摘要：在城市化发展进程下，要及时开展环境地质考察工作，防止环境地质灾害危及人们的生命财产安全。而三维地质建模技术是近些年兴起的一种智能技术，在城市环境地质考察过程中应用三维地质建模技术，能为地质施工人员在3D空间勘测地质构造、研究地质特征带来了新思路，能为建筑规划设计带来明确的参考标准。
关键词：环境地质；三维建模技术；
前言
通常，地质数据信息，涉及地表地貌、地层环境、断层、地下水位、风化层分布情况及多类物探化探数据，都能在野外测量得出。这些信息通常是离散数据分布，地质施工人员无法根据这些资料掌握地质体的分布特征，对于这些实测数据，人们希望能够运用三维建模技术明确显示出地质分布状况。所以，地质三维建模技术的探索发展是计算机广泛应用于地质探索的一个必经之路。
1.国内外研究现状
早在上世纪80年代初，三维地学可视化技术早已在国内外地质建模领域兴起，如美国、加拿大等地区研发了很多功能性较强的地学可视化建模软件。特别是石油和矿山软件有多种选择，应用效果显著。效果较好的有GOCAD软件。
国内煤矿业相关的高等院校及有色金属矿产地质考察机构、铜业企业等联合开办了科研项目，利用从国外引进的新型软件技术投入到生产中，并且二次开发，还发觉到了很多有价值的产品，理论技术较为成熟。
GOCAD是美国研发的地质建模软件，受到国际上的广泛青睐，在很多油企业和服务公司应用效果显著。GOCAD软件是以工作流程为主体进行地质建模的软件，实现了半智能建模水平，易于操作，灵活便捷。
2.地质三维建模及可视化基础
2.1地质三维可视化及实现技术
2.1.1概述
可视化属于心智处理程序，引导人们对事物的勘测及建立概念等。可视化的一般作用就是透视不可见的理论知识，把抽象知识生动的展示出来。由于钻井技术的更新进步，人们在地下的工程操作逐渐增多，开发规模逐渐增大，掌握了更全面丰富的数据，为了解地质构造、物质储量带来了更广泛的素材资料。但是，这些大量的数字公式展示的数据资料，人们的认知有着较大难度，可视化技术能够形象的表达出事物特征，在大量数据资料中了解隐形特点。可视化技术包括很多科目种类，如计算机图形学、多媒体技术和数据库资源等，一般思想就是根据图形表达数据信息。
①数据预处理。对原始数据分析处理，减弱噪音及提取感兴趣的信息，并做一定修改完善、再增添一些标记，经过转换得到一致的数据模式。
②建立几何模型。在预处理之后的信息资料反映出抽象物质的几何图形，分析出物质对象几何属性，确保数据有一定的图形特征。
③模型绘制。利用可视化技术，如几何空间映射法、特征可视化等技术措施，在处理研究的基础上，把几何图元绘制出科学的图形形式，通过动态、静态各形式来展示，并且要依靠人类的视觉分析，把数据绘制出便于人类理解掌握的形式，获得隐性数据信息。
2.1.2地质三维可视化内容
地质三维可视化既要明确绘制出三维地质模型，还要在模型前提下做一定处理分析，如剖切、挖方等。这就要求把地质数据库控制、地质可视化探究、决策分析等协调统一，创建数据信息—模型—探究有机统一体，所以，地质三维可视化内容有：
（1）基础地质数据管理：在地质勘测期间，由钻孔掌握的原始信息是地质对象特点研究的重要参考条件，且在勘测项目的全面落实下，还要对数据查找和补充，因此对这些地质信息科学的规划和组织是很关键的。
（2）地质变量的空间检测：地质变量通常是在三维分布上逐渐改变的，然而勘测信息仅仅是离散分布，所以一定要在二维和三维的空间范围内，对地质变量数据预测分析。
（3）地质数据可视化分析：地质数据的可视化分析是地质勘查和研究的前提条件，因此要对地质信息采取二维及三维的可视化分析，如钻孔平面图、柱状图、三维剖切图及3D效果等，确保不了解地质情况的人们对地质空间特点有个清晰的认识，增强对复杂地形的了解和辨认，为勘测工作、试验项目提供必要的验证依据。
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（4）空间分析处理：空间分析是地质信息可视化的深入拓展，既要地质可视化，也要地质探究情况可视化，如地质剖面、基坑开挖模拟等，并对分析结果采取各种面积、体积等规格的测量及地质空间拓扑关系的查找、处理分析等。
2.2地质层面插值与拟合
地质层面数字化模拟建设是地质三维建模及可视化的前提。由三角剖分图通过建造三角网技术建造层面，一是因原始数据中各点距离远，要实施插值加密方法；二是，插值曲面不平整，难以分析出层面上各点坐标轴的坡向和坡面，不适宜地层面模拟技术，所以利用离散数据拟合与插值的技术措施建立三维地质体。
3、基于多层DEM的三维地质建模
在可视化学识与计算机图形学的全面更新进步下，三维地质建模及可视化是如今社会各界的研究焦点。三维地质建模属于地质可视化的重要前提，一般思想就是以地质钻孔为离散点，通过空间插值及曲面拟合而成的地质结构曲线图，进而形成科学的数字仿真模型，采取可视化算法，对数字仿真模型分析研究，绘制出清晰的三维地质结构图。
3.1三维地质数据模型建立特点
三维地质模型通常是对建模的信息表达，既要展示出地质规格特征，如地层颜色、厚深底、岩芯构造等，还要显示出地层空间拓扑结构等。并且，要从地质体空间数据研究、查找和信息决策等角度出发。所以，三维地质模型要有明确性、可视性等特点：
1）明确性。在以往的二维形势下，地质剖图只是有一些剖面，且各剖面分散存在，在实际处理剖面构造时需要操作人员凭经验推测，这就缺乏一定的确定性。当前的三维地质模型则有明显改善，只要模型确立后，就能把数据结构保留在计算机设备。在这种形势下，地质勘测对象是在地质体中，把各种形式下的体质形态确定下来。
2）可视性。三维地质模型通常是在数据集网络存储的基础上进行，要利用一定的可视化技术才能在计算机设备上表达出来，为人们提供各种方式进行观察了解。
3.2基于多层DEM三维地质建模算法
DEM的建立，一般是利用数字存储来体现物体位置高程的集合，是用以表达区域D上地质三维向量系列{Vi=（Xi，Yi，Zi），I =1，2，…，n}，其中（Xi，Yi）∈D是平面坐标，Zi是（Xi，Yi）对应的高程。于工程而言，地层曲面复杂，无法用公式表达，只能采用曲面大致描述；实际运行数据，大部分需要空间插值进行计算。
4.城市环境三维模型的建立
通过地质勘测和检查，得出的结果往往是独立的、离散的、空间差异大的数据，以这些勘测数据为依据进行论证分析，其中不乏有很多错误数据。这就需要利用插值技术、三维可视化技术及三维建模技术，来证实数据的准确性与否。
GOCAD软件能够发挥三维建模、可视化、地质分析等作用。不仅能够表面建模，还能实体建模；对空间结构的设计、空间属性分布都有极大影响。另外空间分析水平极高，信息表现形式丰富，所以对环境地质工程的质量评估效果是极好的。
岩层面和结构面的建模属于三维地质建模最关键的要素，这些位于地质体中，难以直视了解。对于三维地质建模，能够清晰的将难以观察的面模拟出来，如几何形态、相互间的位置布局等。根据这些数据点，构建其Delaunay三角网格化曲面，再根据GOCAD软件的插值算法优化曲面。
5.总结
城市地质环境评价受到国内外的广泛关注，将三维建模技术应用在城市环境地质评价中，对环境地质评价的科学性和准确性有极大的保障。GOCAD技术在其中的作用可见一斑，但是，对于数据库的建立维护、评价模型的建立等环节，GOCAD技术还无法达到现实要求，需要深入的科研分析。
参考文献：
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[3]柴贺军，黄地龙，黄润秋.掩体结构面计算机三维扩展模型研究.地质灾害与环域保护，1999，10（2）73-78
论文作者:童顺智
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/3
标签：地质论文; 建模论文; 数据论文; 技术论文; 模型论文; 信息论文; 空间论文; 《基层建设》2018年第33期论文;