第４ｌ卷第１２期 ２ ０ １ ５年４月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ 山 西 建 筑 Ｖ０１．４１ Ｎｏ．１２ Ａｐｒ． ２０１５ ・５５・ ・岩土工程・地基基础 文章编号：１００９．６８２５（２０１５）１２－００５５－０２ 基于ＡｒｃＧＩＳ的三维地层建模方法 刘林贵摘刘高扬 ２０００９２） （同济大学土木－１－程学院，上海要：基于多层ＤＥＭ地层建模思路，总结了在ＡｒｃＧＩＳ中利用钻孑Ｌ数据生成地层分界面ＴＩＮ模型来实现三维地层建模及可视化 的一般方法，建模实例表明，该方法简单、高效，可以快速建立层状地质体的三维可视化模型，可以为类似的工程提供参考。 关键词：ＡｒｃＧＩＳ，地统计分析，三维地层模型 中图分类号：Ｐ６４２ 文献标识码：Ａ Ｏ 引言 近年来，三维地质建模技术越来越多地应用于岩土、采矿、城 市建设等工程中…。由于三维地质模型可以直观地表达研究区 域内地质体的空间形态，可以克服传统二维地质分析的不足，使 地质分析更加直观准确，对工程决策和科学管理有着重要的辅助 基于多层ＴＩＮ模型建立地质体的方法和基于面拉伸扩充建立地 质体的方法，并分析了两种方法的优缺点 ；高寿峰、李亚等提出 了基于Ｋｒｉｇｉｎｇ方法的三维地质体构建方案，并在ＡｒｃＧＩＳ １０平台 上加以实现 ；张振远、李晓军利用ＡｒｃＧＩＳ软件的Ｅｘｔｒｕｄｅ Ｂｅ－ ｔｗｅｅｎ，Ｕｎｉｏｎ，Ｍｅｒｇｅ等工具，建立了某隧道的三维地质模型，较好 作用。目前，三维地质建模及可视化大多是借助Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋和 ＯｐｅｎＧＬ从底层开始编程实现 ，这需要建模人员由底层的三维 数据模型开始构建，建模难度大、周期长，费时费力，而且建模效 果受开发人员编程水平的限制。而随着ＧＩＳ技术的发展，成熟 地反映了地层不连续现象，并利用Ｉｎｔｅｒｓｅｃｔ ３Ｄ工具实现了地层模 型的剖切分析 ］。本文基于多层ＤＥＭ建模思路，总结了利用 ＡｒｃＧＩＳ实现层状地层模型三维建模及可视化的一般方法，并结合 实例分析了利用该方法实现地层三维可视化的优势。 三维地层多层ＤＥＭ建模 ＧＩＳ软件可以较好地实现地表形态及地面物体（如树木、建筑物 １三维空间数据模型的选择与构建是实现地层三维建模及可 等）的三维可视化，并且出现了描述三维空间要素的数据格式（如 ＡｒｃＧＩＳ的Ｍｕｈｉｐａｔｃｈ）。不少学者对利用ＡｒｃＧＩＳ实现地质体的三 视化的核心。目前的三维空间数据模型可归纳为基于面表示的 维可视化进行了研究。张凯选、武文波等提出了在ＡｒｃＧＩＳ环境下 模型、基于体表示的模型和基于混合表示的模型三大类 。基于 表０反应谱相关参数 参数名称 建筑类型 设计级别 建筑分组 建筑重要性系数 地震分区 述和比较，可以看出：１）中委两国在抗震设防目标、场地分类、建 备注 钢混凝土框架钢 参数 一类 ＮＤ３ Ａ １．３０ ４ 筑重要性系数等方面都有相似的规定；２）中委两国设计反应谱曲 线纵坐标代表的意义不同，且影响反应谱形状的参数各有不同。 参考文献： 按表８确定 重要建筑 按表５确定 按地质报告 ［１］ ＧＢ ５００１１＿２０１０，建筑抗震设计规范［ｓ］． ［２］ Ｅｄｉｉｆｃａｃｉｏｎｓ Ｓｉｓｍｏｒｒｅｓｉｓｔｅｎｔｅｓ Ｐａｒｔｅｌ：Ａｒｔｉｃｕｌａｄｏ，ＮＯＲＭＡ ＶＥＮ— ＥＺＯＬＡＮＡ ＣＯＶＥＮＩＮ １７５６—１：２００１． 水平地震加速度 Ｏ．２５ 按表１确定 折减系数Ｒ 频谱类型 加速度修正系数 ’ Ｐ 口 ６ Ｓ２ ０．８ ０．７ １ ２．６ 按表７确定 按地质报告 按地质报告 按表６确定 按表６确定 按表６确定 ［３］Ｅｄｉｉｆｃａｃｉｏｎｓ Ｓｉｓｍｏｒｒｅｓｉｓｔｅｎｔｅｓ Ｐａｒｔｅ２：Ｃｏｍｅｎｔａｒｉｏｓ，ＮＯＲＭＡ ＶＥＮ－ ＥＺＯＬＡＮＡ ＣＯＶＥＮＩＮ １７５６－２：２００１． ［４］Ｐｒｏｙｅｃｔｏ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｅ Ｏｂｒａｓ ｅｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｏ Ｅｓｔｕｃｔｒｕｒｌ，ａＮＯＲ— ＭＡ ＶＥＮＥＺＯＬＡＮＡ ＣＯＶＥＮＩＮ １７５３：２００６． ［５］ＧＢ ５０２２３－－２００８，建筑工程抗震设防分类标准［ｓ］． ［６］ 张翔．中国建筑抗震设计规范与欧洲规范Ｅｕｒｏｃｏｄｅ８关于 抗震设计反应谱的比较［Ｊ］．四川建筑科学，２０１２，３８（２）： 】８３．】８６． Ｃ １．２３３ 按公式确定 ６结语 通过对中国和委内瑞拉建筑抗震规范中部分条文进行了阐 Ｏｎ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎｔｉ－ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｄｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ Ｖｅｎｅｚｕｅｌａ Ｌｖ Ｊｉｎｂａｏ Ｌｏｎｇ Ｌｉｚｈｉ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｒｙｕａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏ口 ｏｆ Ｃｈｉｎａ ＧＢ ５００１ １—．２０１Ｏ ａｎｄ ｔｈｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ（１０如ｏｆ Ｖｅｎｅｚｕｅｌａ ＣＯＮＶＥＮＩＮ １７５６： ２００１ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｉｎ ａｓｐｅｃｔｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｇｏａｌ ｓｅｔｔｉｎｇ，ｓｉｔｅ ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ｓｔｕｃｔｕｒａｒｌ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒ，ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｈｏｗ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｕｍ ａｃｃｏｒｄｉｒｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｄｅ ｏｆ Ｖｅｎｅｚｕｅｌａ．Ｉｔ’Ｓ ｇｏｏｄ ｆｏｒ ｌｅａｒｎｉｎｇ ａｎｄ ｍａｓｔｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅｓｉｎ ｃｏｄｅ，ｂｕｉｇｌｄｉｎｇ ｓｅｉｓｍｉｃ，ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｕｍ ｒ收稿日期：２０１５—０２—０９ 作者简介：刘林贵（１９８８－），男，在读硕士 ・５６・ 第４１卷第１２期 ２ ０ １ ５年４月 山 西 建 筑 钻孔柱状图ｌ ｌ地质剖面图 面表示的模型采用构造三维空间表面的方法来表达三维地质体， 具有便于显示和数据更新的优点，但是缺少地质实体的内部属性 记录，空间查询与分析困难。基于体表示的模型用体元信息代替 表面信息来描述三维空间对象的内部，可以表达空间对象的内部 钻孔地层信息 笪！ 垫塑堡室Ｈ 星里堕堑堕 信息，易于进行空间操作和分析，但是其存储空间占用大，计算速 度也较慢。基于混合表示的模型的目的就是综合面模型和体模 一—匪亟 —陌 面 型的优点，取长补短，是三维地质建模的一个主要发展方向。虽 然存在无法表达内部属性信息及空间分析困难等缺点，但基于面 表示的模型建模理论成熟，容易实现，是三维地层建模的主流方 法。其中，基于面模型的多层ＤＥＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ，数 地层底面１１Ｎ卜＿一地层顶面ＴＩＮ 拉伸、ｌ合并 ｌ边坡三维地层模型ｌ 图１三维地层建模流程 字高程模型）建模利用ＤＥＭ来模拟各个地质分界面，已达到对 地层构模的目的。其建模实施过程为：将建模区域内的地层进 行分层、划片处理；选用合适的空间插值方法对同一地层界面 上的采样点进行插值加密；根据地层属性对多层ＤＥＭ进行处 理，形成严格按岩性或其他特性进行划分的三维地层模型骨架 结构；引入特殊地质现象，形成三维可视化模型。ＤＥＭ可以是 规则格网（Ｇｒｉｄ），也可以是不规则三角网（ＴＩＮ，Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｉｒ— ｒｅｇｕｌａｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ）。 图２某矿山三维地层模型 ２基于ＡｒｃＧＩＳ的三维地层可视化 由建模实例可知，利用本文的方法实现三维地层建模及可视 基于多层ＤＥＭ建模思想，利用ＡｒｃＧＩＳ地统计分析模块 化，可以充分利用ＡｒｃＧＩＳ强大的数据分析和可视化功能，可以选 （Ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｔ）对钻孔数据进行插值，得到地层厚度在整个 择多种方法进行钻孑Ｌ数据的插值，地层分界面ＴＩＮ模型的生成也 建模区域内的估计值，然后生成各地层分界面ＴＩＮ模型，拉伸即可 很方便，可以实现地层分层显示、属性查询等操作，地层模型的应 获得研究区域的三维地层可视化模型。建模的一般过程如下： 用扩展也比较容易。利用ＡｒｃＧＩＳ实现三维地层模型的可视化，避 １）钻孔数据准备。将建模区域内的钻孔以点要素的形式导入 免了编程上的困难，可以得到满足要求的三维地层模型是一种简 到ＡｒｃＧＩＳ空间数据库中，添加地层编号、地层厚度、地层顶底面高 单、快速、高效的三维地层可视化方案。 程等字段，从钻孔柱状图和地质剖面图中提取数据录入到钻孔数 ４结语 据表里。 本文总结了利用ＡｒｃＧＩＳ建立三维地层可视化模型的方法，并 ２）钻孔数据插值。以地层厚度为区域化变量，在ＡｒｃＭａｐ中 给出了建模实例。该方法思路清晰、易于理解、操作方便，是一种 对其进行地统计分析，选择合适的空间插值方法得到整个建模区 简单高效的地层可视化方案，可以为类似工程提供参考。本文的 域内的地层厚度。 地层可视化方案适用于简单的层状地层，对于断层、透镜体等复杂 ３）创建地层分界面。将地层厚度插值结果转化为栅格数据格 式，通过栅格运算修正插值结果并得到地层分界面处的高程栅格 数据集，利用高程栅格数据创建地层分界面ＴＩＮ。 ４）生成三维地层模型。使用ＴＩＮ Ｄｏｍａｉｎ工具得到地层分界 面ＴＩＮ的覆盖范围，再利用Ｅｘｔｒｕｄｅ Ｂｅｔｗｅｅｎ工具在相邻ＴＩＮ之间 拉伸即可得到一个地层的三维实体模型，依次建立各地层的三维 实体模型，合并在一起并添加属性信息即可得到研究区域的三维 地层模型。三维地层建模流程见图１。 地质构造建模这一三维地质建模领域的难点问题则需要做进一步 研究。 参考文献： ［１］ 王明华，白 云．三维地质建模研究现状与发展趋势［Ｊ］．土 工基础，２００６，２０（４）：６８－７０． ［２］ 张凯选，武文波，白云峰，等．基于ＡｒｃＧＩＳ的地质三维可视化 ［Ｊ］．辽宁工程技术大学学报，２００７，２６（３）：３４５－３４７． ［３］ 高寿峰，李 亚，杨 欣．基于Ｋｒｉｇｉｎｇ方法的三维地质体构 建［Ａ］．第十四届华东六省一市测绘学会学术交流会［ｃ］． ２０１２：１７０—１７３． ３建模实例 某露采矿山地质构造简单，地层地质年代从上到下依次为第 张振远，李晓军．某隧道地层模型的ＡｒｃＧＩＳ实现［Ｊ］．中国水 四系地层、下石炭统、中泥盆统、上震旦统等，岩性主要为白云岩、 ［４］运，２０１３，１３（３）：１１５－１１６． 磷块岩、砂岩、页岩及粘土岩。利用钻孔数据和地质剖面图数据， 程朋根，文按照上述建模流程在ＡｒｃＧＩＳ中建立该矿山的三维地层可视化模 ［５］型如图２所示。 红．三维空间数据建模及算法［Ｍ］．北京：国防 工业出版社．２０１１． ３Ｄ ｓｔｒａｔａ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡｒｃＧＩＳ Ｌｉｕ Ｌｉｎｇｕｉ Ｌｉｕ Ｇａｏｙａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＣｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ３Ｄ ｓｔｒａｔａ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍｕｌｔｉ・ｌａｙｅｒ ＤＥＭ，ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｗｏｒｋｆｌｏｗ ｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇ ｔｈｅ ３Ｄ ｖｉｓｕａｌｉｚｅｄ ｓｔｒａｔａ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ｂｏｒｅ— ｈｏｌｅ ｄａｔａ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ＴＩＮ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒａｔｕｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎ ＡｒｃＧＩＳ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｉｎｓｔａｎｃｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ３Ｄ ｓｔｒａｔａ ｖｉｓｕａｌｉｚｅｄ ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｏｆｆｅｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡｒｃＧＩＳ，ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｔ，３Ｄ ｓｔｒａｔａ ｍｏｄｅｌ