水利水电工程地质三维统一模型及分析

经过以上完善和修改,水利水电工程三维地质模型的解释更符合真实情况,最终的工程地质三维统一模型得以构建。该模型的特点和要求可归纳为以下三点。

5.4.4.1　地质确定性

传统的二维地质图的解释对象仅仅出现在有限个剖面上,剖面之间是不连续的,其间的构造形态要靠地质工程师的想像,不同地质学家脑中的地质体一般存在不同程度的差异,这就存在着较大的不确定性;而三维地质建模技术可以直观地将地质体展现在三维场景中,三维地质模型一旦建立起来,所有模拟的对象便以实实在在的图形数据形式存在,地质解释对象是整个地质体,所建立的三维地质模型是认为犯错误概率最小的解释方案,钻孔之间、剖面之间的地质体形态是确定的。不过,考虑到实际地质现象本身的复杂性和不确定性等特征,在工程初期阶段,基于多种地质因素和复杂地质条件进行地学模拟,在一定的范围内,将来的地质模型应能存储几种可能的解释方案,为工程师提供更充分的认识,并随着工程设计和地质勘探工作的逐步深入,确定最符合地质规律的模型方案,为水利水电工程勘测、设计和施工提供可观的地质基础平台。

5.4.4.2　可视性

为满足工程人员直观、多方位观察与分析的需要,基于三维模型进行各种不同方式的可视化表现是很有必要的,主要包括以下几种方式:

(1)动态显示方式。根据观察者需求,可通过Camera(Observ Point,TargetPoint,View Angle,Roll Angle)函数,对地质三维数字模型进行平移、缩放、视点转移、观察方向改变等交互操作,从而实现不同角度、不同方位、不同距离的观察,以及按任意线路的穿越或漫游。函数中的参数反映了观察者位置、被观察对象中心、观察者视角范围和被观察物体在二维投影面的旋转角度等。

(2)单层显示方式。由于在三维地质模型中,各地质结构体是按图层分层组织管理的,所以若想要详尽地了解某一地质结构的情况,可以方便地关闭其他图层,而只显示所关心的对应图层。

(3)掀盖层显示方式。是单层显示方式的推广,观察者可以从上到下依次关闭掉相关图层,就可不断地掀开上面覆盖的地层,而观察到下面的地质情况。(www.xing528.com)

(4)三维景观方式。允许从不同角度、不同距离观看三维地质模型的表面,为了增强模型的真实感,常常在显示时加上光照模型、表面纹理等三维效果,但只能看到模型表面。

(5)透视方式。设想能穿透地质实体的某些部分,看到人们感兴趣的地质体内部。只需将相应地质体的纹理或颜色设置成一定的透明度,即可方便地使其在渲染模式下具有一定的透明性,从而能穿透三维模型外面包裹的地质体,直接观察到地质内部细节。

(6)切面方式。对三维统一模型任意剖切,从切面上看到地质体的内部结构。通过空间剖切及剖切图绘制算法,可以生成任意方向剖切后的地质三维数字模型及相应的地质剖切图。

(7)等高线方式。将地质界面的等高线或界面交线垂直地投影到水平面上产生的等值线图,传统的地形图就是一种等高线方式。

5.4.4.3　可快速修改性

这是很重要的一项要求,也是一个难点。虽然模型已经包含了丰富的地质信息,但对于实际工程地质,必然还会有很多人们无法预料和推测出的地质现象,同时还要考虑相关地质信息三维查询与管理的需要。这都需要对模型进行不断的更新和调整。随着新勘探数据的获得和研究的深入,地质工作者对地质模型必然产生新的认识,需要细化和修改三维地质模型;而且利用已建立的地质模型指导进一步的勘探或设计工作,会增减或优化某些工程建筑物的设计内容,也必然要求对统一模型进行修改,以满足要求。为此,通过便捷的模型反馈机制、公共数据通道,能快速耦合新的数据,实现模型的及时更新和修改。

彩图5.3即为经过上述一系列工作后完成的锦屏一级工程地质三维统一模型。该模型信息量大,包含21个不同的岩层、河床覆盖层、13个与工程关系密切的大断层、4条云斜煌斑岩脉、数十条深裂缝、强卸荷弱风化下限与弱卸荷下限、地下水位面以及拱坝、导流洞、地下洞室群等水工建筑物。