Método de modelado tridimensional de cuerpos geológicos

Según el análisis de una gran cantidad de literatura de investigación nacional y extranjera sobre modelado espacial tridimensional, actualmente existen cuatro tipos principales de métodos de modelado: métodos de modelado basados ​​en volumen, métodos de modelado basados ​​en superficie, Métodos de modelado híbridos (Tabla 1-1) y métodos de modelado de peso genéricos.

Tabla 1-1 Clasificación de los métodos de modelado espacial 3D

1. Método de modelado basado en volumen

El modelo de volumen se basa en segmentación de vóxeles y en tiempo real. Modelado en espacio 3D Expresión de entidad 3D, los atributos de los vóxeles se pueden describir y almacenar de forma independiente, por lo que se pueden realizar operaciones y análisis en el espacio 3D. El modelo de vóxel se puede dividir en tipos tetraédricos, hexaédricos, prismáticos y poliédricos según el número de caras del vóxel. También se puede dividir en modelos de vóxel regular y poliédrico según la regularidad del vóxel. Elementos corporales irregulares. Los métodos de modelado son los siguientes:

(1) Modelado de bloques regulares;

(2) Modelado de geometría sólida estructural (CSG);

(3) 3D modelado de vóxeles

(4) Modelado de octárbol

(5) Modelado de agujas

(6) Modelado de cuadrícula tetraédrica (TEN);

(7) Modelo piramidal (Pyramid);

(8) Modelado de prisma triangular (Tri-Prism, TP);

(9) Modelo geocelular;

(10) Modelado de bloques irregulares;

(11) Modelado sólido (sólido);

(12) Modelo de diagrama de Voronoi 3D;

(13 ) Modelado de prismas triangulares generalizados (GTP).

2. Método de modelado basado en superficies

El método de modelado basado en el modelo de superficie se centra en la representación superficial de entidades espaciales 3D, como superficies del terreno, capas geológicas, estructuras (edificios). ) y el esquema y marco espacial de las obras subterráneas. La superficie simulada puede estar cerrada o no cerrada. El modelo TIN basado en puntos de muestreo y el modelo Grid basado en interpolación de datos se usan generalmente para simulación de superficies no cerradas, mientras que el modelo B-Rep y el modelo Wire Frame se usan generalmente para superficies cerradas o simulación de contornos externos. Los modelos de sección, los modelos híbridos Sección-TIN y los modelos DEM multicapa se utilizan comúnmente en el modelado geológico. La ventaja de formar un contorno de objetivo espacial 3D a través de la representación de la superficie es que es fácil mostrar y actualizar datos. La desventaja es que es difícil realizar consultas y análisis espaciales 3D debido a la falta de descripción geométrica 3D y registros de atributos internos. El método de modelado es el siguiente:

(1) modelo TIN y Grid;

(2) modelo de representación de límites (B-Rep);

(3 ) Modelo de marco de alambre lineal;

(4) Modelo de sección;

(5) Modelo híbrido de triangulación de sección;

(6) Modelado DEM multicapa .

3. Método de modelado híbrido

El método de modelado basado en el modelo de superficie se centra en la representación superficial de entidades espaciales 3D, como superficies del terreno, capas geológicas, etc., y formas. Objetivos 3D a través de representación de superficie. La ventaja del contorno espacial es que es fácil mostrar y actualizar datos, pero la desventaja es que es difícil realizar análisis espaciales. El método de modelado basado en el modelo de volumen se centra en la representación general de los límites y el interior de entidades espaciales 3D, como estratos, cuerpos minerales, cuerpos de agua, edificios, etc., y realiza la representación espacial de objetivos 3D a través de la descripción de La ventaja del cuerpo es que es fácil realizar operaciones y análisis espaciales, pero el espacio de almacenamiento es grande y la velocidad de cálculo es lenta. El propósito del modelo híbrido es combinar las ventajas de los modelos de superficie y los modelos de volumen, así como las ventajas de los vóxeles regulares y los vóxeles irregulares, y aprender de las fortalezas de cada uno. Incluye principalmente los siguientes métodos de modelado híbrido:

(1) modelado híbrido TIN-CSG;

(2) modelado híbrido TIN-Octree;

( 3 ) Modelado híbrido Wire Frame-Block;

(4) Modelado híbrido Octree-TEN;

(5) Modelado híbrido GTP-TEN.

4. Método genérico de modelado de peso

Chen Shuming cree que en el campo tridimensional de la geología, el análisis tridimensional de los recursos minerales y el petróleo es relativamente simple. Geología de ingeniería El análisis tridimensional de la hidrogeología es más complejo. Por ejemplo, en los campos de la geología, los minerales y el petróleo, el método kriging se puede utilizar básicamente para el análisis. Sin embargo, para el análisis de geología e hidrogeología de la ingeniería, el método kriging. Básicamente no es factible. Él cree que actualmente existen tres tipos principales de algoritmos de reconstrucción geológica tridimensional, a saber, el método de formación de perfiles, el método directo de punto-superficie y el método de análisis topológico. Basado en la aplicación integral de probabilidad y estadística, redes neuronales difusas, interpolación, integración y otras teorías, se construyó un nuevo algoritmo (al que llamó algoritmo de "peso general"). La idea central es que puede manejar cualquier M-. Los límites continuos dimensionales y no lineales se pueden reconstruir y analizar, y la influencia de varios factores de fondo complejos se puede simular de manera acoplada.

(1) Método de formación de secciones. La idea básica del método de formación de perfiles es generar una gran cantidad de perfiles geológicos y luego aplicar métodos de construcción de superficies (método de superficie de tendencia, tecnología de generación DEM) para generar varios niveles para expresar el cuerpo tridimensional. Un ejemplo típico de esta idea es el software extranjero de análisis geológico tridimensional GEOCOM. Los pasos específicos de la solución son los siguientes:

①Recopilar y organizar datos geológicos originales y llevar a cabo una estratificación integral y en columnas;

②Establecer una base de datos multiparamétrico del espacio geológico;

③Con base en los datos anteriores, se utiliza la plataforma de software de generación de perfiles geológicos interactivos artificiales, junto con la intervención manual de expertos para generar varios perfiles geológicos espaciales;

④Según la distribución estratigráfica de cada perfil calculado Como resultado, con la intervención de expertos y el control de parámetros analíticos, se generan diversas superficies geológicas

⑤Establecer una base de datos de marco de superficie espacial estratigráfica;

⑥Aplicar un sistema geológico tridimensional; Plataforma de visualización, basada en el espacio estratigráfico. La base de datos del marco de superficie y la base de datos multiparamétrica del espacio geológico se utilizan para realizar visualización geológica tridimensional, análisis de corte tridimensional, cálculo de volumen cuadrado y otras funciones.

(2) Método del punto directo. La idea básica del método de superficie y punto directo es superponer directamente y de manera efectiva los datos dispersos originales y aplicar directamente el método de construcción de superficie (método de superficie de tendencia, tecnología de generación DEM) para generar cada nivel de acuerdo con la elevación de cada nivel. Por ejemplo, el software extranjero de análisis geológico tridimensional ROCKWARE es un ejemplo típico de esta idea. Los pasos de la solución son básicamente los mismos que los del método de formación de secciones, excepto que no hay el paso 3) a continuación. Sin embargo, la tecnología de generación de la superficie de la formación es más difícil que la anterior.

(3) Método de análisis topológico. La idea básica del método de análisis topológico es construir cuerpos geológicos basándose en puntos discretos en varios niveles y analizando las relaciones topológicas espaciales de estos puntos. En la actualidad, el análisis topológico utiliza básicamente modelos de hexaedro, tetraedro o tetraedro de Delaunay. Es esencialmente lo mismo que el método de formación de secciones y el método directo de superficie puntual. Todavía comienza desde puntos discretos para construir la capa geológica.