复杂地形区域工程勘察与三维地质建模技术应用案例

基于机载激光雷达的城市三维建模技术设计与应用研究

旨在探索基于机载激光雷达的城市三维建模技术设计与应用效果.以江西省某生态修复区三维建模工程为例,设计并实施了一套以"多模态数据协同采集—智能融合建模—动态迭代更新"为主的技术方案.经工程验证发现,该方案对于复杂地形区域尤其是塌陷区,裸岩区等具备明显的数据获取精度提升效果,模型空间误差控制在±3 cm以内,可达到对生态修复区域地貌,水文,地质综合信息高保真表达的目标.因此,对于城市生态修复区数字建模与动态监测的研究,可以有效解决传统建模中数据精度低,多源融合难,更新滞后的问题.

无人机测绘技术在复杂地形测绘工程中的研究

本文针对复杂地形测绘工程中的技术难题,系统研究了无人机测绘技术的应用方法与实践效果.通过构建"空中采集—实时传输—云端处理—工程应用"的技术体系,解决了传统测绘手段在山区高速公路建设中面临的通视条件差,作业效率低及安全风险高等问题.研究重点探讨了仿地飞行路径规划,多光谱—激光点云融合等关键技术,开发了实景三维监控平台与土石方智能计算模块.实践表明,该技术体系显著提升了测绘精度与效率,为复杂地形条件下的工程建设提供了可靠的技术支撑.

三维建模与可视化研究在机场建设工地地质稳定性评价中的应用

中国是地质灾害多发国家,尤其在地质条件复杂,岩溶发育的西南地区,是造成基础设施安全隐患的重要因素.本文以新建昆明××国际机场为研究区,通过建立相关数学模型实现场区地质灾害危险性综合评价.同时,GIS作为一种有效的空间分析和可视化表达工具,在地质灾害分析和评估方面有过许多成功的应用,但更多地是停留在基于数据分析基础上的定性或定量研究,侧重于基础地质数据整理和定量数据模型研究,而对基于分析结果的真三维可视化展示和综合分析研究不够.因此,三维GIS技术和地质环境安全评估相结合促成了一门新的技术:地质环境三维可视化建模技术.地质数据是包含地,物,化,遥等具有立体感海量的多元数据的集合,传统GIS软件只能处理2D,2.5D数据,已经不能满足实际需要.本文在分析,归纳,总结地质环境三维建模常用模型和地表TIN模型基础上,提出了基于表面-似三棱柱混合模型(DTM-QTP)的三维地质环境稳定性评估方法.并构建集数据管理,模型编辑,分析,显示于一体的软件系统,除具有常规GIS软件制图功能外,还能将各种数据信息熔合于一个真三维可视化平台,以高度集成的方式实现地质环境灾害评估,使环境评估专家能够更为直观的了解地质灾害在研究区的整体发育规律,并实现地表现象和地下隐伏构造状况的统一.主要研究工作如下: (1)综合考虑影响研究区岩溶塌陷的众多因素,建立机场建设工地岩溶塌陷预报数学模型.建立地下水有效水位动力学因素,溶洞覆盖层稳定性因素和机场用地潜在承压危险性因素三大危险性评价模型,分别求解各自量化指标值AP i,AH i,AG i ,在此基础上建立变权矩阵进行动态加权,获得岩溶塌陷危险性综合评价值ASi.采用中心归属法和叠置分析法等GIS空间分析方法对原始数据做必要处理,得到场区2479个评估单元. (2)Delaunay三角形网"窗口"特征存在性证明及其应用.根据似三棱柱模型地表构模特点,提出了Delaunay三角形网的"窗口"特征,给出了详细的定义和证明过程,并将其应用到快速Delaunay三角剖分及其动态更新和顾及地形特征的高精度内插中去. (3)三维数据模型研究.在前人提出的三维GIS数据模型研究基础上,提出了可以应用到三维地质灾害危险性评价方法的表面-似三棱柱体混合(DTM-QTP)模型,并对该模型的几何特征和数据结构进行了分析.在该模型中,地形表面采用DTM生成,地质体内部由QTP体元构成. (4)复杂地质现象解释.根据研究区地层构造特点,分析了地表现象,地质现象和地层结构的层次关系,建立了适合似三棱柱构模的通用数据格式和地层划分方式. (5)虚拟钻孔链及窜点问题研究.为解决地下隐伏复杂地质构造的边界控制问题和地表线性构造的走向问题,本文提出采用"虚拟钻孔链"的控制方式,同时分析了无控制条件下Delaunay三角形构网所造成的"窜点问题"产生原因和给出相应解决方案. (6)基于钻孔数据的相关算法研究.针对本文设计的地层划分方式和似三棱柱构体方式设计了"钻孔插值算法","似三棱柱构体算法"和似三棱柱剖分等相关算法,并给出了三种有效的算法加速方案. (7)三维可视化系统设计.采用面向对象方法和OpenInventor可视化技术设计了地质灾害危险性评价模型真三维可视化系统,该系统由数据库管理,评价模型编辑及计算和三维可视化建模与分析三部分组成,并实现了相关功能. (8)工程应用.将真三维地质体建模和可视化技术应用到昆明××国际机场岩溶塌陷综合评价模型研究中,证明了该系统的有效性和实用性,并为地质灾害评价模型的可视化分析提供了新的思路.

工程地质三维建模及分析系统设计研究

采用边界表示(BRep)结构和TIN模型的混合数据结构,借助GIS技术,开发集基础数据管理和三维地质建模为一体的工程地质三维建模及分析系统。采用TIN模型来拟合构造复杂的地质曲面,提出包括直接由离散点生成TIN模型、或由地形等高线生成TIN模型,以及由规则格网数据生成TIN模型的多种构造方法,并实现地质层面TIN模型的求交、裁剪,以及缝合等关键技术;引入颜色、纹理等"渲染"技术,实现地质信息的逼真表达;此外,探讨基于三维地质模型的任意地质剖面分析、岩土体分布面积和体积计算等基本分析技术,最后将系统应用于滑坡、高边坡、水利水电以及公路边坡开挖等工程地质三维建模和分析中,验证该理论及系统的可靠性和通用性。

地质体的三维建模与可视化研究

近年来,随着GIS和地理空间信息技术的发展,三维可视化技术在地质体研究方面发挥着越来越大的作用。利用基于GIS三维动态可视化仿真技术,场景建模技术和图形图象处理技术,开发出关于某一特定的地质区域的真实全面的虚拟环境系统,使地质科学家们能够更为直观的了解地质信息在研究或工作区域的整体分布规律,同时更深刻地理解各种地质现象的发生、发展及影响。 地质工程复杂地质体中的各种地质信息都可以看作是三维空间中的函数,利用各种实测资料分别建立相应的曲面拟合函数,进而利用计算机建立三维地质模型,达到直观地表达地质信息在地质体中的分布规律的目的。本文分析了地质体三维建模与可视化研究的关键技术问题,并简单描述作者在地质体三维建模和可视化方面的初步开发研究成果。在系统研究开发过程中,将针对以下一些关键技术进行大量实验和比较,并尽可能的采取技术性强,研究价值高的技术与方法。 1、离散数据的插值与拟合 复杂地质体中的各种地质信息,包括地表地形、地层界面、断层等,都可以看作是三维空间中的函数,它们的拟合函数要根据已有数据建立,实测数据越丰富,越能够真实描绘出这些信息的空间分布规律。 2、三维数据结构 地质体三维空间数据结构是工程地质三维建模和可视化的基础,这就要求必须具备有效的分层的三维数据结构。 3、曲面求交 地质体中存在大量各种层面,当出现地层不整合、断层等情形时,就自然会遇到曲面间求交的问题。在剖面图成图时,也会遇到曲面间求交。 4、三维拓扑结构 从地质学角度看,拓扑是地质对象间关系的表格,拓扑表存储层位间上覆、下伏和交切等的地层学关系及地质空间位置关系。评价地质模型系统的优缺点往往决定于描述地质对象所用的拓扑结构。 5、可视化技术 工程地质复杂地质体可视化,是利用计算机技术将工程勘测获得的数据,转换为形象直观的便于进行交互分析的地质结构空间形态的立体图和剖面图形。 地质体的三维建模的实现将基于离散采样数据的插值与拟合的思想,即将离散数据转化为连续曲线曲面,提取各种地质信息的坐标位置及参数,通过不同的拟合与插值函数得到地质层面(曲面)和地质实体的三维计算机图形显示,表达地质信息在研究区域内的分布规律。本系统将在Visual Studio 2005 C++的平台下开发,通过三角网格化算法实现曲面的拟合,利用OpenGL对数据进行可视化,并允许用户对可视的三维地质实体进行一系列的研究操作,如旋转观察,对选取的位置进行剖面分析等。该系统将严格按照软件工程的规范完成,将系统划分成各个功能分明的模块。

无人机倾斜摄影测量在城市复杂地形三维建模中的应用

倾斜摄影测量技术作为新型测绘的主要数据收集方法之一,既可以得到常规航空摄影无法获取的地物立面纹理图像和几何信息,又可以迅速建立三维模型,同时具备了构建造型逼真,纹理丰富,模型精度高,制作周期短,对人工要求较低,成本低等优势.本文采用无人机倾斜摄影方法,利用软件实现了研究区域的实景三维建模,对整个技术应用过程进行了研究,并对数据质量进行了分析.结果显示,无人机倾斜摄影测量在三维建模中有着较突出的优点,模型精度能够满足实际作业需求,可为精度要求高的测绘项目提供有力的技术支撑.