城市工程地质空间几何结构场与属性参数场耦合构模研究

基本信息
批准号:41672327
项目类别:面上项目
资助金额:54.00
负责人:朱良峰
学科分类:
依托单位:华东师范大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:蔡永立,岳文辉,李明江,王喜凤,张兵,张彧,阚文生,王忠樑
关键词:
空间数据模型三维地质模拟空间数据可视化工程地质场耦合构模
结项摘要

During the construction process of large and complex engineering structures in urban areas, there is increasing demand to build coupled models of geological structure fields and property parameter fields in 3D engineering geological space. The research object of this proposed project consists of a structure model that gives the boundaries between the different defined geotechnical units and a property model for the distribution of the physical, chemical, hydrogeological and engineering properties within the geotechnical units in the typical study area. In order to build a meaningful 3D spatial model that involves both geometry and properties, we present a novel modeling framework for the coupled modeling and analysis of geo-objects in 3D engineering geological space. We integrate the preprocessing of geological data, the construction of geometry structure, the coupled modeling of multi-field space, 3D visualization and spatial analysis as a whole to study. A novel 3D hybrid data model, which is a combination of boundary representation and Geocellular, is designed to address the need of the unified description of geometry and topology of geo-objects as well as their internal properties. To obtain geologically reasonable property models controlled by geological constraints, the qualitative geological constraints are convert into quantitative control parameters in data preprocessing stage, and different property interpolation schemes are used respectively to handle different types of geo-objects. To gradually and effectively refine 3D geological models, the iterative modeling technique is introduced, and an information feedback and error correction mechanism is set up. To implement those approaches, a software system, 3D Coupled Modeling and Visualization in Engineering Geological Space, is developed. The visualization effect of the multi-field coupled model is realized inside the 3D geological modeling and visualization system, and the practical effect of those methods is shown in a case study. The methodology of coupled modeling is well-suited to produce detailed 3D geological models attributed with physical, chemical, engineering or hydrogeological parameters, and intuitively analyze the property characteristics within each modeled unit and their spatial relationships in 3D. This research laid a foundation to build the theory and method system for multi-field coupled modeling of geological bodies, and is helpful to promote the deepening application of digital modeling and analytic techniques for engineering geology in urban areas.

构建可靠、实用的地质体几何结构与属性参数耦合模型是进行城市工程地质分析和专业应用的瓶颈与难点。本项目以城市工程地质体几何结构形态及其内部属性参数的三维分布特征为研究对象,针对现有的三维地学模拟理论在空间数据模型和建模分析技术方面存在的缺陷,提出工程地质空间几何结构场与属性参数场耦合构模的流程框架,设计一种基于边界表示和地质晶胞的混合数据模型来解决多场耦合模型的数据组织和表达难题,引入地质条件约束下的属性参数插值理论来重构非均质分布的地质属性参数场,利用三维GIS空间分析技术定量研究地质属性参数与地质体几何结构构造的空间关联关系,研发工程地质空间多场耦合建模分析软件系统,并在典型场区进行验证。本研究可解决多场耦合构模在信息表达、模型重构和可视化分析方面的难题。预期成果能为典型场区地下空间的开发利用提供关键地质模型,有助于推动工程地质三维模拟的基础理论与应用技术向精细化、实用化的方向深入发展。

项目摘要

构建可靠、实用的地质体几何结构与属性参数耦合模型是进行城市工程地质分析和专业应用的瓶颈与难点。我们以城市工程地质体几何结构形态及其内部属性参数的三维分布特征为研究对象,针对现有的三维地学模拟理论在空间数据模型和建模分析技术方面存在的缺陷,提出工程地质空间几何结构场与属性参数场耦合构模的流程框架,设计一种基于边界表示(B-Rep)和地质晶胞(Geocellular)的混合数据模型,构建相应的空间数据结构,解决工程地质体几何形态、拓扑关系和内部属性参数信息的统一描述问题。在工程地质空间几何结构场与属性参数场耦合建模的过程中,将定性的和定量的地质约束条件统一转换为组成地质体几何结构框架的地质界面,然后在地质界面的约束下对地质体元网格内的地质属性参数进行内插外推,解决非均质分布的地质属性参数场三维重构问题。在对工程地质多场耦合模型进行三维空间分析时,引入三维GIS中的空间分析技术,定量评估地质属性参数与地质结构构造的空间关联关系。在研究过程中,采用典型研究场区的实际地质数据来验证室内计算机模拟计算结果,使用实际数据与建模结果相互印证,克服单纯采用理论分析或计算机模拟的局限,具有从基础理论研究到应用前景探索的清晰脉络。在项目执行过程中,公开发表论文6篇(其中SCI刊物3篇);申请发明专利6项(其中3项已授权);将项目研究过程中形成的4项专利技术作价550万元,转让予相关企业,以推进项目研究成果的落地转化与实际应用。这些工作为建立一套完整的工程地质体多场耦合构模理论体系和方法体系奠定了基础,有助于推动工程地质数字化建模分析技术的深入应用。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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