含褶皱的地质剖面图的自动绘制方法研究
  • 【摘要】

    信息时代的到来促使计算机自动化技术快速发展,并迅速渗透到包括地学领域在内的各行各业中,地学领域内各种信息系统软件的出现取代了使用手工记录和处理地学信息的传统方法,而计算机辅助设计在地学工程领域的应用,不仅大大的节省了工程设计人员复杂繁琐的设计时间,提高了工作效率,还提高了地学数据计算的精确度,工作方式上质的转变从而也加快了地学行业的发展。
       工程地质剖面图是工程地质勘察报告中图件组成之... 展开>>
    信息时代的到来促使计算机自动化技术快速发展,并迅速渗透到包括地学领域在内的各行各业中,地学领域内各种信息系统软件的出现取代了使用手工记录和处理地学信息的传统方法,而计算机辅助设计在地学工程领域的应用,不仅大大的节省了工程设计人员复杂繁琐的设计时间,提高了工作效率,还提高了地学数据计算的精确度,工作方式上质的转变从而也加快了地学行业的发展。
       工程地质剖面图是工程地质勘察报告中图件组成之一,所反应的是地质工程中给定方向的断面内的地质情况,是研究地质体空间变化性的重要基础图件、是地质体在垂直方向上最直观最有效的表达方式。传统的地质剖面图往往都是由专业地质人员通过使用数据资料和精确计算以手工方式绘制而成,近些年来,随着计算机技术的发展,利用计算机自动绘制剖面图的技术方法也引起了越来越多的技术人员的关注,从早期的以钻孔柱状图为前提,利用提取钻孔数据信息绘制的剖面图的方法,到刘刚等(1999)提出的参数化设计概念,再到方世明(2002)等提出的利用剖面线与岩层面相交所获取的点进行插值构线的方式来生成剖面连接的方法,以上这些方法的不断改进,使得计算机自动绘制剖面图的技术日益成熟和简单化,但是这些方法在实际应用中或多或少还存在着一些问题,大部分绘制方法主要考虑的是简单规则的地质条件下的图形生成,不能适用于实际复杂不规则的地质形态,如遇到复杂断层、褶皱、不整合接触面、透镜体以及地层倒转、盐丘等特殊地质现象,通常需要在计算机自动绘制的基础上结合人工干预的方式来完成,怎样才能准确、快速的实现某一特殊地质形态下的计算机自动绘制而又尽可能最大化的减少人工干预,成了急待需要解决的问题。
       本文通过对褶皱形态进行几何分类,在对简单地质条件下剖面图自动绘制方法进行研究的基础上,加入主要针对协调褶皱构造的实现方法,以提高计算机自动编绘剖面图的能力,从而为地质灾害应用领域提供更好的服务,更好的满足实际应用需求,对进行资源和工程地质勘探具有重要的意义。
       本文是以三峡灾害立体地质图信息系统项目为研究基础和依托,三峡灾害立体地质图信息系统来源于三峡库区地质灾害预警指挥系统建设课题。三峡库区地质灾害预警指挥系统灾害地质立体图软件开发及图库建设项目是三峡库区地质灾害预警指挥系统建设重要组成部分,是依据国家发展与改革委员会批准的“三峡库区三期地质灾害防治监测预警工程崩塌滑坡专业监测系统和预警指挥系统专项”及资金投资计划而开展的建设工作。三峡库区地质灾害预警指挥系统及灾害地质立体图软件是由中国地质大学(武汉)信息所开发建设的,本课题的研究也是以中国地质大学(武汉)信息所开发的QuantyView为基础平台进行的。
       在对前人的研究成果进行分析的基础上,本系统拟采用GIS为二次开发平台,以ORACLE为管理数据库的方式进行开发,其中,针对本系统中关于褶皱地形的剖面图显示不够平滑且效率不高的难题,特别加入计算机绘制贝塞尔曲线的方法进行解决。由于本课题是以三峡灾害立体地质图信息系统项目为研究基础和依托的,是在原有系统功能的基础上进行的扩展,所以为了能更好的集成到原有系统中,故采用插件加控件集成的形式,使得整个系统的结构更加灵活、方便、有效。
       本文在对前人的成果进行分析的基础上,从图形质量和效率的角度出发,对含褶皱的地质剖面图中褶皱曲线的显示方法进行了改进。
       主要完成以下三个方面的工作:
       1.根据褶皱面形态的相互关系和褶皱层的厚度的变化对褶皱进行形态分类。
       本文结合褶皱形态的分类情况,主要完成了协调褶皱几何关系下的剖面图自动绘制研究,特别是针对相似褶皱中各点曲率不同的情况,采用了兰姆塞分类中的构造岩层上下分界面上相同倾斜点的连线作为等斜线来进行曲率反映,利用翼部岩层厚度与枢纽部位厚度的比值来反映岩层的厚度,很好的解决了平行褶皱和相似褶皱的计算机自动绘制。
       2.利用计算机绘制贝塞尔曲线的方法绘制褶皱区域的剖面图。
       与一般的岩层结构的剖面相比,褶皱剖面的图形是由一系列连续的起伏曲线组成,在传统的利用计算机绘制褶皱剖面时,通常采用传统线段插值的方式生成曲线,往往会造成曲线的光滑度不高,本系统中采用计算机绘制贝塞尔曲线的方法,保证了褶曲部分曲线绘制的效果。同时,采用矢量图元拆分和B样条曲面拟合的方式很好的解决了剖面图填充花纹随褶曲变化的难题。
       3.实现利用插件集成控件的方式保证图形质量和效率。
       传统方法绘制褶皱剖面图填充不规则曲线花纹时,生成的图形精度不高,运行的效率低;或者是效率很高,但是图形的光滑度却不够,很难将二者兼顾起来,为解决以上问题,本文采用剖面图绘制插件集成褶皱剖面绘制控件的方式,在不占用速度的情况下保证了填充图形的光滑度。
       上述提出的含褶皱的地质剖面图的自动绘制方法,已经通过对多条经过褶皱地形的剖面线进行验证。已经初步表明该方法能够满足协调褶皱形态下绘制剖面图的需求。
       本课题的创新点主要表现在如下两个方面:
       (1)以Visual C++开发语言和OpenGL开发平台相结合的方式,开发了褶皱剖面图自动绘制控件,在兼顾效率和图形质量的情况下,由主程序对插件进行调用的形式不影响系统资源的占用;
       (2)以B样条曲面的形式采用封闭区域散点参数化后,采用迭代拟合的方式实现了岩性花纹按照褶曲弯曲的方式填充的技术。
       本项研究由于时间仓促,虽然取得了一定的成果,但还有许多需要改进之处。如遇到多条跨褶皱区域的剖面线同时运行时,需要同时出现不同的填充花纹,速度就会变得较慢。因此,今后需要在此基础上进行算法改进以提高效率。此外,本文提出的含褶皱的剖面图绘制解决方案是以GIS为开发平台的,这使得褶皱剖面图绘制离不开GIS平台的支持,对于野外工作时携带的简单绘图机器有一定的速度影响,所以开发出一套不依赖于GIS的自动绘制褶皱剖面图的独立系统,对于实际工作应用是很有必要的。
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  • 【作者】

    雷志娟 

  • 【学科专业】

    地质工程

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    中国地质大学(武汉)

  • 【导师姓名】

    孔春芳

  • 【学位年度】

    2011

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    褶皱形态  地质剖面图  自动绘制  工程地质勘探