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实体模型的构建

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实体模型的构建

文章插图
系统提供了根据钻孔数据来构建地下水三维模型的功能，也提供了根据多源数据（剖面图、等值线、钻孔、离散点）构建三维实体模型的功能，但目前多源数据构建三维实体模型的方法还不够成熟和完善 。
图5—131 从剖面图中整理提取得钻孔数据
图5—132 剖面图重构前后示意图
图5—133 剖面图的三维显示
图5—134 剖面图的三维查询
1.基于钻孔数据的实体模型的构建
根据研究区的钻孔数据以及从剖面上提取的虚拟钻孔数据可以很方便的构建地下水三维模型，如果虚拟钻孔越能够反映剖面上边界线的变化趋势，那么构建的三维实体模型精度就越高，基于钻孔数据的实体建模流程如图5—135所示 。
下面详细论述该建模过程：
（1）选择钻孔，提取钻孔数据，构建构建含水组层面初始DEM三角网 。对于特定的建模区域，可能会有数目众多的钻孔，这些钻孔能够提供的信息包括各个钻孔的位置（地理坐标）、钻孔的类型以及含水组的分层信息等 。这些信息虽然繁多但相对规整，可以存贮在数据库中，形成特定区域的钻孔属性资料库以备重复使用 。当用户构建研究区的三维含水组模型时，首先可选取研究区一定数目的钻孔，然后从钻孔数据库中提取各个钻孔的含水组分层信息作为建模的原始数据，供下面的各个建模步骤使用 。
图5—135 基于钻孔数据的华北地下水建模流程
图5—136 含水组骨架模型示意图
然后从原始钻孔数据库中获取各钻孔的孔口位置，构建含水组层面初始DEM三角网 。这个初始DEM三角网是构建含水组各个层面的基础，可根据其生成三维含水组模型的骨架结构 。但显然，并非研究区内所有含水组在各个钻孔中都有揭露（如：图5—136中钻孔ZK02就缺失了含水组C—3） 。对缺失含水组的处理方法有两种：①一般的多层DEM建模法是将其当作尖灭含水组进行处理（如图5—136（a）所示），假定缺失含水组在钻孔位置处尖灭，那么该含水组分界面的控制点应该与该层上一层的层底或下一层的层顶（如图5—136（a）中的P0点）重合 。②另一种处理方式认为缺失含水组并非一定在钻孔位置处尖灭，该含水组可能被流水侵蚀掉一部分后在其他位置而非钻孔处发生尖灭，因此，可采用一定的插值算法求出缺失含水组在钻孔位置处的初始高程（即未被侵蚀前的含水组分界面高程），然后再作相应的调整处理 。本文采用后一种方法构建华北地下水的模型 。
（2）插值缺失含水组在钻孔位置处的初始高程 。为求出缺失含水组在钻孔位置处的初始高程，可采用特定的插值算法（如距离反比加权法、自然邻近点法、克立格法等）进行计算 。
（3）调整高程 。对于插值出来的含水组面高程，需要与原始钻孔数据比较，并进行适当的调整处理 。以图5—136（b）所示的情况为例，含水组面3在钻孔ZK02处的插值结果既有可能高于点P0（如点P1），也有可能低于点P0（如点P2）；这取决于含水组面上已知控制点的高程和使用的插值算法 。对于插值出来的含水组面高程高于点P0的情况，不需要进行任何特殊的处理，因为在建模的第（7）步（见下文）可以将其调整回来；对于插值结果低于点P0的情况，需要强行将其设定为与点P0的高程相等，因为插值出来的含水组面高程虽然与原始钻孔数据不符，但建模的第（7）步却不能将其调整回来，只能在第（3）步先进行高程调整处理 。这样，经过第（2）、（3）步的工作，求出了缺失含水组在钻孔位置处的初始高程，为下面的建模工作（如含水组加密、插值等）奠定了基础 。
（4）加密初始DEM三角网 。对初始DEM三角网进行加密，生成“主TIN”（加密后的含水组层面DEM三角网） 。所谓“主TIN”（Primary TIN），是指以钻孔孔口坐标为基准，结合建模区域边界条件，采用标准的三角网加密算法加密后生成的一个三角网 。“主TIN”不仅定义了待构建的三维含水组模型的外边界，还能够表达建模区域各个含水组层面的拓扑关系 。“主TIN”可以看做是确定建模区域含水组拓扑关系的一个“模板”，它可以沿着钻孔深度自上而下推延至建模区域的全部含水组 。这样可以保证各个含水组层面具有确定的、上下一致的拓扑关系，能够极大地简化后续处理的复杂度，增强算法的稳健性 。
（5）对加密后的含水组层面高程进行插值 。分别提取各个含水组层面的控制点高程信息（包括钻孔数据库中的数据、地质剖面中的控制点数据、含水组等值线数据、含水组高程点数据），然后利用这些点插值求“主TIN”上各个未知点的高程值；如果“主TIN”上的点与钻孔的坐标（指二维平面坐标）一致，则该点的高程不需要插值，直接与钻孔所揭示的含水组控制点高程（在建模的第（3）步已经确定）一致 。

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