3D stratum modeling in urban geological information visualization

A conceptual model called virtual borehole is presented in practice engineering.Based on borehole data and the geologic section and by using GMS 6.0,MAPGIS software,the 3D stratum model of urban geologic information is established.The visual expression and analysis of 3D geologic data can be better realized in the open model established.

Regional Integrated Meteorological Forecasting and Warning Model for Geological Hazards Based on Logistic Regression

Information model is adopted to integrate factors of various geosciences to estimate the susceptibility of geological hazards. Further combining the dynamic rainfall observations, Logistic regression is used for modeling the probabilities of geological hazard occurrences, upon which hierarchical warnings for rainfall-induced geological hazards are produced. The forecasting and warning model takes numerical precipitation forecasts on grid points as its dynamic input, forecasts the probabilities of geological hazard occurrences on the same grid, and translates the results into likelihoods in the form of a 5-level hierarchy. Validation of the model with observational data for the year 2004 shows that 80% of the geological hazards of the year have been identified as ＂likely enough to release warning messages＂. The model can satisfy the requirements of an operational warning system, thus is an effective way to improve the meteorological warnings for geological hazards.

A DESIGN OF THREE-DIMENSIONAL SPATIAL DATA MODEL AND ITS DATA STRUCTURE IN GEOLOGICAL EXPLORATION ENGINEERING

The key to develop 3-D GISs is the study on 3-D data model and data structure. Some of the data models and data structures have been presented by scholars. Because of the complexity of 3-D spatial phenomenon, there are no perfect data structures that can describe all spatial entities. Every data structure has its own advantages and disadvantages. It is difficult to design a single data structure to meet different needs. The important subject in the3-D data models is developing a data model that has integrated vector and raster data structures. A special 3-D spatial data model based on distributing features of spatial entities should be designed. We took the geological exploration engineering as the research background and designed an integrated data model whose data structures integrats vector and raster data byadopting object-oriented technique. Research achievements are presented in this paper.

Digital Modeling and Visualization of Hydroelectric Engineering Geoinformation

描述空间趋势和地质的结构的复杂关系，基于地理信息系统和水力发电的工程地质学信息的可视化的数字建模被介绍。信息的函数视觉质问，空间切，绘画的节，和有水力的结构的联合分析被认识到。地质的模型能与地质的结构的形状数据匹配属性数据，并且为 3D 模型的空间质问和分析组织信息。用在 Laxiwa 水力发电的工程在上的应用 Huanghe 河在上游，方法提供 geoinformation，和溢洪道隧道的 geoinformationalong 轴的 3D 节看法的 a3D 平行节看法和质问结果，并且沿着有地下的结构的第 5 轴分别地。

多源数据融合的深埋隧道岩爆预测方法

为提高隧道设计阶段未开挖区域的岩爆预测准确性,提出了一种多源数据融合的隧道岩爆预测方法.综合隧道勘察和施工阶段的不同地质信息,采用基于证据关联系数的加权融合技术,构建了隧道精细化三维动态地质模型.建立了基于强度理论的岩爆可能性判定方法和基于能量理论的岩爆烈度预测方法,通过Hoek-Brown强度准则判断围岩是否发生岩爆,利用储能极限阈值和能量释放指数划分岩爆烈度,并将其应用于四川某隧道工程中.结果表明,所提方法可以实现隧道掌子面前方30 m范围内的岩爆精准预测,预测结果与隧道开挖实际岩爆的吻合率为95.8%.因此,该预测方法能够在隧道施工前预判岩爆烈度,为隧道岩爆防治提供指导.

信息量确定系数耦合模型的地质灾害易发性评价——以铜陵义安区为例

目的为研究地质灾害所带来的人员伤亡和财产损失等问题。方法以铜陵义安区为例,选取坡度、地形起伏度、工程地质岩组、距断层距离、斜坡结构、归一化植被指数(NDVI)6个评价因子,采用信息量模型(I)、确定系数模型(CF)及I-CF耦合模型建立义安区地质灾害易发性评价体系,利用受试者工作特征(ROC)曲线对模型进行对比和分析。结果坡度、地形起伏度对义安区地质灾害易发性评价影响程度较大的主要因子;信息量模型、确定系数模型、I-CF耦合模型的AUC值分别为0.890、0.884、0.913,说明,I-CF耦合模型预测精度优于另外两种单一模型。结论研究表明,采用I-CF耦合模型在义安区地质灾害易发性评价结果中效果更好,中、高易发区主要分布于南部、东南部及西部丘陵山区,主要涉及天门镇、顺安镇、新桥办事处、钟鸣镇及五松镇,该区域主要以矿业开发和城镇建设为主,同时地形起伏相对较大,植被覆盖较高,采矿现象普遍,灾害点比较集中,其中,采空塌陷地质灾害主要分布于天门镇、钟鸣镇和顺安镇一带,多为矿山早期开采遗留的老采空区导致,可对当地政府进行地质灾害防范工作具有重要指导意义。

基于BIM的公路边坡可视化管理方法研究

山地、丘陵地区的公路建设和运营中常伴有大量边坡,边坡的灾害问题已成为制约我国公路、铁路建设与运营发展的主要因素。目前,主流边坡信息化管理系统在信息集成领域存在缺陷,难以满足对各类复杂边坡科学监测与精细化管理的需求。为此,将BIM可视化技术引入到边坡监测与管理中,利用可视化模型“所见即所得”的优势与强大的数据集成能力改善沟通环境、提高管理效率。首先,通过地质钻孔数据解译结合地层层序优化逻辑确定地层层序、地层边界与分布范围,利用Dynamo节点开发基于钻孔数据的自动化建模程序,提出基于Revit+Dynamo的边坡地质BIM精细化建模方法。然后,提出联合OBJ-JSON格式储存模型关键属性信息的边坡模型轻量化导出方案,实现模型与地质信息的集成以及大体量边坡地质模型与Web的端互通,基于Three.js框架扩展WebGL原生代码优化BIM模型并开发了边坡BIM模型的Web端交互应用。最后,全方位分析涵盖项目全生命周期管理的内需并借助MySQL数据库技术将上述成果进行整合,开发了基于BIM的高速公路边坡的可视化监测管理平台并运用于实际工程。实例结果表明,基于平台建立的边坡可视化管理方案能够大幅提升案例公路边坡项目在运用阶段的管理水平与管理效率。研究为边坡信息化、可视化管理流程的制定和实施提供了参考。

基于信息量-Scoops3D联合模型的地质灾害易发性评价

贵渝管道沿线地势险峻、构造活跃、雨量集中,崩滑流等地质灾害十分发育,科学开展管道沿线地质灾害的易发性评估工作对确保其安全运行至关重要。本研究在查明管道沿线自然地质环境及地质灾害分布的基础上,结合管道沿线地形地质特征、管道展布与斜坡体的相互空间位置关系划分了101段适合管道工程特点的评价单元,基于信息量数理统计模型与Scoops3D物理力学模型对管道沿线地质灾害的易发性进行了评价。评价结果表明管道沿线地质灾害的高易发区主要集中在遵义及桐梓县附近,其中7段处于极高易发区,26段处于高易发区,20段处于中易发区,30段处于低易发区,18段处于极低易发区。通过ROC曲线分别求得信息量、Scoops3D以及二者联合模型的AUC值分别为0.796、0.683和0.803,结果表明信息量-Scoops3D联合模型的评价准确性最高。

管窥人工智能与大数据地球科学研究新进展

本期是《地学前缘》组织出版的“人工智能与大数据地质”主题专辑。它由17篇学术论文组成,涵盖了知识图谱、基于深度学习的图像识别、非结构化地质信息的机器可读表达、图形大数据与社区发现、关联规则算法、三维地质模拟与成矿预测、物联网与在线监测系统等不同主题,提供了极其有价值的应用场景和研究案例,在一定程度上反映了中国人工智能与大数据地球科学领域研究的最新进展,值得同行关注。

基于多源模型的粤北山区县域地质灾害危险性评价与驱动力分析

地质灾害危险性评价对降低地质灾害发生的不确定性及区域防灾减灾至关重要。本研究以粤北山区翁源县为例,选取与地质灾害密切相关的自然环境、区位距离与人类活动方面共13个评价指标,并基于皮尔逊相关系数进行评价指标相关性验证。采用信息量-随机森林耦合模型(Information-Random forest model,I-RF)对研究区地质灾害危险性进行评价,并结合地理探测器(Geodetector,GD)对地质灾害危险性驱动因子进行分析。研究结果显示:ROC曲线验证AUC值达到0.890,表明I-RF耦合模型可以较好地分析刻画研究区地质灾害危险性格局;研究区较高、高易发区主要分布河谷平原区和丘陵区,占比49.85%,中低易发区主要分布低山丘陵区,占比50.15%。县域中心龙仙镇遭受地质灾害的危险性较大,铁龙镇地质灾害危险性较低;因子探测结果显示高程、人口足迹和地质岩组是研究区崩塌、滑坡和泥石流三种主要地质灾害共有的诱发因子,交互探测结果显示高程是研究区地质灾害发生首要驱动因子,崩塌和滑坡主要受高程与距河流距离、地形起伏度和暴雨雨量交互驱动影响,泥石流则主要受高程与地形地貌、地质构造、水文气象和人类活动等方面评价指标交互驱动影响。总体来看,研究区地质灾害危险程度较高,应针对不同的地质灾害危险区和地灾类型,实施差异化的地质灾害防治措施。

不同降雨工况条件下的崩滑地质灾害危险性评价

为针对性地采取预防、避让、治理等地质灾害防治与管控提供依据,完善在地质灾害危险性评价中将降雨作为单一诱发因子参与评价体系的弊端,在大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨4种不同降雨工况条件下进行了研究区崩滑地质灾害危险性评价。以云南省元阳县作为研究区域,以栅格单元作为评价单元,选取地貌类型、高程、坡度、坡向、曲率、工程地质岩组、土地利用类型、断层距离和河流距离9个评价因子,采用主观的层次分析法与客观的信息量模型相结合的加权信息量模型对元阳县崩塌、滑坡进行了地质灾害易发性评价。研究结果表明:基于自然间断点法元阳县域可分为低、中、高、极高4类易发区,4类易发区面积分别占元阳县面积的21.55%,35.46%,25.53%和17.16%。利用ROC曲线得出区划结果精度AUC值为0.812,表明区划结果很好。在易发性评价基础上,以年平均最大日降雨量为诱发因素,分别对大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨4种工况条件下的研究区进行了崩塌、滑坡地质灾害危险性评价,得到了大雨([25,50) mm)工况、暴雨([50,100) mm)工况、大暴雨([100,250]mm)工况和特大暴雨(>250 mm)工况4种条件下基于极值假设的研究区崩滑地质灾害危险性评价结果,并对不同降雨工况条件下的地质灾害危险性评价结果进行了对比分析,确定了地质灾害危险性评价结果在不同降雨条件下的空间合理性。通过与实际调查结果的对比表明,4种不同降雨工况条件下的崩滑地质灾害危险性评价结果与实际高度吻合,说明评价结果具有较高的可靠性与合理性。

基于BIM的水电站三维结构模型可视化设计研究

随着计算机技术的发展,三维设计引发了设计行业的巨大变革,但是水电站设计与地形结构关联较紧密,地形地质条件多变且电站异形设计较多,机械设备管线布置复杂,还停留在传统的二维软件制图阶段。将建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)理念引入水电站工程设计中,可以进行水电站三维模型可视化设计的研究,探讨BIM中地形地质模型的建立方法。针对水电站实例,进行三维可视化研究与仿真,搭建水电站三维结构模型实例,简要介绍模型设计的过程,并展示最终模型成果。

秦巴山区地质灾害危险性评价研究——以汉中市为例

我国秦巴地区地质灾害多发,为了探索该区域地质灾害危险性分布特征,以汉中市为研究区,根据区内生态地质环境特点,选取海拔、坡度、岩土类型、距断层距离、距河流距离、距道路距离、年降水量、归一化植被指数、土地利用类型等9项因子构建地质灾害危险性评价指标体系。利用层次分析法和主成分分析法求得各评价指标的组合权重,在ArcGIS空间分析软件中将评价因子信息量值乘以指标的组合权重,再进行叠加分级处理,得到了研究区地质灾害危险性分区评价结果。结果表明:(1)根据信息量值和叠加分析得出断裂构造是研究区地质灾害发生的主控因子,且在临近河流、道路的区域极易发生地质灾害。(2)汉中市地质灾害极高、高危险区占全区面积的39.34%,主要横贯研究区中部;中危险区在境内分布相对零散,呈“大分散小集中”的特点,其中在汉中盆地地带较为集中;低、极低危险区占总面积的35.26%,主要位于研究区的北部和南部。

渑池县地质灾害敏感因子分析及易发性评价

为有效评价不同孕灾因子对地质灾害发育的敏感性及易发性,以渑池县为实例背景,开展了地质灾害孕灾条件分析,通过确定系数法、信息量模型分别评价孕灾因子对地质灾害的敏感性及易发性。结果表明:县域内的孕灾因子相对较多,主要包括地貌因子、高程因子、坡度因子、地质构造因子及地层岩性因子;在敏感性分析方面,5类孕灾因子的敏感性存在较大差异,敏感性由高向低顺序为:高程因子>坡度因子>地质构造因子>地貌因子>地层岩性因子;在易发性分析方面,高易发区的分布面积比例为17.66%,中易发区的分布面积比例为30.53%,低易发区的分布面积比例为28.52%,非易发区的分布面积比例为23.29%。通过研究,可为该县灾害防治提供坚实的理论基础。

高山峡谷地区地质灾害易发性评价——以怒江州为例

高山峡谷地区地质灾害频发,目的为探究地质灾害易发性空间分布状况,方法以怒江州为研究区,综合地质条件、气象水文、植被覆盖等因素,筛选高程、坡度、坡向、曲率、起伏度等12个共线性低的评价因子,构建区域易发性评价指标体系,并基于栅格单元采用信息量(information value,IV)模型、信息量-BP神经网络(information value-back propagation neural networks,IV-BPNN)耦合模型和信息量-支持向量机(information value-support vector machine,IV-SVM)耦合模型进行地质灾害易发性评价。结果结果表明:(1)用实际地质灾害点验证易发性结果,灾害点与3种易发性结果在空间分布上具有较好的一致性;(2)将易发性指数划分为低、中、高和极高易发4个等级,其中IV模型、IV-BPNN耦合模型与IV-SVM耦合模型的高+极高易发区面积占比分别为37.12%,32.36%,23.08%,高与极高易发区呈线状分布,主要集中在怒江、澜沧江、独龙江等水系沿岸地区、道路附近和地质构造活跃的区域;(3)IV模型、IV-BPNN耦合模型与IV-SVM耦合模型的受试者曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)的曲线下面积(area under the curve,AUC)分别为0.884,0.889,0.901。结论3种地质灾害易发性评价模型均有较高的预测精度,其中IV-SVM耦合模型准确率最高,分区结果较可靠,可为当地政府制定地质灾害防治措施提供参考。

基于信息量模型与确定性系数模型的曩宋河流域地质灾害易发性评价

云南省复杂的地质环境与大量的人类工程活动导致地质灾害频发,该区域的地质灾害识别与防治十分重要。本文以云南省梁河县曩宋河流域为研究区,选取高程、坡度、植被覆盖度、河流距离、工程岩组5个评价因子指标,基于确定性系数模型与信息量模型对流域内41处地质灾害区域进行分析并对研究区地质灾害进行易发性评价,利用ROC曲线对评价模型结果进行检验。结果表明,信息量模型检验得到的AUC值为0.804,确定性系数模型检验得到的AUC值为0.781,信息量模型更适用研究区的地质灾害易发性评价。研究结果可为云南省梁河县地质灾害防治工作提供参考。

基于GIS和加权信息量模型的富源县地质灾害易发性评价

富源县位于云南省东部,该区地形地貌复杂,地质环境脆弱,加之煤矿工程活动等诱发因素,导致地质灾害频发,危及人民生命财产和生产生活安全。构建科学合理的地质灾害评价体系对地质灾害防治工作具有重要意义。选取高程、坡度、工程地质岩组、地质构造、降雨量、水系、道路工程、煤矿工程活动8个指标,基于地理信息系统(geographic information system,GIS)和加权信息量模型对富源县进行地质灾害易发性分区评价。结果表明:煤矿工程活动与工程地质岩组是富源县地质灾害发育的重要影响因子,将研究区划分为低易发区、较低易发区、中易发区、较高易发区和高易发区,面积(占比)分别为383.8 km^(2)(19.54%)、449.77 km^(2)(31.12%)、759.67 km^(2)(23.53%)、1004.99 km^(2)(13.93%)和630.97 km^(2)(11.89%),其中地质灾害高易发区与采煤活动分布较一致,是灾害点较为集中的区域。通过ROC曲线验证,正确率为77.95%,表明区划较为合理,可以为富源县地质灾害防治提供参考。

基于不同耦合模型的区域地质灾害易发性评价——以河南商城县为例

为探索效果最优的地质灾害易发性评价模型,以商城县为研究区,结合其孕灾地质条件与地质灾害发育特征,分析地质灾害影响因素,从地理环境、地质环境、人类活动3个方面选取高程、坡度、坡向、剖面曲率、植被覆盖率、工程地质岩组、断层、道路、水系9个因子构建评价指标体系,运用证据权(weights of evidence,WofE)模型、信息量(information value,IV)模型、层次分析-信息量(analytic hierarchy process-information value,AHP-IV)耦合模型分别进行了地质灾害易发性分析。研究表明:AHP-IV耦合模型下的受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线的线下面积(area under curve,AUC)值最大,评价效果更为准确,更适用于商城县地质灾害易发性评价。通过评价可知,商城县地质灾害极高易发区沿沟谷、道路呈条带状分布,高易发区呈团状包围在极高易发区边缘,中、低易发区多分布在地势平坦、岩性较单一的北部平原地区。研究成果可为当地的地质灾害防治管控工作提供科学依据,也可为类似区域的地质灾害易发性分区提供参考。

煤矿地质应急救援信息系统设计与实践

随着煤炭资源大规模开采,煤矿地质灾害潜在隐患也越来越多,煤矿灾害事故往往具有突发性、偶然性和复杂性等特点。信息技术可以对多源信息进行快速集成与处理,是进行有效救援的重要支持手段。以煤矿安全生产实际为背景,结合地质勘查单位业务特点,在系统需求分析基础上,设计了系统功能,提出了系统建设的关键技术和实现方法,开发建设了符合煤矿地质应急救援实际需求的信息系统。以宁南煤田某煤矿为示范,验证了系统功能的合理性。

基于GIS的煤矿地质测量信息数据模型研究

该文从煤矿地质测量的基础工作入手,探究面向GIS的煤矿地质测量信息数据模型构建方法。通过煤矿地质基础工作、煤矿测量基础工作和水文地质基础工作收集海量的测量信息,构建煤矿地质测量信息的概念数据模型和逻辑数据模型。以数据模型为基础,融合信息分类与编码技术,设计煤矿地质测量空间信息系统(MSGIS),用点、线、面这些基本图素直观简洁地表示测量信息,准确形象地描述矿区地质模型,进一步提高系统的易用性和实用性。