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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-在線瀏覽

2025-03-01 12:08本頁面
  

【正文】 值函數(shù)、 矩形區(qū)域的樣條插值函數(shù) 、矩形區(qū)域的最小二乘 插值函數(shù) 等 對地質(zhì)體表面進(jìn)行逼近 。 由于三維模型表面常常采用三角網(wǎng)來表示,因此 本文選擇基于三角形 區(qū)域的線性插值函數(shù) 作為地質(zhì)體 表面的逼近算法。雖然在整個區(qū)域上可以保證“連續(xù)”,但是在連接處卻是不光滑 的,即一階導(dǎo)數(shù)不相等。 在三角形插值的基礎(chǔ)上構(gòu)建 規(guī)則 矩形格網(wǎng), 之后 在此 矩形 格網(wǎng)上使用二元樣條函數(shù)進(jìn)一步內(nèi)插,最終形成整個區(qū)域上光滑、連續(xù)的地質(zhì)體表面模型。 針對水文地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)特點(diǎn),考慮到 含水 層 存在 缺失的情況,設(shè)計(jì) 可以識別不同含水 層情 況的 三維地質(zhì)體建模 算法。由于水文地質(zhì)鉆孔被可近似表示為垂直的,且含水層分層界面 DEM 采用的是不規(guī)則三角形格網(wǎng)( TIN) 結(jié)構(gòu); 又由于地層中經(jīng)常出現(xiàn)缺失的情況,直三棱柱往往會退化為四面體或者四棱錐。 似三棱柱 可以精確模擬承壓含水層對象的表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu), 靈活性較強(qiáng)、生成算法較為簡單。 基于似三棱柱體的三維水文地質(zhì)體建模研究 3 1 孔隙地下水含水層系統(tǒng)概念模型 含水層的空間分布特點(diǎn) 孔隙地下水含水層在空間上分布相對均勻,連續(xù)性較好。不同的含水層之間一般由透水性很弱的隔水層加以間隔。 承壓含水層系統(tǒng)建模數(shù)據(jù)源 由于孔隙地下水系統(tǒng)埋 于 地下,只有通過水文地質(zhì)鉆探與地球物理勘探 的手段 揭示含水層與隔水層的空間分布特 征。 水文地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)中,描述水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)有: 鉆孔 地面高程、含水層的頂?shù)装甯叱獭⒏羲畬拥捻數(shù)装甯叱?、含水層與隔水層的厚度、含水層與隔水劃分?jǐn)?shù)據(jù) 、含水層巖性數(shù)據(jù)等。 另外, 由水文地質(zhì)鉆探獲 到的 反映水文地 質(zhì)結(jié)構(gòu) 的數(shù)據(jù) 是一成不變 的 ,僅反映勘探時刻的含水層與隔水層的空間分布情況,不能動態(tài)描述含水層與隔水層隨著地下水位下降其空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化的特點(diǎn)。 基于似三棱柱體的三維水文地質(zhì)體建模研究 4 2 水文地質(zhì)鉆孔模型構(gòu)建方法 水文地質(zhì)鉆孔 模型 可 近似視作為具有一定直徑和高度的分段圓柱體。 由于鉆孔模型是規(guī)則的幾何體,因此 可以采用規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù) 模型 來表示水文地質(zhì)鉆孔 。 它本質(zhì)上可以看作是一系列等間距規(guī)則分布的點(diǎn)集,按照指定的結(jié)構(gòu)(規(guī)則)分布形成的三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)。 水文地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) Class CBore { Int id。 //鉆井坐標(biāo) float height。 // 包含含水層層數(shù) vectorinthydroCategory。 //包含的各含水層的層底深度 }。這樣一來,含水層從上往下正常 的順序應(yīng)為:潛水含水層、第一隔水層、第一承壓含水層、第二隔水層、第二承壓含水層、第三隔水層、第三承壓含水層、第四 隔水層、 第四承壓含水層、第五 隔水層。含水層與編號的對應(yīng)關(guān)系如表 所示。上一層的圓柱底面,對應(yīng)于下一層的圓柱底面。確定了這兩個參數(shù)之后,依據(jù)如下算法,即可繪制出三維水文地質(zhì)鉆孔: ( 1)從數(shù)據(jù)庫中讀取鉆孔位置信息和含水層信息,創(chuàng)建一個鉆孔對象 CBore aBore。此處應(yīng)令 rMin = 0 deltaRad = (rMax rMin)/(2 1)。 ( 4)根據(jù)層底圓周 面中心位置坐標(biāo),計(jì)算圓周擬合點(diǎn)坐標(biāo): for(int j=0 。 i++) { radius = rMin + j * deltaRad。 //計(jì)算點(diǎn)的索引 for(int i = 0 。 i++) //計(jì)算層底圓周面上每個擬合點(diǎn)坐標(biāo) { theta = mathRadiansFromDegrees(i *angel )。 x[1] = radius *sin(theta) + y0。 pointsInsertPoint(Index ,x)。導(dǎo)入到 VTK 可視化管線中顯示。 圖中為了較為清楚地展示模型 的屬性與特征 ,在 z 方向上做了拉伸處理。每個有向邊又是有起點(diǎn)和終點(diǎn)兩個端點(diǎn)確定的。 //點(diǎn)的位置坐標(biāo) int layerCategory。 //點(diǎn)所屬鉆孔的編號 }。 //邊 起始點(diǎn)索引 long p1。 //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。 //第一邊索引 long L1。 //第三邊索引 } TIN 三角網(wǎng),即將三角形數(shù)據(jù) CTriangle 對象依次排列并編號形成的 動態(tài)數(shù)組對象 。 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。由 Delaunay 三角形構(gòu)成額 TIN 三角網(wǎng)可寫作 DTIN。本文采用三角網(wǎng)生長法生成水文地質(zhì)體含水層分層界面三角網(wǎng)。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。 本文三角形生長算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程如下: ( 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。組成第一個三角形。 三角形三邊的可拓展屬性均初始化為 1。 一個邊最多被兩個三角形共享,因此,該屬性值只可能為 1 或者 2。對于每一個有向邊,首先判斷是否屬于可擴(kuò)展邊,即其擴(kuò)展屬性是否為 1。 ( 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。 ( 5) 每一個三角形三邊 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。當(dāng) k 的值與三角網(wǎng)數(shù)組中包含三角形個數(shù)相同時,退出循環(huán)。三角網(wǎng)生成完畢。離散點(diǎn)作為 基礎(chǔ)的幾何數(shù)據(jù),包含了每個點(diǎn)的位置和屬性數(shù)據(jù)。無法滿足孔隙地下水流模型數(shù)值模擬計(jì)算的要求,而且生成出來的地質(zhì)體較為突兀,模擬效果較差。 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。 由于已經(jīng)建立起了初始三角網(wǎng),且根據(jù)初始離散
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