gis在地质的应用-最新

2.3 基于八叉树和四面体的混合数据结 Based on octree and tetrahedral hybrid data structure
由于八叉树具有结构简单、操作方便的特点，但数据量随分 辨率的增大而成倍增加，而四面体网格既能保护原始数据，又具有精 确表示坐标和空间拓扑关系的能力。其基本思想是以八叉树作整体描 述，四面体作局部描述，并在八叉树结构中设置一个属性值来实现八 叉树与四面体格网的结合。。混合数据结构实现了数据结构的灵活性， 对提高表示精度，减少数据量是十分有利的。
• 应用软件：采用组件式GIS 桌面制图组件Super Layout , 它封装了 页面、制图元素等对象, 创建了标注、符号、直线、折线、矩形、圆 角矩形、椭圆、多边形、地图、复杂图框、指北针、比例尺、图例、 图片、表格等实体对象, 多个对象可以组合成复合对象; 可以对多个 选中对象进行剪切、复制、对齐、等距、居中、移动、缩放等操作; 支持地图的任意区域剪裁; 支持各种型号的打印机和绘图仪, 并且可 以根据设计纸面的大小进行智能分页打印。这些为实现基于GIS 的工 程地质制图奠定了基础。 • 图形分类：工程地质人员需要用平面图、剖面图、柱状图、等值线图 四类图件, 从不同角度反映场区的地质状况
3.2 数据库管理与可视化手段 Database management and visualization tools
合理有效的管理反映地质矿山中的各种现象的数据 需要数据库管理系统的支持，由于描述地质矿山现象的 数据结构中，涉及到对象嵌套和记录变长这样的数据特 征，因此最好采用面向对象的数据库管理系统才能有效 地进行管理。也可以充分利用现有关系数据库（如Acces s、SQL Server）的Binary和备注字段实现变长记录的管 理，但效率会有所降低。 • 可视化是地理信息系统的主要功能，也是直观地观 测空间数据库的主要手段。三维物体的可视化可以借鉴 三维几何造型的方法进行，但还远远不能满足地质矿山 中的三维现象的要求。目前三维对象可视化技术得到了 较大的发展，较为领先的主流3D软件有：OpenGL、QD3D （Quick Draw 3D）和Direct3D。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ•
2. 三维GIS数据模型综述
Summary of three-dimensionalGIS data model
• 建立三维GIS的核心问题是三维数据结构，根据三 维数据结构的几何特征可以将三维数据结构分为 二类：即基于面表示的数据结构（Face-based d ata structure represented）和基于体表示的数据 结构（Based on volumetric data structures）
GIS生成的柱状图
GIS自动生成的剖面图
GIS生成的等值线图
• 首先可制作相应格式的四种图表模板。在地图上选择某个勘察孔, 根 据其相关的原位测试类型自动确定图表类型, 调用相应的柱状图制作 接口函数。接口函数内部自动读取对应的图表模板, 在固定项如孔号 工程名称、建设单位、勘察孔坐标和深度等按预定字体、样式附上内 容注记。 • 第二步：在主体部分, 根据垂直比例尺依次从浅到深画上勘察孔分层 的层底界线, 并根据岩土类型进行柱状填充。中间若有夹层、异常段 次等, 要画上层顶和层底界线,先对正常层上部分填充。 • 第三步：对夹层等根据其类型自动填充,最后对夹层下面的正常层填 充; 若有多个夹层、异常段次,依次进行, 以保证层序和填充的正确 性。
• 三维模型图数据结构
如图，该模型中将三 维空间对象抽象成： 结点—点状地物、弧 段、线状地物、面状 地物、数字表面模型、 断面、影像、像元、 体状地物、数字立体 模型、体元、柱状地 物、复杂地物共13类 空间地物和位置坐标 1个数据结构
3 三维GIS数据模型在地质矿山中应 用分析Three-dimensional GIS data mode l analysis in geological mining application
3、GIS与盆地模拟
GIS simulation of basin • GIS 的许多空间分析功能可直接运用于 盆地模拟中，随着GIS的三维数据模型的建 立和不断完善，盆地的真三维模拟将实现 ，也使建立时空一体化的盆地演化和成藏 动力学模型成为可能，具有十分广阔的发 展前景。
2.4基于边界表示的三维矢量数据结构 Boundary representation of three-dimensi onal vector-based data structures
环系来伸 构。描到 成这述地边 、种一质界 环结个领表 由构研域示 边中究。通 组认区即常 成为域以用 、体体点于 边由， 三 包界并边维 含面建 几 起划立环何 点分空 造 、、间界型 终界拓面， 点面扑 可 。由关体引 — — — —
3.1 数据模型的应用 Application data model
采用什么样的三维数据模型来描述地质矿山现象应针 对各类现象的特点而异。应本着描述结构简单、具有拓扑 关系、满足一定的空间精度、便于处理与分析的原则。由 于地质矿山现象的复杂性，描述的数据模型比较复杂，目 前还未见一个真正满足地质矿山领域的基于三维数据模型 的三维GIS软件。可以相信，采用面向对象技术与方法来 分析研究适合地质矿山现象的三维GIS数据模型是未来的 趋势。
GIS在地质绘图中的应用
• 工程地质通常利用勘探、物探、试验和监测等工程技术手 段, 调查、分析和评价区域(又称勘察场区) 的地质、环 境特征、岩土条件等, 以获取定性和定量的结果, 并用专 题图、报表和文字报告表现
• 要求：将GIS 应用于工程地质制图, 关键要实现分析应用结果或原始 数据可视化表达与编辑, 如复杂地层的填充、地质符号与线型表达; 图面整饰; 注记和页面输出等关键问题。
2.5矢量与栅格集成的三维数据模型 Integrated 3D vector and raster data models
由于矢量、栅格的三维数据结构各有其特点。 对于许多空间现象单独用矢量数据结构或单纯用 栅格数据结构均不能有效地解决所有的问题。基 于矢量与栅格集成的三维数据模型，并采用面向 对象的技术对空间对象进行抽象，概括出矢量与 栅格一体化的三维空间数据模型
1 三维栅格结构是将研究空间划分成三维空间阵列， 这种结构无数据压缩，占用较大的存贮空间，计算速度慢， 因此它是过渡性的结构，通常在处理过程中作中间表示使 用。 2 八叉树是一种更为有效的表示体的方法，是二维四 叉树在三维上的扩展，它是分层次地将研究空间分成八个 大小相等的栅格（八分体），直到所有八分体的属性值为0 或1为止。 3 不规则四面体结构是不规则三角形结构（TIN）向 三维的扩充，它以四面体作为最基本的体元来描述物体。 在这种结构中以连接但不重叠的不规则四面体构成格网。 它既可以描述建筑物等规则物体，也可以表示矿体、地表、 地层等不规则物体。
2.1 基于面表示的数据结构 Face-based data structure represented
面结构
网格
面片
边界
形状
• 基于面表示方法的特点是借助微小的面单元或面 元素来描述物体的几何特征。
1 格网是描述物体表面最常用的一种数据结构，它将 研究表面划分成规则的格网，每个格网上有一个对应的 属性值（如高程）。 2 形状结构通过对象表面点的斜率来描述，基本元素 是表面上各单元所对应的法线向量。形状模型的一个重 要应用实例是借助形状的浓淡技术来进行表面模型的重 建。 3 面片结构是用不同形状的面片来表示物体的表面， 面片的形状有正方形、规则三角形和不规则三角形等。
等值线图
• 等值线图是利用勘察孔分层数据得到某一地层的厚度、层 底或层顶深度等特征, 进行空间插值计算, 生成特征相等 的连续的点, 自动连成光滑的曲线, 以表现地层的厚度( 深度) 分布等情况。 • 生成步骤： 首先获取具有相同地层特征的钻孔层底(顶) 的离散数据, 利用GIS 强大的空间分析功能, 自动成的TI N 或GRID 数据, 再转换成等值线数据, 只需在新图层上 显示等值线和高程、厚度等特征标注, 后面的工作就类似 制作平面图了。
一 地质矿山现象极其复杂，既包括地层，断裂，矿体 等天然地质体，也包括钻孔，巷道，采矿区等人工设施。 对于平面状的地层界面来讲，可以用其走向、倾向和倾角 产状数据来表示，但实际上地层界面往往不是稳定的平直 面，而是顺走向和倾向都会发生变化而形成的曲面。 二 为了从三维角度来描述、观察矿体的品位变化情况， 不能用常规的数字等值线图来描绘，而要用等值面来表示。 为此可以采用三维趋势面Three-dimensional trend surfa ce拟合方法实现矿体品位空间分布的描述。
• 柱状图是根据钻孔分层、原位测试数据以相对规范的图表表现勘察点 垂直方向上的地层分布及其岩土力学特征, 包括钻孔柱状图、静力触 探试验成果图、十字板剪切试验成果图、动力触探试验成果图四种
剖面图
• 工程地质剖面图是根据剖面线上所有钻孔的分层特征及原位试验数据 生成的垂直断面图件, 它可直观地显示出场区某一方向上地层、构造 、矿体变化和矿床成矿规律等。 • 基于GIS 制作剖面图, 是柱状图的扩展, 分三个步骤自动生成。 • 第一步：自动生成图名、图框、图例、垂直比例尺和水平比例尺、水 平标高线、坐标线、剖面线及编号等要素; • 第二步： 根据水平和垂直比例绘钻孔垂直线、每一层岩性花纹填充 、层底界线及高程、钻孔组合注记、地层标记、取样符号和标贯击数 等, 若有夹层、异常段次类似柱状图自动异常填充、标出层底和层顶 高程; • 第三步： 相同地层连线(包括地表) , 其主要难点是空间插值和复杂 地层判断连线。
2.2 基于体表示的数据结构 Based
on volumetric data structures
基于体表示的结构是用体信息代替面信息 来描述对象的内部。应用这些表示，物体的体信 息可以被表示、分析和可视化。这种表示有：
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