基于工程约束的地质勘察（查）图形库设计与管理

作     者：刘树惠 

作者单位：中国地质大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴冲龙

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 081203[工学-计算机应用技术] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：图形库 对象-关系数据库 数据一致性 工程约束 地质勘察(查)图件 

摘      要：地质勘察(查)中的原始空间数据和成果资料不但庞大、复杂,而且存在着较强的联系。如何有效地管理和利用这些复杂的勘察(查)资料及其之间的内在联系,为地质勘察(查)工程的实施提供分析依据和决策支持,是本论文所要探讨的问题。 随着CAD技术的广泛应用和地质勘察(查)领域自身的快速发展,以及工程项目的不断增加,图件的安全存取及有效管理变得非常重要。本课题旨在研究能够实现勘察(查)资料、图件的一体化管理的途径与方法,并着重探索了以GeoView为GIS平台,在“水利水电三维地质信息系统中开发出在工程约束下的图形库,实现了勘察(查)属性数据与空间数据的相互响应、相互制约,以及两种数据的一致性维护。实践结果表明,该项技术提高了勘察(查)资料的安全性、一致性、准确率和利用效率。 本文主要从以下几个方面进行了研究和讨论: 1.理论基础准备 地质体、地质现象和地质过程是十分复杂的,因而地质勘察(查)工作所获取的空间数据也具有纷繁复杂且相互联系的特征。大量的实践表明,只有通过面向对象的分析及设计技术,才能更好地利用这些数据及其之间的相互联系来描述地质体、地质现象和地质过程。本文在讨论面向对象设计思想及其特色的基础上,通过对水利水电工程地质勘察(查)和设计实体对象的具体分析,建立了相应的地质实体模型及其平面图几何特征对象和剖面图几何特征对象,为基于工程约束的地勘图形库设计与管理提供了理论基础。 庞大而复杂的地勘空间数据需要采用数据库方式来管理和调度,因此数据库技术在产生的初期就被用于地质勘察(查)图件数据管理,近年来,随着对象-关系数据库技术的产生和发展,地质勘察(查)空间和属性数据的一体化管理得到了普遍的重视和广泛的应用。采用对象-关系数据库的方式来一体化管理地质勘察(查)空间数据和属性数据,既有利于数据的一致性和协调性,又有利于数据的重复利用和共享。因此,对象-关系数据库技术自然也成为本文设计和实现地质勘察(查)图形库的技术基础。为了提高图件编绘效率和编图技术的自适应性,本文还采用了参数化方法和对象-关系数据一致性维护方法。 2.地质勘察(查)图件的数据来源分析 图件是地质勘察(查)成果的主要表达形式,由于其内容庞杂且编绘过程十分繁琐,实现地质勘察(查)图件的计算机辅助编绘,是地勘工作信息化的主要目标之一。地勘图件具有类型多、数量大、内容丰富、结构复杂的特点,其编制需要耗费巨大的工作量,同时勘察(查)图件作为地质工作的成果表达和实际应用的依据,同样具有精确性和一致性的特点。计算机辅助编绘技术不但可提高制图工作效率,更是有效利用管理这些图件的前提,其中地质勘察(查)图件的一致性也是本文研究的重点。 考虑到Geoview软件平台本身具有较强的图形编辑系统、三维可视化功能,以及与对象-关系数据库的高度集成水平,本文基于工程约束的地质勘察(查)图形库设计与管理采用了Geoview软件平台。Geoview软件平台的数据来源分成两部分:一是来源于GeoView主题数据库,如钻孔、平硐、地质点、测绘点、实测剖面等地质对象,各地质对象以数据表的形式独立存放在关系数据库中;二是直接从GeoView三维地质模型提取的地质线条,如平面图中的首曲线、计曲线、构造线、岩层界线等,这些地质线条作为地质面或地质体的一部分存在三维地质模型中。在Geoview软件平台的支持下,不仅有利于工程约束模型的建立,而且便于地质勘察(查)图形库的建立,从而能够有效地调度与融合这两类数据,使地质勘察(查)图件编绘的数据一致性、准确率都得到提高。 3.建立约束模型 地质勘察(查)图件按照几何投影方式及信息表达功能可分为五类:柱状图类、平面图类、剖面图类、立体图类、展示图类和分析图类。各个图类之间存在着密切的内在联系,如一个钻孔对象,在平面图上表现为点对象,在剖面图和立体图上表现为线对象,而钻孔柱状图则全面描述此钻孔的所有岩性、结构、构造、水文等情况。不管在什么状态下,它们之间相互关联、相互影响,都应当要保持数据一致性、相容性和准确性。为此,地质勘察(查)图形数据库设计需要建立以基本图类为代表的工程约束,以便充分利用其内在联系在实现多种图类的相互转化的同时保证其数据的一致性、相容性和准确性。 当给几何体赋予了具体的工程意义后,几何体的形状和大小的约束就受到了工程中产品的功能需要的限制,此时的约束称为工程约束。约束的概念最早是在设计领域提出并应用的,近年来在也开始被应用于地质勘察(查)图件的编绘中,本文则将其应用到地质勘察(查)图形库的管理上。在资源勘察(查)图形库管理中,工程约束是指地质勘察(查)图件与图件之间以及图件与属性数据之间的关联约束。考虑到地质勘察(查)图件的数据来源不同,本文将其分成以平面图为中心的约束和以三维地质模型为中心的约束两种情况,并分析两种情况下各数据之间的关联关系,进而建立了两种约束关系模型。 4.地质勘察(查)图形库的设计与实现 主题式对象-关系数据库是有效管理数据的平台,有效的数据结构和数据存储方式能够给数据管理和利用带来极大的方便。本文设计了属性数据库和空间数据库,包括地质勘察(查)图件的存储结构和图层的划分。分别以平面图为中心和以三维地质模型为中心设计参数驱动模型,并将其在“水利水电三维地质信息系统中实现。 本课题研发的总目标是在已有水利水电三维地质信息系统二维图件的基础上,建立图件之间、图件与属性数据之间的工程约束关系,以实现地质勘察(查)数据的合理管理、有效利用及维护。本文的研究取得了以下创新性成果: 1.采用工程约束规则设计了地质勘察(查)图形库,有效地解决了传统CAD系统中没有约束机制时,不能很好的维护数据一致性问题。 2.基于工程约束实现了地质勘察(查)图件与图件之间、地质勘察(查)图件与属性数据之间的关联检索和连动更新,实现了勘察(查)资料的一体化管理。