多源数据融合在工程物探地质建模中的创新实践与挑战

摘要：在地质研究不断深入的背景下，三维可视化地质建模技术已成为信息科学与地球科学交叉领域的研究热点。笔者对传统的三维地质建模方法进行研究、改进，形成一种新型的三维地质建模新方法。新型三维地质建模方法主要应用于地质领域，在多源异构地质数据融合、大规模高精度建模、地质网格细分、属性建模技术和遥感图像融合等方面取得了新的进展。

关键词：多源异构;钻孔数据;大规模高精度建模;网格剖分

国内学者也对三维地质建模的理论与技术进行了不懈的探索。三维地质建模从软件开发到应用实践近年来都出现了较好的发展势头，但也存在很多急需解决的问题。本文旨在讨论三维地质建模的应用领域、具体作用、应用现状、存在困难、发展趋势与改进建议，以期促进三维地质建模技术的发展以及在国内的应用范围与深度。

1 新型三维建模方法关键技术

1.1 概述

本文提到的新型三维建模方法是指在传统的三维地质建模技术基础上，结合多源异构数据处理技术、整体模型数据库技术、局部建模无缝拼接技术和遥感技术方法后发展出来的新的系统性三维地质建模方法。基于此方法的理念，研发出地学深探软件部分功能，并应用于此次建模。

1.2 多源异构数据处理技术

1.2.1 地质数据特点

三维建模数据具有多源异构的特性，即同一地区会有多元数据描述该地区的地质现象。例如：遥感数据、钻孔数据、剖面数据、物探数据等。每一类数据可能有多个源头，即由多个单位提供。虽然该地区的地质现象是特定的，然而这些多源异构地质数据的一致性与正确性是难以保障的，从而导致地质大数据质量的不确定性。

1.2.2 异构数据同构化

多源异构数据处理技术是利用各种来源的数据融合进行地质建模，无论是物探数据、钻孔数据、平面地质图、剖面图，还是地形地貌、遥感资料等数据，首要问题都是将异构数据转换成同构的矢量数据（点、线），然后为生成地层面、断层面和岩体表面等曲面提供基础数据源。

1.2.3 数据冲突优先级

多源异构数据处理技术解决的另一个核心问题是当各类数据出现矛盾时，冲突数据在建模过程中的优先使用级别问题。本方法处理过程采用精度优先原则，即源数据的使用优先级和勘探精度正相关，精度越高优先级越高。

2 多源数据融合方法

实践证明， 地质工作日益困难， 遥感、地质、地球化学等多源地学信息需要相互结合并综合应用， 方能实现更满意的地质应用效果。融合是指收集不同信息源的多格式信息并集成， 进而获取更加完整、准确并有效的综合信息的过程 ， 融合的数据更简洁、冗余度小， 用途更加广泛。多源数据中， 勘探工程资料能提取出地层、构造、岩体、矿体等建模对象的二维投影线， 但不能指示建模对象的空间揭露点;钻孔资料内有丰富的钻孔揭露信息， 以钻孔揭露点作为控制点， 进而校正层面;地质填图数据、物化探解译数据在无地质数据控制的外围和深部区域提供数据支撑;遥感数据、地质填图数据可丰富地上三维模型。

在实际建模工作过程中， 仅以地质数据建立三维模型得到的地质面会按现有数据的趋势进行空间延伸。需加入地质填图数据和物探解译的成果， 以地质填图成果确定地质体的地表出露形态， 以物探解译成果对模型深部及数据空白区进行数据约束。在地质数据和物探数据差异较大的区域， 选择以地质数据为准对物探数据进行趋势拟合。

3 几点建议

3.1 国家应继续对三维地质建模领域的支持

虽然国产的三维地质建模软件已经从无到有，若干国内公司已经具有自我造血功能，但从国家层面一定要清醒地认识到三维地质建模是一项涉及到众多国民经济关键行业的基础性的技术，该技术对于众多行业的技术进步具有控制作用。三维地质建模的很多关键技术问题还没有真正解决。发达国家在该领域还具有明显的优势，这些优势有可能在“市场自由竞争”的幌子下扼杀国产软件的生长和发展。因此在国家自然科学基金委、科技部、国土资源部地质调查局等部门还应该继续加强对三维地质建模方向的支持，除了支持高等院校、研究所的基础理论研究，还应适当支持公司对实用技术的研究。只有理论与技术并重，才能打造出能为广大用户接受的三维建模软件产品。

3.2 三维地质建模要与专业应用紧密结合

从国际和国内的经验来看，三维地质建模应与专业应用结合起来，例如与沉积环境分析、构造分析、油藏描述、地球物理勘探、数字矿山、地上下一体化的数字城市管理等专业应用相结合，这样做出来的具三维地质建模功能的产品才有用户愿意付钱，产品也才能具有自我造血功能。

需要三维地质建模功能的行业很多，不同行业都有自身的专业特点，一个公司将一个行业做精做透就会有自己的生存空间，不要指望一款软件适用所有行业。

3.3 加强相关标准的制定与维护

由中国地质调查局组织，中国地质调查局发展研究中心牵头制定的《三维地质数据模型交换格式（Geo3DML）》是一个正确的发展方向。但鉴于三维地质模型的复杂性和应用行业的多样性，这个标准还不可能一出台就十分完善，需要在应用中不断地修改与完善。另外，中国地质调查局以及及各专业部门的地质局应该组织一批应用示范工程，在应用示范工程中增加对勘探成果三维地质建模的要求，对该标准进行广泛的应用试验，并给予一定的专项经费支持，在应用中发现问题，及时组织对标准的修改完善，或者根据本行业的勘探工作特点制定既与该标准总体风格、基本内容一致，又适合本行业专业特点的专用标准。

3.4 逐步在勘探规范中增加对三维建模的要求

在勘探规范中增加三维地质建模要求将是一项涉及面广、政策性强的工作，它与现在地质报告审查中强调市场规则、尊重用户（出资者）的要求的原则怎样协调，可以调研、借鉴国际上在这个方面的处理方式。国外很多矿权交易市场要求挂牌交易矿权的区块提供三维地质模型，很多国外勘探项目都被要求提供三维地质建模成果。将行政手段与市场需求结合起来促使地质勘探成果的三维地质建模。

3.5软件开发者设法降低软件的操作复杂度提高软件的容错与集成能力

虽然三维地质建模工作本身确实很复杂，但软件开发商还是要想方设法降低软件的操作复杂性，增强软件的健壮性与容错功能，用鲁棒、智能的算法容忍“未及”、“过伸”等瑕疵。在大数据时代，各种不同来源、不同类型、不同精度数据的集成与整合在所难免。三维地质建模软件需要“容忍”各种数据的不精确、操作的不准确。

结束语

技术的进步不可逆转，但同时又是一个缓慢的、渐进的、由局部到全局的过程。2002～2005年，国土资源大调查项目中设立了一个工作项目，开展地质体三维建模的现状调研、示范研究后，得出的结论是“三维地质建模从数据模型到技术方法仍然没有成熟”（杨东来等，2007），虽然10年过去了，国产的三维地质建模软件从无到有，但上述结论总体情况仍然没有改变。正如姜作勤所指出的那样，地质专家早在80年代末提出三维地质建模的功能需求，20多年过去了，结果并不令人满意，将3维建模纳入地质调查流程还有很长的路要走（姜作勤，2013）。中国三维地质建模从研究学者到软件厂商都任重而道远，国家相关部门需要给他们创造一定的条件，勘探项目的负责人应积极地在项目中使用三维地质建模技术。

参考文献

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