基于GIS的地层产状空间插值方法研究

论文摘要

滑坡灾害的发生,与坡度坡向、地层产状、地层岩性等有着密切的内在联系。近年来,GIS技术在滑坡灾害研究中发挥了越来越大的作用。坡度坡向图可借助GIS软件的相应模块对数字高程模型(DEM)直接生成。但地层产状点的获取受地形地貌、测量手段等众多因素限制,获得的数量极其有限。若利用GIS软件中的空间插值方法直接生成地层产状趋势面,精度极低。本文旨在探索出如何借助GIS软件的相关功能,将少量产状点空间插值生成精度较高的岩层产状面。本文首先介绍了空间插值的概念、分类,并比较了几种常用空间插值算法各自的优缺点。针对地质现象复杂多变的特点,对其插值时不能靠一种固定的、单一的插值方法,应在运用一般插值方法的基础上,根据地质原理和相关约束条件对插值方法进行改进,进而提出最优的空间插值方法。在此基础上,本文详细阐述了改进后的地层产状点空间插值原理：由于不整合接触、褶皱、断层都会改变原始岩层的产状,插值时需要着重考虑这些限制因素,要对现有数据进行分区,使每片分区内的岩层近似符合整合接触关系。产状点插值具体的技术流程包括实现原始数据的预处理、分区、插值方法的选择及实现、插值结果的评价等。最后选取了地质构造较为复杂、滑坡灾害严重的云南省新平县为例,详细介绍了如何借助ArcGIS的相关功能,将少量产状点空间插值生成精度较高的地层产状趋势面。实现方案中采用多种方法使采样点的数量增大、且分布更为均匀,有效提高了后续的插值精度。同时利用确定性插值方法、地统计插值方法和不规则三角网(TIN模型)三种形式来创建地层趋势面,并从中选出张力样条函数插值、高次曲面函数插值、TIN的地层趋势面生成倾角倾向图。并以已知产状点文件为标准,对这三种方法进行评价,发现张力样条函数插值较为适合地层产状的空间插值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 2 空间插值介绍
• 2.1 空间插值的概念
• 2.2 空间插值的分类
• 2.3 几种主要的插值方法
• 2.3.1 反距离权重插值
• 2.3.2 全局多项式插值
• 2.3.3 局部多项式插值
• 2.3.4 径向基函数插值
• 2.3.5 克里格插值方法
• 2.4 本章小结
• 3 地层产状插值原理与实现方案
• 3.1 产状点插值原理
• 3.1.1 基本概念
• 3.1.2 插值原理
• 3.2 实现方案
• 3.2.1 ArcGIS常用模块
• 3.2.2 技术流程
• 3.3 本章小结
• 4 地层产状插值应用实例
• 4.1 研究区概况
• 4.2 前期处理
• 4.2.1 数据预处理
• 4.2.2 分区
• 4.3 抽取地层界限点
• 4.3.1 赋地层界限点标高值
• 4.3.2 生成产状点倾角趋势图
• 4.4 计算各地层界限点在参考地层的对应点标高
• 4.5 计算产状点在参考地层的对应点标高
• 4.6 生成地层趋势面
• 4.6.1 确定性插值方法
• 4.6.2 地统计插值法
• 4.6.3 不规则三角网法
• 4.7 生成倾角倾向图
• 4.8 方法评价
• 4.9 本章小结
• 5 结论与讨论
• 5.1 结论
• 5.2 讨论
• 致谢
• 参考文献