地理信息系統模型的建模過程

B. 地理信息系統中常用的空間數據模型有哪些類型

一樓啊，，，，您還是六級呢。您那是資料庫建庫的三個步驟啊。
gis中量常用的數據模型分為專場模型和對屬象模型。場模型在gis中就對於柵格數據結構，對象模型對應矢量數據結構，而矢量數據結構根據是否包括拓撲關系可分為一般矢量模型（面條模型）和拓撲矢量模型，如TIN（traingulated irrugular network）。

C. GIS系統中的應用模型是怎麼回事

GIS的應用模型，就是根據具體的應用目標和問題，藉助於GIS自身的技術優勢，是觀念世界中形版成的概念權模型，具體化為信息世界中可操作的機理和過程。模型的形成過程實際上就是解決問題的過程。——《地理信息系統概論（第三版）》

D. 模型建立的方法和步驟

一、模型建立的方法

GMS軟體有三種建立確定性模型的方法，包括概念模型法、網格法和Solids法。本書中所選擇的方法為Solids法。不管是利用網格法或者概念模型法建模，對含水層結構進行合理的概化是其中一個重要環節，所建模型的准確性很大程度上取決於對實際水文地質條件的正確判斷。若輕視對具體水文地質條件的研究，過多依賴模擬技術建立的模型，通常與實際問題相差甚遠，也沒有使用價值（魏加華等，2003）。當地層出現尖滅、垂向上具有多元結構、水文地質條件比較復雜時，前兩種方法不能准確描述此類地層結構，也不能驗證基於地質統計學插值求得的含水層頂底板高程是否與實際的鑽孔資料相符。GMS中的實體模塊Solids利用鑽孔資料可以建立地層的三維結構可視化模型，Solids模型定義了地層結構的空間分布，可以切割生成三維顯示任意方向的地層剖面（王麗霞等，2011）。

二、模型建立的步驟

利用Solids建模的步驟：

（1）在鑽孔模塊（borehole）中定義鑽孔的坐標位置及垂向上的層位（horizon）。層位即不同地層的交線或岩性分界線。由於地層沉積通常是連續的，因此層位按照一定的次序排列。然而實際地層一般比較復雜，鑽孔資料常出現地層缺失現象，遇到此種情況，將缺失的層位空出，使Solids得到的剖面和實際地層剖面相符合。

（2）根據實際的鑽孔資料將相應的層位用弧線連接，同時注意地層尖滅的標示。層位連接後生成不同多邊形，每個多邊形表示相應的地層或岩性。

（3）在地圖模塊Maps中定義不規則三角網格TIN，來表示地層單元插值的表面邊界。

（4）在實體模塊Solids選擇恰當的插值方法，由horizons生成其相應地層的Solids。如果有N個horizons則有N-1個Solids，Solids生成後即可以在模型上切割任意剖面來檢驗模型的三維空間結構。

（5）根據Solids數來確定所需網格的最小層數，生成三維網格並進行MODFLOW的初始化。將Solids記錄的地層空間信息轉成MODFLOW中含水層的頂底板標高，至此地下水三維空間結構模型建立完成。

三、建模過程中可能遇到的問題及解決方法

地下水三維可視化模型建立，首先要基本查明灌區的水文地質條件。了解灌區的地貌、地質條件、構造發育、各地層厚度等信息，需要收集和整理地下水的相關資料，包括灌區水文地質報告、構造圖、地質地貌圖、水文地質剖面圖、電子版地理底圖、等高線圖、含水層頂底板高程等值線圖以及鑽孔數據資料等。再結合水文地質條件對含水層資料進行整理和概化。利用GMS建立地下水三維可視化模型時，尤其是在大區域建模中，可能出現3類問題（張永波等，2007；孫紅梅等，2008）。

1.由於鑽孔分布不均勻而導致的地層缺失

在大區域建模中，由於研究區范圍較大，各部分研究程度不同，一般會引起鑽孔分布的不均勻。通過不均勻分布的鑽孔資料建立水文地質結構模型，可能致使部分地層產生缺失，導致結構模型失真。另外，鑽孔分布均勻程度是一個相對概念，對於地形平緩、地層結構相對簡單的地區，少量鑽孔基本可以比較清楚地反映地層結構；對於地形起伏較大、地層結構比較復雜、構造比較發育的地區，需要較多的有效鑽孔，才可能准確揭示地層分布及構造發育狀況，然而實際工作中完全實現是不可能的。對於此種問題，根據研究區的地質地貌圖、構造分布圖及前人繪制的剖面圖，對已有的鑽孔數據資料進行分析和整理，在具有控制點作用的位置可以適當虛擬部分鑽孔數據或者各層面的高程數據，以准確反映該區域地層結構和構造。採用擴充後的鑽孔數據資料建立水文地質結構模型，可以彌補由於鑽孔資料缺乏而導致的部分地層的缺失。

2.由於鑽孔不夠深而引起的下伏地層抬升

在鑽探工作中，往往有些鑽孔深度不夠，不能完整地揭露地層。根據這樣的鑽孔數據建立水文地質結構模型時，系統默認將鑽孔底部的標高作為上一層的底部界面。這樣就造成下伏地層的抬升。對於這種情況，根據前人繪制的地層等厚度線及剖面圖，結合四周鑽孔數據對該鑽孔資料進行修正，修正後的鑽孔資料可以比較准確地反映地層結構。採用修正後的數據資料建立水文地質結構模型，可以有效地控制下伏地層的抬升。

3.由於鑽孔資料過細而引起的地層混雜

在野外紀錄的鑽孔資料中，局部有透鏡體形成的地層，透鏡體分布的連續性相對較差。採用過細的資料建模，計算機不能分辨透鏡體及連續地層，容易出現地層混雜，即將某個鑽孔的透鏡體地層和另一個或其他幾個鑽孔的連續地層分界面相連接，導致生成錯誤的地層結構。對於這種情況，根據該區域剖面圖整理資料時，將透鏡體區分出來，忽略較小的透鏡體，針對較大的透鏡體則另外生成地層結構。

此外，在插值計算中，由於計算方法的不同，產生的結果也許會有很大差異，這需要在進行插值計算時，根據不同的具體條件選擇適當的插值方法。

E. 如何利用現有的數據模型構建某一公園的GIS模型.我需要詳細的步驟

兄弟啊，我也正在找這個問題啊，明天上課老師要提問啊……

F. 地理信息系統的建模系統

將濕地地圖與在機場、電視台和學校等不同地方記錄的降雨量關聯起來是很困難版的。然而，GIS能夠描述 地表、權地下和大氣的二維三維特徵。
例如，GIS能夠將反映降雨量的雨量線迅速制圖。
這樣的圖稱為雨量線圖。通過有限數量的點的量測可以估計出整個地表的特徵，這樣的方法已經很成熟。 一張二維雨量線圖可以和GIS中相同區域的其它圖層進行疊加分析。 如果所有在濕地附近的工廠同時向河中排放化學物質，那麼排入濕地的污染物的數量要多久就能達到破壞環境的數量？GIS能模擬出污染物沿線性網路(河流)的擴散的路徑。諸如坡度、速度限值、管道直徑之類的數值可以納入這個模型使得模擬得更精確。網路建模通常用於交通規劃、水文建模和地下管網建模。

G. 電纜地理信息系統建模

070503 地圖學與地理信息系統：
01遙感信息分析與應用模型
02GIS理論與應用開發
03偏振光遙感
04地理系統建模與應用

考試科目：
①101政治 ②201英語或202俄語或203日語 ③360高等數學 ④860遙感與地理信息系統
同等學力、跨學科考生加試：①地圖學②自然地理學
復試科目：地理信息科學

參考書目：
初試
《地理信息系統導論》
陳述彭等
科學出版社
2005年

初試
《遙感概論》
彭望琭、白振平等
高等教育出版社
2002年

初試
《新編地圖學》
蔡孟裔、田德森等
高等教育出版社
1999年

加試
《地圖學原理》
馬耀峰等
科學出版社
2004年

加試
《自然地理學》
潘樹榮
高等教育出版社
1985年

復試
《地球信息科學》
陳述彭
高等教育出版社
2007年

初試
《高等數學》（上、下冊）第五版
同濟大學應用數學系
高等教育出版社
2002年

初試
《線性代數》第四版
同濟大學應用數學系
高等教育出版社
2003年

初試
《概率統計簡明教程》
同濟大學應用數學系
高等教育出版社
2003年

H. 建模步驟

（一）確定性建模

儲層建模的主要目的是將儲層結構和儲層參數的變化在二維或三維空間用圖形顯示出來。一般而言，儲層地質建模有以下四個主要步驟。

1.數據准備和資料庫的建立

儲層建模一般需要以下四大類數據（庫）。

（1）坐標數據。包括井位坐標、深度、地震測網坐標等。

（2）分層數據。各井的層組劃分與對比數據、地震資料解釋的層面數據等。

（3）斷層數據。包括斷層的位置、產狀、斷距等。

（4）儲層數據。各井各層組砂體頂底界深度、孔隙度、滲透率、含油飽和度等。

2.建立地層格架模型

地層格架模型是由坐標數據、分層數據和斷層數據建立的疊合層面模型，即將各井的相同層組按等時對比連接起來，形成層面模型，然後利用斷層數據，將斷層與層面模型進行組合，建立地層的空間格架，並進行網格化。

3.二維或三維空間賦值

利用井所提供的數據對地層格架的每個網格進行賦值，建立二維或三維儲層數據體。

4.圖形處理與顯示

對所建數據體進行圖形變換，並以圖形的形式顯示出來。

（二）隨機建模

隨機建模的步驟與確定性建模有所差別，主要有以下五個步驟。

1.建立原始資料庫

任何儲層模型的建立都是從資料庫開始的，但與確定性建模資料庫不同的是，用於隨機建模的資料庫分為兩大類，第一類是原始資料庫（與確定性建模相同），包括坐標、分層、斷層和儲層數據；第二類是隨機模擬需要輸入的統計特徵數據。

2.建立定性地質概念模型

根據原始資料庫及其他基礎地質資料，建立定性儲層地質概念模型，如沉積相分布、砂體連續性、儲層非均質性模型等，以用於選擇模擬參數和指導隨機模型的優選。

3.確定模擬輸入的統計特徵參數

統計特徵參數包括變異函數（岩性指標變異系數和岩石物性變異函數）特徵值、概率密度函數特徵值（砂岩面積或體積密度、岩石物性概率密度函數）、砂體寬厚比、長寬比等。

4.隨機模擬，建立一簇隨機模型

應用合適的隨機模擬方法進行隨機建模，得出一簇隨機模型。在建模過程中，可採用兩步建模法，先建立離散的儲層結構模型，然後在此基礎上建立連續的儲層參數分布模型。

5.隨機模型的優選

對於建立的一簇隨機模型，應根據儲層地質概念模型對其進行優選，選擇一些接近實際地質情況的隨機模型作為下一步油藏數值模擬的輸入。

I. 建模流程

在前期項目的工作基礎上，我們總結了大量的建模經驗、教訓，並結合地質專業技術人員的專業指導，針對華北平原地區的特點，提出一套建模流程。根據其構建流程，有條不紊地完成建立模型，模型製作的流程：

（1）數據的收集、整理與檢查。包括剖面數據的預處理，鑽孔數據的預處理，以及剖面數據與鑽孔數據的配准等工作。並且通過Mapgis格式的華北地區底圖，提取出地表離散點信息。此外，搜集了渤海地區的海底數據。

（2）數據導入到建模系統軟體中，進行模型構建。將剖面數據、鑽孔數據、地表離散點數據以及渤海海底數據等，導入到工區中，按照一定的建模順序依次建立各模型元素。

（3）根據導入的數據，理清其對應的關系，依序建立各種地質體。按照上面建模過程中生成的地質元素，建立地質體模型。

（4）檢查與校驗。檢查、校驗所建立的三維可視化模型，如果發生錯誤，重復前面的步驟，進行模型的修改工作。

（一）導入剖面數據

剖面是地質專業人員根據工作要求，依據鑽孔信息繪出的地層斷面圖，需要說明的是，剖面圖也許不是地質情況的真實反映，但它包含著技術人員的推理和經驗，可以說是地層情況最接近真實的反映。剖面圖的存放格式，由於各技術隊伍作圖採用軟體不同，圖形存放的文件格式也不盡相同，主要有MAPGIS圖形數據格式和AUTOCAD圖形數據格式。本系統的數據輸入可留出這兩種圖形文件數據介面。具體地說，若是MAPGIS圖形格式，採用把圖形數據轉換成MAPGIS明碼文件文本數據格式，再讀入系統進行復原即可。若是AUTOCAD圖形數據格式，可把DWG圖形文件格式轉換成DXF標准圖形文件格式，讀入系統即可。還可把MAPGIS和AUTOCAD兩種圖形文件混合輸入。例如需在剖面圖上添加岩性顏色，即可在MAPGIS中調用剖面，做岩性顏色區文件，再輸出MAPGIS明碼文件，可很好地解決剖面圖剖面數據輸入問題。對於三維建模系統來說，這種方式可很好地解決地下各含水層的表達問題。

MAPGIS明碼文本文件包括兩種文件，即.WAL和.DXF文件，.WAL文件記錄了測線的名稱、段數和測點坐標等信息，.DXF文件記錄了剖面上的點和線等內容信息。通過讀入這兩種文件和一些變換便可以導入剖面信息，將剖面立在工區中（工區用來在三維地質體中劃定一個待研究的區域，它是一個立方體，有一個頂面、一個底面及四個側面。用戶關心的所有地層、斷面等都將包含在這個立方體中。）。從.WAL文件中讀出剖面線上每個點的位置信息，每兩個相鄰的點可以確定一個面。圖5-93為剖面導入到工區中的情況。

將剖面信息導入後，用戶便可以觀察剖面上的各種信息，並對進行分析。剖面是生成地層、斷層、透鏡體等的主要數據源之一，用戶要從剖面上拾取地層線、斷層線、透鏡體線用於在後面生成各種地質元素，並且可以根據地質專家的要求對這些線信息進行增加、修改、刪除等編輯操作。

圖5—93 剖面導入到工區中

1.拾取斷層線

拾取斷層線時，首先在樹節點上選定一個剖面，選擇拾取斷層線功能，便可以用滑鼠左鍵在剖面上拾取合適的線用來控制生成斷層，拾取完後要指定所拾取折線所屬的斷層。同樣，可以完成在剖面上增加一個斷層線的功能，增加斷層線時要根據專家的意見，合理增加，以便更好的控制斷層的生成。當我們選中一個斷層線時，可以對它進行編輯操作。如圖5—94。

2.拾取地層線

在拾取地層線時，首先在樹節點上先選定一個剖面，然後旋轉觀察各個剖面上的信息，以便確定哪些線屬於同一個地層，確定後再對剖面上的線進行拾取。拾取完成後，要設置每一條線所屬的地層，以便後面生成地層時進行識別。同樣，可以完成在剖面上增加一個地層線的功能，增加地層線時要根據專家的意見，合理增加，以便合理的控制地層的形態。由於剖面圖是在平面上繪制的，這樣就會有一定的誤差，表現在導入的剖面上，相同的地層線不能吻合，這樣就會對生成的地層產生影響，需要進行一定的編輯。系統按照需要提供了這樣的功能，首先在樹上選中一條地層線節點，並選擇編輯地層線功能，便可以完成對地層線的編輯操作。如圖5—95。

圖5—94 拾取斷層線

圖5—95 拾取地層線

（二）導入鑽孔數據

鑽孔數據主要包括鑽孔各地層深度、岩性、所屬時代等與地質結構相關的內容。鑽孔數量有240多個，主要分布在黑河流域平原區。鑽孔數據已裝訂成冊記錄，為符合建模數據的要求，把鑽孔全部錄入到地下水資源數據系統Access資料庫Gwexplore中。鑽孔數據是地質技術人員在野外鑽探現場記錄並整理的第一手技術資料，它對於模型的生成起直接或間接校正的作用，因此，要對鑽井數據進行充分利用。我們實現了對斷層鑽點、地層鑽點以及透鏡體鑽點的載入和編輯功能。

1.導入鑽孔數據

導入鑽孔數據時，首先切換到鑽孔模型樹下，選中「鑽孔集」根節點，然後選擇將導入的鑽孔數據文件，連接資料庫。完成了資料庫的連接之後，用戶可以選擇導入所有鑽孔或單個鑽孔信息，這樣就將鑽孔信息載入到了工區中。同樣，用戶也可以選擇斷開與鑽孔數據源的連接。如圖5—96。

圖5—96 導入鑽孔

2.編輯鑽孔數據

導入了鑽孔信息後，用戶可以對鑽孔進行一些編輯操作。首先在屏幕上選擇一個鑽孔，如果該鑽孔信息不符合實際情況，點擊右鍵將該鑽孔刪除。

導入了鑽孔數據後，選擇一個鑽孔，用戶便可以在該鑽孔上添加鑽點信息，並設置該鑽點所屬地質元素類型，即斷層、地層或透鏡體，並且制定所屬地質元素的名稱，如圖5-97，創建了一個鑽點，並指定該鑽點信息屬於地層「第四含水層」。創建的鑽點將嚴格控制地質元素的生成。

圖5—97 創建一個地層鑽點

（三）地表建模

1.地表的生成

生成地表的主要數據是地表離散點數據，地表離散點數據由ARCINFO格式數據轉換而來。組成等高線的平面線段與它的高程值一一對應，這樣，就有了地表的三維坐標集。系統輸入時，讀入組成等值線的各個點，即讀入各個線段的點，結合線段所對應的高程值，就形成了生成模型所需的離散點，系統使用這些離散點進行插值，生成地表。由於數據較多，這樣離散點的密度也大，以MAPGIS明碼文件存放的數據容量達到150多兆，如果把這些數據都輸入到系統中，插值生成地表面，那麼生成地表面的小三角形數量將會相當大，佔用過多的計算機資源，對後續模型的構建影響很大。同時，生成地表面時速度慢，效果不理想。因此就需要對這些離散點進行抽稀處理。抽稀的效果是減少等值線上的點的數量，由於等值線上有大量的點存在，按比值抽稀不會對它的精度造成影響。抽稀後，生成模型所需的離散點密度降低，離散點的數量減少，系統生成地表面時速度加快，地表面的平滑度提高。對於地表面的一些壞點，如高程值過高或過低的點，即高程高於地表最高點，或高程低於地表最低點的高程，這些點是由於誤差或數據轉換時造成的，使用這樣的點插值，就會造成地表面的起伏變化劇烈，地表面粗糟不平，影響地表面的光滑度。因此，對於這樣的點需要在輸入系統時進行剔除處理，即在系統輸入模塊中，採用門檻值進行限制，過高或過低的點剔除，不讓其參與建模。

將處理後的離散點數據導入到工區中作為控制點，採用DSI插值技術生成三角網，用這個三角網來描述地表的形態。

2.載入地表信息

（1）地理信息數據。地理信息數據包括河流、鐵路、公路、湖泊、城市等點、線、面圖元信息，這些信息對於增強三維可視化模型的內涵、增強模型的展示效果具有積極的作用。每項地理信息數據讀入後，採用OpenGL技術來實現這些圖元在三維模型中的顯示狀態，同時給出對應的屬性信息內容。但建模系統目前不做GIS方面的分析功能，留待後續開發時進行功能增強。

（2）遙感影像圖片。地表網格剖分完成以後，系統採用OpenGL的紋理映射技術，將衛星影像貼到地表，這樣使整個模型看起來更加真實，效果更好。為減少內存佔用量，衛星影像在保證可視化解析度的前提下，轉變為點陣圖圖像格式（.bmp）讀入。

為了使遙感影像圖片與生成的地表網格貼合得很好，位置更准確，系統採用三點坐標定位的方法對圖片進行校正。校正的方法是從圖片上選取三點，確保這三點不在同一條直線上，將它們分別記作P1、P2和P3，用戶要知道這三點的真實坐標值，為此可以選那些具有標識性的地理位置點。我們設圖片貼到地表上時這三點的坐標為Old_P1、Old_P2和Old_P3，而輸入的真實坐標為New_P1、New_P2和New_P3，依據最小二乘原理可以得到一個變換矩陣M。

用矩陣M對圖片的四個頂點進行變換，即可以得到校正後的圖片。圖5—98是載入了地理信息和遙感影像圖片的地表。

圖5—98 載入信息後的地表形態

3.網格大小的確定

模型所建的地質體如地表、地層、斷層和透鏡體等都是由網格相連構成面，面相包而組成體。構成模型的最小單位是小三角形，三角形的數量多少對模型的精度、系統運轉的快慢有直接的影響。

一般來說，生成模型的三角形網格過大，則模型面比較粗糙，模型不精細，甚至不能表現面的形態特徵，網格過小，則網格的密度大，對這些三角形運算需佔用大量的系統資源，使計算機處理的數據量劇增，從而使機器運行速度慢，如果離散點數據量過多或過少，則會使模型面較復雜，不能表現模型面的總體特徵。因此，在構建模型時，需要選擇合適的網格大小。

經過實踐，地表的網格大小選用50～200m的格網間距較好，機器速度和表面光滑度能達到協調統一。一般在模型初建中，選用200m的格網間距，機器速度快，如果需要對建模區域進行分割，如黑河流域模型，則在小盆地模型構建完成後，選用50m格網間距進行地表面生成，使地表面比較精細。

地層和斷層由於使用剖面圖上的線段進行建模，系統會自動在這些線段上加密離散點，選用100～200m的格網間距，對地層和斷層的生成影響不大，精細度也符合要求。透鏡體由於其面積小，對精度要求適中，因此網格大小選用50～100m的格網間距即可滿足需要。

對於柵格數據，如遙感影像圖片，其空間解析度可根據模型顯示的精度調整像素的大小。一般100～300dpi 即可。可根據需要把精細的具有800多兆的遙感影像圖片生成BMP、JPG等圖形格式，達到保證像素精度和減少內存佔用量的需要。

（四）斷面建模

1.斷面的生成

在斷面建模之前，要先導入剖面圖和鑽孔以及斷層線等信息。根據導入的剖面圖、斷層線和鑽孔信息，來生成模型的斷層。生成斷層有兩種方式，即根據剖面上的斷層剖面線和根據離散點數據生成。

將剖面導入三維建模軟體系統之後，對剖面上的斷層線進行分析，選定屬於相同斷層的剖面斷層線，然後進行剖分、插值生成斷層。如圖5—99所示。

圖5—99 根據剖面上的斷層線生成斷層

通過導入的離散點也可以生成斷層，或者在鑽孔導入三維建模軟體系統之後，通過在孔軌跡上指定斷層上的鑽點，然後通過剖分、插值生成斷層。如圖5—100所示。

圖5—100 根據離散點生成斷層

2.斷面的編輯

斷層生成之後，根據需要可以編輯斷層邊界和使用控制點編輯斷層，改變斷層面的形狀，還可以通過修改屬性框中的內容來編輯斷層的屬性等。如圖5—101所示。

圖5—101 根據離散點生成斷層

對地質體中的信息進行修改是重要的功能之一。課題組地質體模型的數據結構中，輸入可以是點集合和折線集合，但是折線集合也被示為有序點的集合。所以，對於點的編輯和修改是所有編輯和修改的基礎。由於一般圖形平台中很難解決計算機圖形學中的一個基本問題即「坐標變換」的深度問題，所以只能依賴於生成的三角網格面，實現沿著面和垂直面兩個方向的空間點的「位置坐標」編輯，即標量編輯。採用標量編輯，解決了「坐標變換」的深度問題，實現了不依賴於三角網格面的空間點編輯。

此外，還採用了「三維空間矢量點」的編輯功能。「三維空間矢量點」是指工區種的三維點不僅含有「位置坐標」的概念，還賦予每個點一個「方向矢量」。這樣，很容易對空間點進行方向上的編輯功能，我們稱謂「三維空間矢量點編輯」。本系統中多處採用了這種編輯功能，例如斷面上控制點的編輯、地層上控制點的編輯、光源矢量的編輯等。光源矢量的編輯效果如圖5-102所示。

圖5—102 光源矢量編輯功能

3.定義斷面關系

在建模時，對於工區中相交的兩個斷層，需要確認它們的相交關系，即哪一個是主切面，哪一個是被切面。通過定義它們的關系，實現主斷層面剪切輔斷層面的功能。在定義主斷層面時，一般選擇相對較高且長度大於被切斷層面在其上的投影面的斷層面，這樣選擇的要求可使系統較快地構建斷面網格。

斷層主輔關系定義之後，選擇「更新斷層」功能，生成切割後的斷層。圖5—103所示為定義斷層關系之後重新生成的斷層效果。

圖5—103 定義斷層關系

（五）地層面建模

1.地層面的主要內容

三維地質構造模型中的地層，是由地層中的若干圖元和圖元集合組成，包括：

（1）地層頂面：是由已知的地層數據離散點擬和出的地質曲面。

（2）地層離散點集合：是地層等值線上的離散點。

（3）地層井點集合：是鑽井鑽探到的地層頂面上的井分位點。

（4）地層控制點集合：是用戶在建模過程中手工可以添加到模型中的點，這些點在地層生成過程中會對地層形態起約束作用，用戶可以通過編輯這些點，來改變地層的形態。

（5）地層上的斷層線集合：是地層頂面被各個斷層切割出的斷層線的集合。

（6）地層等值線集合：是按照地層頂面深度在地層頂面上畫出的等值線集合。

（7）地層斷塊：是地層被斷層切割撕裂後形成的有頂有底有圍邊的封閉地質體。

我們建模時就是要根據這些數據來具體構建地層面。地層與地層之間可以相交，這導致地層形態變得復雜。有時某個地層會在與其他地層相交處缺失，從而出現所謂尖滅、侵入體和透鏡體的現象。下面我們將具體針對每一種地層現象具體討論其建模方法。

2.層狀地層

層狀地層是地層形態中最簡單的一種，既沒有裂口、也不與其他地層切割，僅是一個單獨的曲面。在這種情況下可以使用簡單的剖分與插值演算法來構造地層面。具體來講，就是經過簡單的三角剖分得到其三角網格，然後從已有離散點數據及剖面中的地層線數據中提取到離散點集合，以此作為依據對三角網格中的每個頂點進行插值，得到具有起伏形態的地層面。這里我們採用的生成連續曲面的方式是通過將平面細化為網格後，將三角網格的頂點插值生成曲面。曲面的光滑和精細程度由網格的密度決定。

根據如上的特點設計了復合法表示曲面的形式，即以矩形網格作為計算曲面，以三角網格作為顯示曲面，由兩種網格協作，共同表示連續曲面。矩形網格和三角網格表示同一個曲面，矩形網格用於查詢計算，表示的曲面比實際曲面要大，因為只作為背景網格不參與顯示，不關心曲面的邊界。

3.透鏡體狀地層建模

透鏡體的生成有兩種方式，即根據導入的物探等值線數據生成透鏡體，也可以根據剖面上的透鏡體線圖元生成透鏡體。透鏡體頂面生成後，需要編輯透鏡體尖滅線改變透鏡體的大小，使用控制點調整透鏡體形態，可以通過修改屬性框來編輯透鏡體的屬性、提取透鏡體表面等值線圖等功能。

（1）生成透鏡體頂面。生成透鏡體首先需要生成透鏡體頂面，根據導入的等值線離散點數據進行離散點化處理，然後進行限定剖分和插值或者剖面線圖元可以生成透鏡體頂面。如圖5—104所示為通過在剖面上選擇剖面線圖元生成透鏡體頂面。

（2）定義透鏡體尖滅線。透鏡體頂面生成之後根據實際的數據信息，可以定義透鏡體的大小。通過在頂面上定義透鏡體尖滅線來設置透鏡體的大小。如圖5—105所示：

（3）生成透鏡體。透鏡體尖滅線定義之後，可以生成透鏡體。對生成的透鏡體可以通過屬性框來設置其屬性信息，包括其顯示方式、顏色、圖元大小等與可視化顯示及參數有關的屬性項。圖5—106所示為生成的透鏡體。

（4）透鏡體的編輯。系統自動生成的透鏡體，有時不可能完全准確地表達實際的形態特徵，需要對其上頂面或下底面添加控制點加以調整，通過人為的方式改變控制點的空間位置。重新生成透鏡體，讓控制點參與透鏡體上下面的重新生成，則可以較好地改變透鏡體的局部形態。

圖5—104 生成透鏡體頂面

圖5—105 定義透鏡體尖滅線

圖5—106 生成的透鏡體

具體的操作是打開地質模型樹窗口內的需要編輯的透鏡體上、下面的「控制點集合」節點，然後選擇主菜單「透鏡體」下的「編輯控制點」功能項，通過滑鼠在透鏡體面需要調整的位置添加控制點，然後對添加的控制點進行編輯，重新生成透鏡體，透鏡體的形態即發生更改。

（5）透鏡體頂底面等值線的提取。透鏡體生成後，可以提取它的頂面和底面的等值線。

操作時，選定要提取等值線的透鏡體上面或下面樹節點下的「等值線集」項，選擇主菜單「透鏡體」下的「生成等值線」菜單項，即可提取該面的等值線。等值線的間距、標注高程、間隔、等值線顏色由技術人員在屬性框中自己定義。

4.侵入體狀地層建模

若兩個地層出現侵入體現象，則會在其中一個層面上出現閉合的「洞」，我們的剖分演算法可以處理這樣的情形。

在地下水地質結構中，存在著很多侵入岩的地質結構，是由於深部岩漿向上運移，侵入圍岩而未到達地表所形成的蘑菇狀、脈狀等形態岩體，對這類地質體，建模時需具體分析，具體對待。但有相同一點，它們都可看作是非層狀模型，當作一個小的子地質體，對這個子地質體進行建模，然後讀入總模型中，即可實現模型的整體顯示。地質體的建模將在下一節具體介紹。

5.地層的編輯

地層面生成後，根據實際需要編輯地層上的控制點來局部改變地層面的形狀，還可以通過修改屬性框內容來編輯地層面的屬性。

地層面生成後，不可能完全准確地表達地層的凸凹起伏狀態，需要添加地層控制點加以調整，用人工拖動的方式改變控制點的位置，之後，讓控制點參與地層面的重新生成，可以較好地改變地層面的局部形態。如圖5—107所示。（a）圖中使用了「三維空間矢量點編輯」功能。

圖5—107 地層面編輯

6.定義地層間關系

地層面在與斷層相交之後，地層在和斷層相交的地方要發生移動，形成斷裂的地層。斷裂地層的生成可以通過自動生成和人工設置兩種方式實現。自動生成是三維建模軟體系統根據斷層兩側的地層離散點空間分布自動計算出兩側的變形量，圖5—108即為自動生成的斷裂地層：

圖5—108 自動生成撕裂的地層

人工設置是通過人為設定斷層的斷距大小和變形方向生成斷裂的地層。圖5—109所示為人工設置生成斷裂的地層。

圖5—109 人工生成斷裂的地層

7.生成地層等值線

地層面生成後，三維建模軟體系統可繪制用戶指定含水層頂面/底面的等值線，此功能可以有效地解決等值線跨越斷層的問題，繪制等值線結果可以以用戶認可的形式提交給用戶。該功能對於工程應用是一項很實用的功能。

對指定的地層選擇「生成等值線」功能項，即可提取該地層的等值線。等值線的間距、標注間隔、等值線顏色由技術人員在屬性框中自己定義。如圖5—110所示。

（六）地質體建模

本演算法是在已知地層面和斷層面的情況下，採取變形場的方法來構造地質體。根據變形場建模的思想，所有的地質元素都是在逐步斷裂的情況下，形變達到當前的形態的，所以地質體的圍邊也是由初始的形態變形而成的。初始狀態的地層與斷層面相交形成的圍邊具有形狀簡單的特點，一般情況只有四個拐點，初始地層面的圍邊易於求解，所以可以採用通常的方法求得初始地層的圍邊，然後將變形場逐級作用於初始圍邊，就可以得到當前狀態下地層體的圍邊了。生成地層的具體演算法如下：

圖5—110 地層面等值線提取

（1）首先構建地層初始網格，及地層的初始外圍邊網格；

（2）按斷裂順序找到當前斷裂的斷面，直至地層沒有新裂口為止；

（3）復制一份斷層網格記為A，用地層裁剪斷層網格A分為若乾地層圍邊，分層後的斷層網格被復制兩份，一份是斷層左側地層裂口的內圍邊，一份是斷層右側地層裂口的內圍邊；

（4）將該斷層的變形場作用到地層上及其圍邊上，地層的表面網格發生形變，圍邊網格發生變形；

（5）按步驟（2），（3），（4）作用於地層面即可得到地層的體網格。

雖然在這個過程中地層和斷層有求交的操作，但這種操作可以保證是在連續地層面和斷面之間的求交，所以穩定性高，初始地層面的易於求交簡單。圖5—111至5—118為華北平原的地質體模型。

（七）三維可視化方法

1.生成剖面圖

我們首先切換到地質模型樹下，展開三維模型根節點，選中剖面集節點，也可以在剖面編輯菜單裡面選擇增加剖面選項，然後在三維圖中畫出剖面線，點擊右鍵即可完成。我們也可以直接讀取現有的剖面文件。

下面我們可以對剖面的屬性進行編輯，如對剖面線的坐標的修改。先選中一個剖面，可以選擇「剖面編輯」裡面的「增加斷層線」來建立斷層線，我們也可以選取現已有的斷層線，可以在屬性框里對其屬性進行修改。同樣也可以在「剖面編輯」的菜單里選擇增加地層線或增加透鏡體線來建立地層線或透鏡體線。圖5—119為單面的三維剖面圖。

模型還可以生成柵狀的剖面形態圖，如圖5—120。

圖5—111 華北平原三維地質模型圖（貼有地表衛星圖片）

圖5—112 華北平原三維地質模型（岩性設置）

圖5—113 華北平原三維地質模型圖

圖5—114 渤海水體模型

圖5—115 第一含水層組模型

圖5—116 第二含水層組模型

圖5—117 第三含水層組模型

圖5—118 第四含水層組模型

圖5—119 三維地質模型剖切面圖

圖5—120 柵狀剖面圖

2.生成剖切面

因為在沒有計算機圖形學的輔助之前，地質專家和地質工作者，就是通過二維的剖切面圖來分析地質構造。現在，有了計算機三維建模，目的在於幫助他們建立三維空間想像能力，從而實現從二維平面圖到三維地質體模型的過度。本模型使用的是基於Delaunay三角網格的剖切面（前文有介紹）。

下面主要是對地質體進行單面剖切，組合剖切和挖掘等功能。

圖5—121 剖切面的屬性框

（1）單面剖切。首先我們選擇「可視化」中的「添加單面剖切面」，然後在三維圖中用滑鼠進行剖面線的繪制，點擊右鍵即可完成。我們先做一個截面，被剖切的地質體根據截面的法向矢量與截面的兩側部分的法向矢量的夾角分為兩部分（正側與負側）。模型默認顯示的一側是與截面的法向矢量夾角小於90度角（正側）的。可以在剖切面的屬性框里圖5—121所示，進行切換剖切面對另一側進行觀察。

如圖5—122為一個單面剖切的效果圖：

圖5—122 單面剖切面效果

（2）組合剖切。首先我們選擇「可視化」中的「添加組合剖切面」，然後在三維圖中用滑鼠進行剖面線的繪制，點擊右鍵即可完成。

組合剖切（多面剖切）是在單面剖切的基礎上進行改進。我們先定義一個多截面的集合（本模型最多可以定義六個面）。首先可以根據截面集合中的第一個截面進行單面的剖切，儲存下來然後使第一個剖切面失效，再進行第二個截面的剖切，儲存下來後使其實效，同樣可以依次類推，直到所以截面都剖切完以後，再使前面幾個剖切面同時生效，這樣就可以生成一個組合剖切面。

當然和單面剖切一樣可以在屬性框里進行剖切面的切換來觀察另一側。

如圖5—123為一個組合剖切應用效果圖：

圖5—123 組合剖切面效果

3.生成挖掘體

首先我們選擇「可視化」中的「添加挖掘體」，然後在三維圖中用滑鼠進行多邊行剖面線的繪制，點擊右鍵即可完成。

挖掘剖切是組合剖切的一個特殊的應用，挖掘本身為一個封閉的多面剖切。

圖5—124為一個挖掘應用效果圖：

圖5—124 稜柱挖掘效果圖