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實體模型的構建

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實體模型的構建

文章插圖
系統提供了根據鉆孔數據來構建地下水三維模型的功能，也提供了根據多源數據（剖面圖、等值線、鉆孔、離散點）構建三維實體模型的功能，但目前多源數據構建三維實體模型的方法還不夠成熟和完善 。
圖5—131 從剖面圖中整理提取得鉆孔數據
圖5—132 剖面圖重構前后示意圖
圖5—133 剖面圖的三維顯示
圖5—134 剖面圖的三維查詢
1.基于鉆孔數據的實體模型的構建
根據研究區的鉆孔數據以及從剖面上提取的虛擬鉆孔數據可以很方便的構建地下水三維模型，如果虛擬鉆孔越能夠反映剖面上邊界線的變化趨勢，那么構建的三維實體模型精度就越高，基于鉆孔數據的實體建模流程如圖5—135所示 。
下面詳細論述該建模過程：
（1）選擇鉆孔，提取鉆孔數據，構建構建含水組層面初始DEM三角網 。對于特定的建模區域，可能會有數目眾多的鉆孔，這些鉆孔能夠提供的信息包括各個鉆孔的位置（地理坐標）、鉆孔的類型以及含水組的分層信息等 。這些信息雖然繁多但相對規整，可以存貯在數據庫中，形成特定區域的鉆孔屬性資料庫以備重復使用 。當用戶構建研究區的三維含水組模型時，首先可選取研究區一定數目的鉆孔，然后從鉆孔數據庫中提取各個鉆孔的含水組分層信息作為建模的原始數據，供下面的各個建模步驟使用 。
圖5—135 基于鉆孔數據的華北地下水建模流程
圖5—136 含水組骨架模型示意圖
然后從原始鉆孔數據庫中獲取各鉆孔的孔口位置，構建含水組層面初始DEM三角網 。這個初始DEM三角網是構建含水組各個層面的基礎，可根據其生成三維含水組模型的骨架結構 。但顯然，并非研究區內所有含水組在各個鉆孔中都有揭露（如：圖5—136中鉆孔ZK02就缺失了含水組C—3） 。對缺失含水組的處理方法有兩種：①一般的多層DEM建模法是將其當作尖滅含水組進行處理（如圖5—136（a）所示），假定缺失含水組在鉆孔位置處尖滅，那么該含水組分界面的控制點應該與該層上一層的層底或下一層的層頂（如圖5—136（a）中的P0點）重合 。②另一種處理方式認為缺失含水組并非一定在鉆孔位置處尖滅，該含水組可能被流水侵蝕掉一部分后在其他位置而非鉆孔處發生尖滅，因此，可采用一定的插值算法求出缺失含水組在鉆孔位置處的初始高程（即未被侵蝕前的含水組分界面高程），然后再作相應的調整處理 。本文采用后一種方法構建華北地下水的模型 。
（2）插值缺失含水組在鉆孔位置處的初始高程 。為求出缺失含水組在鉆孔位置處的初始高程，可采用特定的插值算法（如距離反比加權法、自然鄰近點法、克立格法等）進行計算 。
（3）調整高程 。對于插值出來的含水組面高程，需要與原始鉆孔數據比較，并進行適當的調整處理 。以圖5—136（b）所示的情況為例，含水組面3在鉆孔ZK02處的插值結果既有可能高于點P0（如點P1），也有可能低于點P0（如點P2）；這取決于含水組面上已知控制點的高程和使用的插值算法 。對于插值出來的含水組面高程高于點P0的情況，不需要進行任何特殊的處理，因為在建模的第（7）步（見下文）可以將其調整回來；對于插值結果低于點P0的情況，需要強行將其設定為與點P0的高程相等，因為插值出來的含水組面高程雖然與原始鉆孔數據不符，但建模的第（7）步卻不能將其調整回來，只能在第（3）步先進行高程調整處理 。這樣，經過第（2）、（3）步的工作，求出了缺失含水組在鉆孔位置處的初始高程，為下面的建模工作（如含水組加密、插值等）奠定了基礎 。
（4）加密初始DEM三角網 。對初始DEM三角網進行加密，生成“主TIN”（加密后的含水組層面DEM三角網） 。所謂“主TIN”（Primary TIN），是指以鉆孔孔口坐標為基準，結合建模區域邊界條件，采用標準的三角網加密算法加密后生成的一個三角網 ?！爸鱐IN”不僅定義了待構建的三維含水組模型的外邊界，還能夠表達建模區域各個含水組層面的拓撲關系 。“主TIN”可以看做是確定建模區域含水組拓撲關系的一個“模板”，它可以沿著鉆孔深度自上而下推延至建模區域的全部含水組 。這樣可以保證各個含水組層面具有確定的、上下一致的拓撲關系，能夠極大地簡化后續處理的復雜度，增強算法的穩健性 。
（5）對加密后的含水組層面高程進行插值 。分別提取各個含水組層面的控制點高程信息（包括鉆孔數據庫中的數據、地質剖面中的控制點數據、含水組等值線數據、含水組高程點數據），然后利用這些點插值求“主TIN”上各個未知點的高程值；如果“主TIN”上的點與鉆孔的坐標（指二維平面坐標）一致，則該點的高程不需要插值，直接與鉆孔所揭示的含水組控制點高程（在建模的第（3）步已經確定）一致 。

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