¿Modelado tridimensional y visualización de la ingeniería geológica?
¿Qué incluye exactamente el modelado 3D y la visualización de la ingeniería geológica? La siguiente es la respuesta para su referencia de Zhongda Consulting and Bidding Teachers.
1 Introducción
Los sistemas de información geográfica (SIG) existentes expresan principalmente gráficos bidimensionales e información de atributos de las características de la superficie. Es necesario extenderlos a verdaderos sistemas tridimensionales, incluidos los geológicos subterráneos. Aún existen lagunas en los sistemas de información geológica. Un gran proyecto de ingeniería geológica a menudo acumula una gran cantidad de datos geológicos desde la etapa de estudio de viabilidad, la etapa de diseño preliminar hasta la etapa de diseño detallado e incluso hasta la etapa de construcción y operación del proyecto. Se utilizan gráficos e imágenes de modelos tridimensionales para expresar y explicar. datos tan grandes, como Es mucho más efectivo confiar únicamente en métodos tradicionales como bases de datos, gráficos y dibujos. Establecer un modelo tridimensional de un cuerpo geológico de ingeniería, procesar la relación entre las interfaces de las capas de roca y los planos estructurales y reflejar de manera realista la imagen general de las principales estructuras geológicas subterráneas proporcionará un nuevo método para que los geólogos de ingeniería analicen y estudien los fenómenos geológicos de ingeniería. y descubrir y comprender las leyes estructurales de los cuerpos de rocas y suelos. Medios y métodos de investigación.
La investigación en el extranjero sobre visualización y modelado geológico 3D se está desarrollando rápidamente. MicroLYNX, un software de análisis y modelado tridimensional lanzado por Apollo Technology Group de Canadá, procesa datos espaciales como muestreo de puntos discretos, muestreo de perforación y muestreo de zanjas para generar modelos como perfiles, bloques y superficies para determinar la distribución y los cambios de ley. de depósitos minerales y calcular reservas minerales. El software Gemcom desarrollado por Gemcom Software International Inc. de Canadá utiliza datos como perforaciones, puntos, polígonos, etc., y utiliza herramientas prácticas de generación y edición de gráficos para mostrar la distribución de perforaciones. Utiliza redes de triangulación irregulares para establecer la superficie y. modelos sólidos y utiliza múltiples Define los límites de formaciones rocosas cerradas y cuerpos minerales para análisis de reservas y leyes, proporciona funciones de operación interactivas y permite a los usuarios delinear modelos geológicos basados en su propia experiencia y conocimiento experto, y realizar cortes y observaciones de secciones arbitrarias. en cualquier ángulo y la intersección de entidades y entidades o entidades y superficies, operaciones de corte y booleanas, etc. El software extranjero está dirigido principalmente a la ingeniería minera y puede satisfacer mejor las necesidades de exploración y evaluación de recursos minerales, diseño y planificación de minas subterráneas y tajos abiertos, gestión de recursos minerales y gestión de la producción minera en actividades de ingeniería minera. El software de modelado 3D popular, como 3D Studio MAX desarrollado por Kinetix Company de los Estados Unidos, Maya desarrollado por Alias/Wavefront Company y Softimage desarrollado por Microsoft Corporation, tienen sus propias características únicas en la construcción de modelos industriales y arquitectónicos y en la producción de animaciones, pero consultas interactivas. son La función es débil y todavía queda un largo camino por recorrer en términos de combinarla con la base de datos de estudios de ingeniería y aplicarla al modelado geológico de ingeniería tridimensional.
Zhang Juming y otros llevaron a cabo una investigación en profundidad sobre la visualización de información geológica, como la distribución de zonas meteorizadas, estratos multicapa y la expresión y visualización de estratos de rocas dislocadas por fallas, preparándose para el desarrollo de la ingeniería. Software de visualización tridimensional de geología. Fundamentos de matemáticas y con la ayuda de la plataforma AutoCAD, se realiza la visualización de gráficos geológicos tridimensionales complejos. El software nacional del sistema de información geográfica Lingtu VRMap tiene potentes funciones de simulación del terreno y consulta de características de la superficie, pero no es una verdadera herramienta de modelado geológico tridimensional. Beijing Oriental Titan Technology Co., Ltd. desarrolló el software de modelado tridimensional TITAN basado en la idea del modelado de marcos, que utiliza datos de secciones paralelas o básicamente paralelas para establecer un verdadero modelo sólido tridimensional de objetos de formas complejas. Sin embargo, actualmente es solo un modelado tridimensional preliminar con motores de procesamiento de gráficos, cuando se dirige a carreras específicas, es necesario agregar o ampliar módulos profesionales, como módulos profesionales de ingeniería geológica.
Al observar el estado actual de la investigación y el desarrollo de varios software en el país y en el extranjero, se ha sentado una buena base técnica para el modelado 3D y la visualización de la ingeniería geológica y se ha proporcionado una valiosa experiencia de desarrollo. Sin embargo, el modelado de cuerpos geológicos y el análisis visual de la ingeniería geológica no son muy específicos y no pueden satisfacer bien las necesidades funcionales profesionales de la producción e investigación de la ingeniería geológica. Por lo tanto, este artículo comenzará analizando las cuestiones técnicas clave del modelado y visualización tridimensional de la geología de la ingeniería, y describirá brevemente el desarrollo preliminar del autor y los resultados de la investigación en el modelado y la visualización tridimensional de la geología de la ingeniería.
2 Análisis de cuestiones técnicas clave 2.1 Interpolación y ajuste de datos discretos
Diversa información geológica en cuerpos geológicos complejos de ingeniería geológica, incluida la topografía superficial, los niveles de agua subterránea, las interfaces estratigráficas y Las fallas, las uniones, la distribución de las zonas erosionadas, los cuerpos intrusivos y diversos parámetros físicos y mecánicos de la geofísica, la geoquímica, los cuerpos de rocas y suelos o isosuperficies (líneas) de datos, etc., pueden considerarse funciones en el espacio tridimensional, y sus pseudo La función compuesta debe establecerse en base a datos reales de la encuesta. Cuanto más ricos sean los datos medidos, más fielmente podrán representar la distribución espacial de esta información. La generación de gráficos de superficie de un solo valor para datos de medición de topografía de superficie, información de medición de profundidad del nivel del agua subterránea, etc. se puede atribuir a la interpolación y ajuste de datos discretos de doble variable independiente para superficies de múltiples valores, como pliegues invertidos e isosuperficies espaciales. Se deben utilizar parámetros múltiples. Interpolación de variables y otros métodos más complejos. La función de interpolación de superficie espacial tiene los siguientes métodos de construcción, como el método de ponderación inversamente proporcional a la distancia (método de Shepard), el método de interpolación de la función de base radial (método multicuadrácrico) [3], el método de interpolación de la teoría elástica del plano, etc. también son adecuados para un único estrato continuo La distribución de interfaces, datos de exploración geofísica, datos de exploración geoquímica y parámetros físicos y mecánicos de cuerpos de roca y suelo en el espacio del cuerpo geológico.
2.2 Estructura de datos tridimensionales
Los cuerpos geológicos de ingeniería son generalmente formas irregulares. En los gráficos por computadora, las curvas y superficies siempre se simulan a través de muchos pequeños segmentos de línea recta y pequeñas aproximaciones de superficies triangulares. Los límites de la litología de los estratos y las superficies de las formaciones rocosas, es decir, las interfaces de las formaciones rocosas (y los límites de las capas geológicas, como las curvas superficiales y los niveles de agua subterránea) y las superficies curvas de las formaciones rocosas, son conjuntos de muchas líneas rectas diminutas y superficies triangulares diminutas, respectivamente. La estructura de datos espaciales tridimensionales de los cuerpos geológicos es la base para el modelado y la visualización tridimensionales de la ingeniería geológica, que requiere una estructura de datos tridimensionales jerárquica efectiva para garantizar la realización de la interacción y consulta entre humanos y computadoras.
2.3 Intersección de superficies
Existe una gran cantidad de capas diversas en el cuerpo geológico cuando existen discordancias estratigráficas, fallas que cortan las capas de roca, pinch-out estratigráfico y. agua subterránea expuesta en la superficie del valle, etc. Cuando, naturalmente encontrará el problema de la intersección entre superficies; el límite superior del modelo tridimensional del cuerpo geológico es la superficie de la superficie y la capa de roca o el nivel del agua subterránea ajustada; A través de métodos matemáticos no debe exceder la superficie de la superficie, es decir, la parte sobrante no debe mostrarse. Del mismo modo, cuando se muestran varias capas de estratos, cada capa inferior debe estar delimitada por la capa superior. Por lo tanto, para visualizar interfaces estratigráficas es necesario resolver el problema de intersección de planos estratigráficos con superficies, planos de falla y otros planos estratigráficos. Por otro lado, al dibujar una sección, el límite geológico se dibuja mostrando la línea de intersección entre la sección (plano) y varias interfaces geológicas (superficies curvas). Por lo tanto, la intersección de superficies incluye dos tipos de problemas: la intersección entre interfaces geológicas (niveles) y la intersección entre interfaces y perfiles geológicos.
2.4 Análisis de estructura topológica tridimensional
Desde un punto de vista geológico, la topología es una tabla de relaciones entre objetos geológicos. La tabla de topología almacena los superpuestos, subyacentes y que se cruzan (subyacentes). ) capas entre capas. La expresión topológica de los estratos después del corte de fallas) y otras relaciones estratigráficas y relaciones de posición espacial geológica. La topología también puede verse como una estructura de datos que permite almacenar racionalmente estas relaciones geológicas. Por ejemplo, considerando múltiples capas de estratos, la superficie inferior de la capa de roca anterior y la superficie superior de la siguiente capa de roca adyacente son las partes comunes o límites compartidos de las dos entidades de las capas de roca superior e inferior. La relación topológica entre. son relaciones adyacentes e idénticas, al almacenar datos, solo se almacena la superficie inferior de la capa de roca anterior o la superficie superior de la siguiente capa de roca adyacente, es decir, la superficie límite de las capas de roca adyacentes se puede almacenar como una superficie estratigráfica. , lo que reduce en gran medida la cantidad de almacenamiento de datos. La evaluación de las ventajas y desventajas de un sistema de modelo geológico a menudo depende de la estructura topológica utilizada para describir los objetos geológicos [4].
2.5 Tecnología de visualización
La visualización de cuerpos geológicos complejos en geología de ingeniería consiste en utilizar tecnología informática para convertir datos obtenidos de estudios de ingeniería en formas espaciales intuitivas de estructuras geológicas subterráneas que faciliten el análisis interactivo. Los diagramas tridimensionales y los gráficos transversales se basan en la visualización de datos de ingeniería y datos de medición [5]. La tecnología de visualización se puede utilizar para construir estratos de roca y planos estructurales que desempeñan un papel clave en la estabilidad de fallas de los bordes y la deformación y daño de las cámaras subterráneas en ingeniería geológica a partir de enormes datos de estudios geológicos, y mostrar su rango, dirección y relaciones de intersección para ayudar a los geólogos de ingeniería a tomar decisiones. interpretaciones correctas de datos sin procesar y luego brindan soporte para la toma de decisiones para problemas específicos en el análisis de ingeniería geológica.
3 Desarrollo preliminar y aplicación de la tecnología de visualización tridimensional en ingeniería geológica 3.1 Diagrama de bloques de investigación
El diagrama de bloques de investigación del modelado tridimensional y visualización de cuerpos geológicos complejos en ingeniería geológica se muestra en la Figura 1.
Basado en la idea de interpolación y ajuste de datos de muestreo discretos, es decir, convertir datos discretos en curvas y superficies continuas, el proceso de modelado tridimensional y visualización de cuerpos geológicos complejos en ingeniería geológica es extraer varias características geológicas de la base de datos de exploración. La posición de coordenadas de la información y los parámetros físicos y mecánicos de la masa de roca y suelo se obtienen a través de diferentes funciones de ajuste e interpolación para obtener una visualización gráfica por computadora tridimensional de la capa geológica ( superficie) y entidades geológicas, expresando la ley de distribución de la información geológica en el área de estudio. Después de generar capas de roca geológica y entidades geológicas, el modelo establecido se puede observar desde cualquier ángulo y se pueden generar secciones verticales en función de la tendencia, inclinación y ángulo de inclinación de la sección especificada.
3.2 Desarrollo y aplicación preliminares 3.2.1 Gestión de bases de datos espaciales de levantamientos de ingeniería
Después de recopilar y clasificar los datos del levantamiento en el sitio, introdúzcalos en cada tabla de subdatos del levantamiento espacial. Base de datos de un determinado proyecto hidroeléctrico en el río Jinsha. La tabla de datos no solo incluye datos de ubicación de información geológica, sino que, lo que es más importante, proporciona datos de atributos.
Tomando la tabla de datos de litología de la formación como ejemplo, es necesario ingresar el número de pozo, la profundidad inicial de la formación rocosa, la profundidad final de la formación rocosa, el espesor de la capa, la litología (nombre de la formación), la formación. código (edad de formación) y tendencia de formación, tendencia de formación rocosa, ángulo de inclinación de formación rocosa, relación de contacto, descripción geológica y otros datos. A medida que avanza el estudio de ingeniería, los datos del estudio se pueden modificar, complementar y gestionar fácilmente. La Figura 2 es la interfaz de gestión de la tabla de datos del sistema estratigráfico del pozo en la base de datos de estudios de ingeniería.
3.2.2 Exploración tridimensional
Dibuje la cuadrícula de la superficie de la margen derecha del área del sitio de la presa mediante el ajuste y la interpolación de datos discretos, como coordenadas de orificios y datos de medición (Figura 3). ), y luego se puede realizar la navegación y observación en realidad virtual en un entorno gráfico tridimensional (Figura 4).
3.2.3 Mapa geológico tridimensional
Utilizando datos de estudios de ingeniería, se estableció un mapa geológico tridimensional de la margen derecha del área del sitio de la presa. La combinación litológica estratigráfica de arriba a abajo en el área del sitio de la presa es: depósitos de colapso de taludes cuaternarios, lutitas del Jurásico, lutitas limosas, limolitas arcillosas y el sistema del Triásico Superior, en capas gruesas a extremadamente gruesas y areniscas de grano fino a medio, de finas a medianas. gasa en polvo y limolita en capas de espesor medio en el Sistema Triásico Superior, arenisca medio gruesa en capas de espesor medio a grueso en el Sistema Triásico Superior. El mapa tridimensional obtenido a través de datos limitados de estudios de ingeniería puede cumplir mejor con la precisión de la geología de la ingeniería. La Figura 5 muestra el mapa geológico tridimensional de la margen derecha del área del sitio de la presa.
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