面向隐伏矿体预测的三维地质建模与空间分析若干技术研究

论文摘要

矿产资源预测与评价逐渐进入基于GIS技术定量预测与评价的新阶段,GIS已成为矿产资源预测与评价定量化的核心技术。传统的二维GIS只能表达面上的信息,对于大比例尺下的隐伏矿体预测中矿床的三维空间信息往往不能很自然地表达与分析。三维GIS和三维地学建模系统的出现弥补了二维GIS的不足,使对地质对象进行真三维表达成为可能。然而在这种真三维空间数据环境下的矿产资源定量预测与评价过程中,需要有高效与稳健的三维地质建模和三维空间分析技术来支撑。论文首先对隐伏矿体预测中三维地质建模技术进行了研究,讨论了地质对象的空间数据表达,给出了一种通过表面建模建立地质体几何轮廓,由体素模型表达地质体,将体素模型以线性八叉树存储的解决方案。为了满足大规模地质体高分辨率下线性八叉树建模的需要,论文提出了一种硬件加速条件下的由面表示模型动态生成线性八叉树算法。算法利用深度缓存判断体元在实体内外,通过栈结构来存储八叉树分解的情况,在对栈的操作中输出编码,省去了结点的排序和压缩过程。进一步利用深度缓存中的信息,算法对实体进行了分块,并按分块构造线性八叉树达到加速效果。实验结果表明线性八叉树生成过程可以在高分辨率下快速地执行。为了满足地质控矿指标定量提取的需要,论文对隐伏矿体预测中基于体素模型的空间分析若干技术进行了研究。首先给出了一种适用于离散化三维地质空间的距离分析方法,该方法通过欧式距离变换生成欧式距离场进行量算。基于数学形态学滤波,论文提出了一种地质体趋势形态分析方法;论文利用欧式距离场与数学形态学对地质体形态起伏分析方法进行了研究,提出了一种对地质体形态起伏进行分级定量提取的方法。论文以数学形态学膨胀运算的原理生成空间实体的栅格缓冲体,提出了一种基于GPU的栅格缓冲体生成算法。基于这些空间分析方法,论文还对地质控矿作用模拟进行了研究,模拟了地质体控矿作用,岩体-围岩理想接触带控矿作用和接触面间倾角。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 本文背景与选题依据
• 1.2 相关研究进展
• 1.2.1 面向矿产资源预测的GIS技术
• 1.2.2 三维 GIS与三维地质建模
• 1.2.3 三维空间分析
• 1.3 本文研究意义与研究内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 章节安排
• 第二章 矿床的空间数据表达
• 2.1 矿床地质空间的抽象
• 2.1.1 地质体概述
• 2.1.2 矿床地质空间到地质体的分解
• 2.2 空间数据模型分析
• 2.2.1 空间数据模型的组成
• 2.2.2 空间信息模型与数据结构分析
• 2.2.3 三维空间数据模型分析
• 2.3 面向隐伏矿体定量预测的矿床三维空间数据模型
• 2.3.1 数据模型的选择与建模流程
• 2.3.2 线框建模
• 2.3.3 体素模型
• 第三章 基于线性八叉树的三维地质建模技术
• 3.1 空间实体的体素化
• 3.1.1 常规体素化
• 3.1.2 基于硬件加速的体素化
• 3.2 八叉树数据模型
• 3.2.1 八叉树的表达与存储
• 3.2.2 线性八叉树的编码与构造
• 3.2.3 八叉树与线性八叉树的生成
• 3.3 基于硬件加速的线性八叉树动态生成算法
• 3.3.1 算法概述
• 3.3.2 基本算法及其数据结构
• 3.3.3 活动结点分解的确定
• 3.3.4 栈顶更新操作
• 3.3.5 出栈操作
• 3.3.6 算法流程
• 3.3.7 算法加速
• 3.4 算法实验系统
• 3.5 算法实验与分析
• 3.6 地质对象的数据存储
• 3.6.1 地质体的数据存储
• 3.6.2 矿床规则块段模型的数据存储
• 第四章 面向控矿指标提取的空间分析技术
• 4.1 空间分析与数学形态学
• 4.2 空间距离分析
• 4.2.1 离散化地质空间下的距离测度
• 4.2.2 基于栅格数据的距离变换
• 4.2.3 面向离散化地质空间的三维带符号欧式距离变换及实现
• 4.3 地质体趋势形态分析
• 4.3.1 基于面状地质体的趋势面分析方法
• 4.3.2 基于数学形态学的趋势形态分析算法
• 4.4 地质体表面形态起伏分析
• 4.4.1 一种趋势-剩余分析方法
• 4.4.2 基于数学形态学与欧式距离变换的形态起伏分析
• 4.5 三维缓冲体分析
• 4.5.1 缓冲区分析与三维缓冲体分析
• 4.5.2 一种基于 GPU的缓冲体生成算法
• 第五章 基于空间分析的地质控矿作用模拟
• 5.1 地质体控矿作用的模拟
• 5.1.1 距离控矿作用的模拟
• 5.1.2 波幅控矿作用的模拟
• 5.2 岩体-围岩接触带控矿作用的模拟
• 5.2.1 岩体-围岩接触带的提取
• 5.2.2 岩体-围岩接触带控矿作用的模拟
• 5.3 接触面间夹角的模拟
• 5.3.1 问题概述
• 5.3.2 基于欧式距离场的夹角提取方法
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果