位置: 首頁 > 新聞 > 2018

六大三維城市地質建模難題,如何解決?

2018-08-29

城市地質作為傳統地質工作轉型發展的重要方向,備受業內人士關注。而當前城市地質問題的頻繁出現,也使得許多國家開始將地下空間作為三維城市規劃的重要組成部分。

20121121日,COST(歐洲科技合作)高官委員會通過“Sub-Urban”計劃,建立一個提高我們對城市地下理解和使用的歐洲網絡,希望借此能夠促進城市地質專家和城市地質知識的使用者之間更強有力的互動與交流。

20175月,該計劃對歐洲近4年的城市地質工作進行了總結。其中的《三維城市地下建模與可視化》報告提出了城市三維地質建模仍存在的6大問題,本文對其解決方法進行了探討。

·      一是充分認識城市地下空間的復雜性。由于不同城市的規劃對地質資料需求的詳細程度不盡相同,加之在城市中收集、獲取新數據存在一定困難性,要求地質工作者跳出傳統數據獲取來源(例如鉆孔、淺層地球物理),轉而更多地利用第三方數據。

·      二是人工堆積物和自然沉積物的小規模綜合3D屬性建模要求新的建模方法。歐登賽的綜合方法取得一定效果,但仍需在其它城市進行測試。

·      三是城市地下空間的特征和功能常常發生改變,要求城市地下空間建模保持更新,以便快速添加信息,并適應新的應用要求(如災害管理)。

·      四是建立一個基礎性的地質框架模型,作為城市各種專用模型的一個共同基礎,以節省成本。

·      五是開發動態(4D)城市地下空間模型,對地下屬性進行實時監測。

·      六是力促在合適的時間,按照恰當的形式,提供準確的城市地下信息,從而推動地下空間調查納入城市規劃和管理中。
注:上述內容摘自鄭人瑞,夏燁,周平《歐洲地質調查是如何支撐服務城市發展規劃的》

其實就目前的國內外地質建模技術,已經有一些創新性方法可以嘗試去解決其中的一些問題。希望在此與大家做一些探討。

一、該如何建立一個基礎性的地質框架模型,作為城市各種專用模型的一個共同基礎?而且該模型可以進行快速的更新,以便節省成本,快速添加信息,并適應新的應用要求?

若想解決以上問題,所建模型應具備以下特點:

1、多分辨率:從低精度到高精度。這樣才能滿足不同應用對不同網格精度的需求。

2、大規模整體模型,即一個城市一個模型,而不是成千上萬個小模型;


如果一個城市的模型是由一個個獨立的局部模型構成的,如上圖1234,那模型的后續應用與更新上就有了很大的局限性,只有目標區域在1的范圍內或是234的范圍內時才可以直接將模型進行使用。如果目標區域是5,無論是對5這個區域的模型進行更新或是下載應用,都沒辦法直接基于原有的1234模型進行操作。因為目前沒有一款建模軟件可以直接導入4個獨立的模型進行一體化的編輯。所以,一個大規模的整體模型是十分必要的。

3、支持局部模型更新與使用;

大規模整體模型需要支持模型的局部更新與使用,否則無法保持該模型一直處于最新的狀態,也無法支持任意區域模型的直接使用。

4、支持模型的離散化存儲;

若是以文件形式存儲模型,則無法支持任意局部模型數據的下載,從而無法進行局部更新或使用,通過離散化存儲則可滿足這一需求。

那如何建立一個滿足以上特點的模型?

在模型精度低的情況下,整體模型的建立很容易實現,但是所建模型并不支持局部更新與使用。而對于建立高精度模型,絕大多數都是以獨立的局部模型堆砌成整體模型,但局部模型之間并非無縫拼接,所以并非是真正意義上的整體模型,從而無法滿足跨局部模型區域的需求。

北京網格天地軟件技術股份有限公司(簡稱網格天地)獨創的地質構造與網格無縫拼接技術,采用局部建模的方式,然后通過無縫拼接技術將局部模型拼起來。這樣模型便沒有大小的限制,而且如果局部數據有更新的話,只需要下載目標位置進行更新,然后將新建的模型拼回整體模型,無需將整體模型重建。這樣既可以快速更新模型,使整體模型的構造與網格永遠保持最新的狀態,而且支持隨用隨下載,用哪兒下載哪兒的需求。

二、如何建立開發動態(4D)城市地下空間模型,對地下屬性進行實時監測?

若希望所建模型能用來對地下屬性進行實時監測,并可將監測到的屬性在模型上進行更新,則該模型需要滿足以下兩個特點:

1、該模型是網格模型

地下有各種地質體,地質體內部的物質組成情況和物理化學參數分布情況稱為地質體的屬性。地質模型是用來描述地下地質體的幾何形態以及地質體內部屬性分布情況的計算機模型。網格化技術可以自動地將具有復雜形態的地質體分解為一定數量的簡單幾何體,這些簡單幾何體稱為網格單元。

建立地質體的表面模型,可以描述地質體的幾何形態,卻無法描述地質體內部屬性分布的不均一性,也無法對地質體內部的各種物理化學過程進行屬性插值和數值模擬。

地質模型網格化后,只要為地質體中的每個網格單元賦值,就可以描述一個地質體的屬性在地質體內部分布的情況。基于網格,還可以對地下的各種物理化學過程進行數值模擬。所以,地質模型網格化是進行屬性監測與插值的關鍵技術。

2、模型使用的網格以順層截斷網格為最佳

常用的網格形式有多種,比如笛卡爾網格(立方體或長方體)、四面體網格、多面體網格等多種形式。

在地質模型中,地質體有復雜的形態、地質屬性的分布也具有強烈的各向異性。要求網格不能跨過地質體的邊界,網格在屬性變化快速的方向尺度小、在屬性變化較慢的方向尺度較大。這樣,在網格數目一樣的前提下,可以最大程度保證屬性模型的準確性。

笛卡爾網格是規則的,在傾斜的地質體的界面處必然會出現鋸齒效應,極大的降低精度,網格方向也是水平和垂直的,對于傾斜的地層,無法滿足屬性模型強烈的各向異性的要求。所以,笛卡爾網格在地質模型中是不可取的。



采用笛卡爾網格建立的地質模型示意圖

順層截斷網格是一種比較好的選擇,這種網格在順著地層的方向尺度較大,在垂直于地層的方向尺度較小,可以很好的滿足各向異性的要求。在出現地層尖滅、侵入和斷裂的位置,可以被地質體的界面截斷,避免出現跨過地質界面的網格,在同等網格數量下,可以極大地提升描述地質體幾何形狀和屬性分布的精確度,是一種非常好的網格形式。目前順層截斷網格已經被中國地質調查局Geo3DML地質模型信息標準所采用。網格天地公司的“深探地學建模軟件”已具有成熟的生成順層截斷網格的技術。

采用順層截斷網格建立的地質模型示意圖

通過15年的研發與實踐積累,網格天地自主研發了地質建模與網格化技術,并中標透明地下雄安的地質建模項目。

本文章亦在地質行業權威公眾號桔燈勘探發布:https://mp.weixin.qq.com/s/NlUDRKeecCkxAyNkqr9uvw


?2016 GridWorld. All rights reserved. 京ICP備05027389號  
申請免費試用
三維地質建模-網格化服務-北京網格天地軟件技術股份有限公司
河北快三走势图旧版