[01849094]矿区地上下三维集成建模与分析关键技术

矿区地下井巷工程错综复杂且开采活动频繁，地下开采引起的地表沉陷、建筑损毁、工程塌方事故已造成严重的矿山安全问题，亟需建立矿区地表及矿井上下可对照的一体化三维集成模型，进而实现井下设备及人员定位与可视信息查询、采矿仿真与采动影响分析；而地上建（构）筑物、地形、地层地质体及地下工程的地上下三维无缝集成建模与空间分析关键技术，是地球空间信息领域的前沿与热点。该项目在国家杰出青年基金课题“资源开采科学与工程”、国家863计划课题“地上下无缝集成的三维空间数据模型与关键技术”及国家自然科学基金课题“真三维地学建模实体无缝表达与拓扑描述研究”资助下，针对矿区地上下集成建模、可视化、设计、分析与应用的重大需求，从复杂空间目标认知与地下多源异构数据融合入手，研究提出了一种基于约束Delaunay不规则三角网（CD-TIN）耦合的地上下无缝集成三维空间数据模型，实现了大范围地上下空间对象的一体化三维无缝集成建模；提出了一种顾及语义的地上下集成表达的多尺度细节层次模型组（LOD）及其数据组织方法，实现了地上下空间对象的组织管理、动态调度、多分辨率表达与动态更新；提出了一种三维矢栅高效转换并行算法及基于K阶栅格邻域的拓扑关系分析模型，实现了三维空间实体拓扑关系的定量计算与定性分析；提出了一种地上下统一空间编码与索引方法（QuaPA+），实现了地上下空间对象的高效统一检索；设计了一系列集成可视化操纵与空间分析算法，实现了微机环境下大区域地上下集成模型百万级三角面片的流畅可视化与地层模型亿级格网单元的剖分与属性插值计算。 该项目成果突破了地上下三维集成地理信息系统的一系列关键技术，已申请发明专利2项；获国家软件著作权登记4项；相关技术与软件已在矿山、地质、岩土等领域推广应用，取得了显著的社会和经济效益，并在国土城市、水利工程、地下工程、防灾减灾等领域有广泛的应用前景，可望推动我国数字矿山、数字岩土工程、数字城市的科技创新与技术进步。