应采用不同的建模方法，对于简单场地适应于钻孔地质建模，对于复杂场地则适应于地质剖面或多源地质建模。

本书的研究内容主要包括五方面：

(1)阐述三维地质建模的基本概念及理论基础。将地下空间对象分为地质对象和工程对象，重点研究地质对象，分别从几何特征、空间特征和数据特征进行系统分析。并进一步将研究对象聚焦在层状地质体——简单层状地质体和复杂层状地质体，分别对应于简单场地条件和复杂场地条件。认为认知地下空间的重要手段是地质采样，建立了以地质采样为约束条件的地质建模体系框架。

(2)钻孔是三维地质信息最直观、准确和详细的数据，如何根据钻孔数据建立三维地质模型一直是国内外研究的热点。利用钻孔数据建立三维地质模型，在数据模型的选择上主要有两种：三棱柱(TP)和四面体(TEN)。TP模型具有数据冗余度小、建模算法简单等优点；TEN模型算法复杂、数据冗余度大，但对地质对象的属性信息表达相对丰富。基于钻孔数据进行三维地质建模是当前地质建模的研究热点，将该方法归结为两个核心内容：一是建立钻孔的空间拓扑关系，选用具有数学含义的 GMaps拓扑数据模型，在Delaunay三角剖分过程中能够快速进行点的局部插入和删除；二是考虑到钻孔成本高昂，一般钻孔数量比较稀少，采用虚拟钻孔的方法来对地质模型进行细化，并提出自然邻接方法生成虚拟钻孔。此外，基于自然邻接对地层尖灭做了进一步处理，使钻孔建模方法得到不断完善。

(3)地质剖面数据包含了地质工程师、专家经验信息，是通过低维数据生成剖面数据的最为常用的地质信息表达方法。对地质剖面进行了数据分析，将其分为三个层次：地层线、地层块和地层。提出最小多边形自动搜索算法来实现地层块或地层的快速自动搜索，构成地质剖面建模的基本元素。研究了轮廓线三维表面重构算法，并对最小对角线算法做了强约束处理实现对该算法的改进，并研究利用该算法对各种地质构造的三维表面重构方法。

(4)研究多源地质建模方法，集成多种数据源，提出多源数据地质建模的方法，并对其中可能涉及的关键算法进行了探讨。

(5)在建立煤矿三维煤层和断层模型的基础上，开发了一套矿山巷道的三维实时设计系统，能够同时考虑巷道—巷道、巷道—断层及巷道—煤层之间的空间关系，初步实现了巷道的空间辅助优化设计。