畢業(yè)論文-基于似三棱柱的三維水文地質(zhì)體建模技術(shù)研究(編輯修改稿)
2025-07-09 03:26 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 基于似三棱柱體的三維水文地質(zhì)體建模研究 6 圖 三維水文地質(zhì)鉆孔建模 基于似三棱柱體的三維水文地質(zhì)體建模研究 7 3 分層界面 三角網(wǎng)（ TIN） 三角網(wǎng)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 三角網(wǎng)由一系列的三角形單元組成，每一個(gè)三角形由可拆解為三個(gè)有向邊。每個(gè)有向邊又是有起點(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)端點(diǎn)確定的?；诖送?fù)潢P(guān)系，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下： （ 1） 點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) Class CPoint { Int id //點(diǎn)索引 號(hào) float x y z。 //點(diǎn)的位置坐標(biāo) int layerCategory。 //所屬含水層種類(lèi) int zkBelong。 //點(diǎn)所屬鉆孔的編號(hào) }。 （ 2） 有向邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) Class Cline { Int id //有限變索引號(hào) long p0。 //邊 起始點(diǎn)索引 long p1。 //邊終點(diǎn)索引 int useCount。 //邊被使用次數(shù) } （ 3） 三角形單元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) Class CTriangle { int id。 //三角形索引號(hào) long L0。 //第一邊索引 long L1。 //第二邊索引 long L2。 //第三邊索引 } TIN 三角網(wǎng)，即將三角形數(shù)據(jù) CTriangle 對(duì)象依次排列并編號(hào)形成的 動(dòng)態(tài)數(shù)組對(duì)象 。 三角形生成算法 含水層分層界面可以采用 TIN 方法來(lái)進(jìn)行建模。 TIN 方法利用所有的采樣點(diǎn)離散數(shù)據(jù) ，按照優(yōu)化組合的原則，把這些離散點(diǎn)連接成相互臨街但不相交的三角形單元。對(duì)于 TIN 模型來(lái)說(shuō)， Delaunay 三角網(wǎng)在地形擬合方面表現(xiàn)得最為出色。由 Delaunay 三角形構(gòu)成額 TIN 三角網(wǎng)可寫(xiě)作 DTIN。 DTIN 的生成算法很多，包括分治算法、三角網(wǎng)生長(zhǎng)法、逐點(diǎn)插入法等。本文采用三角網(wǎng)生長(zhǎng)法生成水文地質(zhì)體含水層分層界面三角網(wǎng)。 基于似三棱柱體的三維水文地質(zhì)體建模研究 8 建模時(shí)各分層界面上的離散點(diǎn)，實(shí)際上為鉆孔的原始采樣點(diǎn)、與各地層的交點(diǎn)以及內(nèi)插點(diǎn)。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)獲取到每一層面所包含 的離散點(diǎn)集合。 采用三角網(wǎng)生長(zhǎng)算法得地層界面三角網(wǎng)。 本文三角形生長(zhǎng)算法 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下： （ 1） 在同一層的離散點(diǎn)中任取一點(diǎn) p0，選擇離它最近的一點(diǎn) p1 連接成有向邊 L0,作為基準(zhǔn)邊。 （ 2） 遍歷剩下的所有點(diǎn)，搜尋與基邊兩端點(diǎn)連線組成夾角最大的點(diǎn)。組成第一個(gè)三角形。 將第一個(gè)三角形推入 TIN 三角網(wǎng)數(shù)組。 三角形三邊的可拓展屬性均初始化為 1。該屬性值為 1 表示該邊只為一個(gè)三角形的邊，如果為 2，則表示為兩個(gè)三角形的公共邊。 一個(gè)邊最多被兩個(gè)三角形共享，因此，該屬性值只可能為 1 或者 2。 （ 3） 對(duì)于三角網(wǎng)數(shù)組中的三角形 k，遍歷其每一個(gè)邊。對(duì)于每一個(gè)有向邊，首先判斷是否屬于可擴(kuò)展邊，即其擴(kuò)展屬性是否為 1。如果可擴(kuò)展，將與該邊共三角形而不共邊的那個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。 （ 4） 遍歷剩余所有離散點(diǎn)，如果與基準(zhǔn)點(diǎn)在該有向邊異側(cè)，則求取其與該有向邊兩端點(diǎn)連線夾角。找到該夾角最大的離散點(diǎn)，形成新的三角形，并將該三角形推入數(shù)組。 （ 5） 每一個(gè)三角形三邊 依照 （ 3）（ 4）兩步擴(kuò)展完畢后，三將網(wǎng)數(shù)組當(dāng)前三角網(wǎng)索引 k 自增 1。重復(fù)步驟（ 3）（ 5）。當(dāng) k 的值與三角網(wǎng)數(shù)組中包含三角形個(gè)數(shù)相同時(shí)，退出循環(huán)。此時(shí)所有的點(diǎn)都已經(jīng)納入到三角網(wǎng)中。三角網(wǎng)生成完畢。 TIN 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是：三角網(wǎng)中包含的其實(shí)是每一個(gè)三角形的索引，每個(gè)三角形包 含了三個(gè)有向邊的索引，有向邊包含了兩個(gè)離散點(diǎn)的索引。離散點(diǎn)作為 基礎(chǔ)的幾何數(shù)據(jù)，包含了每個(gè)點(diǎn)的位置和屬性數(shù)據(jù)。 最終生成的三角網(wǎng)效果如圖 所示： 圖 分層界面的 Delaunay 三角網(wǎng)生成 基于似三棱柱體的三維水文地質(zhì)體建模研究 9 4 基于三角形區(qū)域的線性插值 由于每一層的離散點(diǎn)個(gè)數(shù)較少且分布不均勻。無(wú)法滿足孔隙地下水流模型數(shù)值模擬計(jì)算的要求，而且生成出來(lái)的地質(zhì)體較為突兀，模擬效果較差。因此就需要對(duì)整個(gè)研究區(qū)域做插值處理。 由于本文的側(cè)重點(diǎn)在于地質(zhì)體模型的建立以及美化，因此可以將加密點(diǎn)按照規(guī)則格網(wǎng)的形式加以排列，以便于平滑。 為了方便 后續(xù)要進(jìn)行的地下水流模型數(shù)值計(jì)算過(guò)程中， 在 根據(jù)規(guī)則格網(wǎng)的點(diǎn)進(jìn)一步做內(nèi)插 加密 操作 時(shí) ， 應(yīng)將代表地下水位監(jiān)測(cè)井和開(kāi)采井的離散點(diǎn)納入加密點(diǎn)集合中 。 由于已經(jīng)建立起了初始三角網(wǎng)，且根據(jù)初始離散點(diǎn)的分布特征， 所以 采用基于三角形區(qū)域的線性插值方 法。這一步驟，是為了 得到規(guī)則的含水層分層界面DEM 規(guī)則格網(wǎng)。 加密點(diǎn)生成算法 在對(duì)三角網(wǎng)做插值操作之前，首先需要生成定義規(guī)則格網(wǎng)的一系列格網(wǎng)點(diǎn)。格網(wǎng)點(diǎn)的生成原則應(yīng)遵循 如下 兩 點(diǎn)： （ 1） 考慮到研究區(qū)域范圍，點(diǎn)與點(diǎn)的間距定為 10 公里，即 10000 米。 （ 2） 離散點(diǎn)應(yīng)呈規(guī)則分布，取平面坐標(biāo)位于三角形內(nèi)部的離散點(diǎn)做內(nèi)插。 可以選取一個(gè)水位地質(zhì)鉆孔離散點(diǎn)作為起始點(diǎn)，采取延展法向四個(gè)方向擴(kuò)充加密點(diǎn)。 算法如下： （ 1） 以基準(zhǔn)點(diǎn)（ X0， Y0， Z0）為起點(diǎn)， X 坐標(biāo)增加 10000 米， Y 坐標(biāo)不變，創(chuàng)建新的點(diǎn)對(duì)象 （ X， Y， 0） ； （ 2） 遍歷三角網(wǎng)中每一個(gè)初始三角形，尋找包含該點(diǎn)對(duì)象的三角形單元； （ 3） 搜尋結(jié)果不為空，則將該點(diǎn)推入格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)組 ，線性插值出該點(diǎn)的 Z 值，更新點(diǎn)坐標(biāo)為（ X， Y， Z）； （ 4） X 增加 10000 米， Y 不變，重復(fù)（ 2）（ 3）兩步。 （ 5） 如果搜尋結(jié)果為空，則 X = X0,Y 坐
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