基于某gtp地三维地质模型空间剖切方法研究

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1、标准实用文案基于GTP的三维地质模型空间剖切方法研究收稿日期：2014年5月24日基金项目：江苏省高校自然科学研究重大项目[10KJA170028]作者简介：马钧霆（1987-），男，安徽宿州人，博士研究生，研究方向：三维GIS建模与可视化。E-mail:515816841@qq.com通讯作者：陈锁忠（1964-），男，江苏丹阳人，教授，博士生导师，研究方向：地学应用模型与GIS集成，科学计算可视化。Email:09153@njnu.edu.cn马钧霆，陈锁忠，何志超，戴金晖（南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室，南京210023）摘要：广义三

2、棱柱（GTP）是近年来提出并被广泛应用于三维地质建模领域的一种较为成熟的空间数据模型。可以满足大多数基于地质钻孔数据进行三维地质建模工作的应用要求。然而现有针对GTP模型的三维空间剖切分析方法，存在无法适用于偏斜钻孔数据所建三维地质模型高效多次任意剖切、不能支持较为复杂的地质模型空间分析的问题。本文通过对GTP剖切算法改进研究，提出了采用动态四面体剖分法减小数据冗余；鉴于GTP形态较为复杂，可对剖切后保留多面体进行拓扑关系的重组，解决任意多次剖切问题；将多次“面-体”形式的单剖切运算组合为一次“体-体”形式的复合剖切运算的方法，可以高效实现对三维地质

3、模型空间分析。本文着重面向GTP体元的多重任意切剖平面的剖切问题，在分析了GTP体元特征的基础上，给出了一种解决方法，弥补了三维地质建模领域中对GTP体元任意、多重剖切方法研究的不足。应用实例表明，上述改进算法可以提高GTP剖切计算速度，并能够快速实现巷道掘进模拟以及空间开挖模拟等复杂的空间分析功能。关键词：广义三棱柱；四面体剖分；空间剖切；空间分析中图分类号：TP319文献标识码：A引言对地质体进行三维建模以及可视化可以准确而直观地反映出复杂的地质体结构与空间分布特征，近年来众多学者针对不同地质现象，进行了大量的研究与实验，提出了很多三维建模理论与

4、方法[1-6]。然而为了能够清晰地展现地质模型的内部细节，最大限度地增强地质分析的直观性和准确性，还有必要研究对三维地质模型进行空间分析的方法。空间剖切是进行空间分析的核心操作，三维地质模型剖切实现算法是3D地理信息系统领域研究的热点[7-9]漏引文献[9]。目前对地质模型进行空间剖切主要有两种思路：一种是将对地质体模型的剖切分解成对地质体表面模型的剖切，如洪雄[10]等提出了一种三角面片序列法，实现了对基于似三棱柱（ATP）的地质模型的任意切面剖切；梁师俊[11]等提出了引入虚拟钻孔和切剖面作为约束条件重建地质层面TIN模型的方法，实现了对地质模型

5、的竖直切面的剖切操作；明镜[12]等研究了基于TIN数据表达的三维地质体折切面剖切的算法。另一种思路是对特定的空间数据模型设计相应的剖切算法，如张煜[13]等分析了对标准三棱柱（TP）体的5种切割方式，并提出了对TP的多重剖切的应用；程朋根[14]等提出了考虑到对称性与侧面四面形凸凹性的似三棱（ATP）柱体的8种剖切类型；李长春[15]等提出了未考虑钻孔偏斜的广义三棱柱（GTP）模型空间剖切的18种类型，并设计了地质模型的剖切算法和剖切求解流程。文档标准实用文案以上两类方法分别结合各自的研究与应用实际，从不同角度解决了地质模型的剖切问题。其中第一类方

6、法计算量较大，时间较长，在工程实际中的应用效果不如第二类。但第二类方法主要侧重于研究切面对空间数据模型的单次剖切方法，未考虑到对空间数据模型的多次剖切、以及较少考虑存在钻孔轨迹偏斜的情况，因而往往无法满足更为复杂的空间分析的要求，针对GTP多次剖切，李长春[15]等认为应对GTP剖切后保留下来的多面体进行重组以维持构模数据结构的一致性，然而给出的重组方式基于GTP的形态特征且未考虑钻孔存在偏斜的情况，仍存在无法支持形态较为复杂的GTP剖切，以及满足不了任意平面的多重剖切等问题。基于上述情况，本文选取GTP空间数据模型作为研究对象，在借鉴了前人在GTP

7、空间剖切方面的研究成果的基础上，对以往剖切的算法进行改进，提出了一种新的可以支持多次任意剖切的GTP重组方式，并进一步设计了一种复合剖切算法，实现了三维地质模型的空间开挖和巷道掘进模拟等较为复杂的三维空间分析功能。1GTP数据模型的剖切与重组1.1GTP模型的四面体动态剖分广义三棱柱（GTP）[16-17]空间数据模型是针对地质钻孔尤其是存在钻孔偏斜的深层钻孔而提出的一种真3D空间数据模型，它的侧面可以不是一个平面，不受三棱柱棱边平行限制，在构模方式上较为灵活，适用于较为复杂的地质体建模。王彦兵，车德福[18-19]等在总结了GTP构模特点的基础上，

8、分析了GTP模型在进行空间剖切时存在的缺陷，论证了将四面体（TEN）作为辅助元素引入GTP模型中的必要性，认