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基于数字化特征的城市地下空间建模技术的研究

作　者: 谷是萌
导　师: 刘春原
学　校: 河北工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 三维地质建模 Delaunay三角剖分空间插值多层DEM 可视化
分类号: TU984.113
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要

为了保证城市的可持续发展，实现城市地下空间的合理开发和利用，而开展的城市地质信息数字化，城市地下空间三维模型的构建，已成为当今三维建模在工程领域内应用的热点。本文针对石家庄工程地质的特点，以钻孔-剖面的层状地质体交互式建模方法为依据，提出了一种有效的多层DEM面模型，采用改进的Delaunay三角剖分的方法生成主TIN面，将主TIN模板沿用到所有地层大大简化了三维地质体之间复杂的拓扑关系，利用地层层面数据进行空间插值实现地层分界面的重构，将严格按照土层岩性和地层时代分层生成各个地层分界面进行缝合处理生成建模区域内的地层实体模型，最后基于计算机图形学基本理论，采用OpenGL技术对生成的多层DEM模型进行渲染处理，实现工作区域内地形和地层结构的三维可视化操作。根据曲面求交和地层分界面缝合的基本理论，系统可自动生成地质剖面图。通过自动生成的地质剖面图与原始CAD手绘地质剖面图进行对比，给钻孔数据库进行校正和纠错。本文还探讨了如何解决系统自动生成地质剖面时出现的错误，以及对各级土层进行空间展布。这些都可以为地质工作者进行地质评价和工程决策提供帮助。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-24
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 本课题的研究目的与意义  9-10
  1.3 文献综述  10-21
    1.3.1 地理信息系统的发展历程和趋势  10-12
    1.3.2 关于空间维数的分析和 3D GIS 与 3D GMS 的比较  12-14
    1.3.3 地质体三维建模技术的现状分析  14-18
    1.3.4 地质体三维建模软件的现状分析  18-21
  1.4 本文研究内容及章节安排  21-24
    1.4.1 课题来源及研究内容  21-22
    1.4.2 论文的组织安排  22-24
第二章对城市地质三维建模体系的研究  24-36
  2.1 三维地质信息的获取与数据处理  24-26
    2.1.1 地质信息的基本概念及表达形式  24-25
    2.1.2 三维地质信息的获取方法  25-26
    2.1.3 三维地质信息的数据处理  26
  2.2 城市地质三维建模的数据需求与组织  26-29
    2.2.1 基础地理空间数据  27
    2.2.2 钻孔类数据  27
    2.2.3 地质平面类数据和地质剖面类数据  27-28
    2.2.4 数据的规范化与归一化  28-29
  2.3 城市地质三维模型的构模方法  29-34
    2.3.1 城市地质三维建模方法体系  29-30
    2.3.2 基于钻孔数据的城市地质三维模型构建方法  30-34
  2.4 本章小结  34-36
第三章基于多层 DEM 的三维地质建模及可视化实现  36-52
  3.1 关于多层 DEM 模型的基本概念  36-37
  3.2 地层层面的构建方法  37-47
    3.2.1 TIN 的概述  37-38
    3.2.2 主要的 Delaunay 三角剖分算法  38-39
    3.2.3 两种常用的逐点插入算法  39-40
    3.2.4 改进的 Delaunay 三角剖分算法构建主 TIN  40-42
    3.2.5 地层层面数据空间插值  42-46
    3.2.6 地层分界面的缝合处理  46-47
    3.2.7 曲面求交  47
  3.3 三维地质模型的可视化  47-51
    3.3.1 引言  47-48
    3.3.2 OpenGL 的基本功能  48-49
    3.3.3 基于 OpenGL 的三维地质模型可视化  49-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章工程实例  52-62
  4.1 石家庄市工程环境概况  52-55
    4.1.1 地理位置  52-53
    4.1.2 地形地貌概况  53-54
    4.1.3 石家庄地区的地质条件  54-55
  4.2 构建地质体空间三维模型  55-61
    4.2.1 数据的处理  56-57
    4.2.2 建模过程  57-61
  4.3 本章小结  61-62
第五章空间分析  62-78
  5.1 剖面图生成与编辑  63-71
    5.1.1 石家庄地区东西方向剖面图  63-64
    5.1.2 石家庄地区南北方向剖面图  64-65
    5.1.3 剖面的编辑和修改  65-67
    5.1.4 钻孔数据库的校正  67-71
  5.2 土层的空间展布  71-76
  5.3 本章小结  76-78
第六章结论和建议  78-80
参考文献  80-84
攻读学位期间所取得的相关科研成果  84-86
致谢  86

基于数字化特征的城市地下空间建模技术的研究

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