Трехмерное моделирование геологической среды на основе топогеодезических карт
Сидиков Фарход Уктамджонович, главный геолог
Научно-исследовательский и проектный институт «Нурофар» (Таджикистан)
Построение трехмерной геологической среды, моделирование процессов, протекающих в этой среде, и умение применять их для решения практических геологических задач это является основной целью специалиста знающего геологию и владеющего компьютерными технологиями.
Современные технологии сегодняшнего дня далеко ушли вперед во всех областях, не осталась в стороне и область геологии, которая развивается в различных направлениях.
Стратегия развития геокартирования это создание баз цифровой картографической информации на основе современных компьютерных технологий.
Геологическая карта становится двухмерной геоинформационной моделью строения изучаемой территории, так как помимо информации о геологическом строении поверхности к карте прилагаются базы данных любой полезной информации в цифровом виде (данные о геофизических исследований, геохимии, гидрогеологии, полезных ископаемых, литологическом строении, региональной тектонике и сейсмичности и так далее).
Развитие современных компьютерных технологий позволило перейти от обычных карт и разрезов к трехмерным моделям геологического рельефа, позволяющих решать как теоретические, так и практические прогнозные задачи в трехмерном пространстве. На основе данных бурения скважин, сейсмических профилей и всех видов геофизических данных.
Геологическая среда трехмерна. Создание модели геологической среды на современном уровне заключается в определении взаимного расположения геологического тела (геологических тел) в объеме. Применение ГИС в инженерной геологии и, в частности, при построении трехмерных моделей геологической среды позволяет изменить структуру информационных потоков.
Модель (3D) с фиксированными значениями исследуемых свойств. Прикладное применение данного подхода решается в комплексе мероприятий, связанных с построением 3D-модели, в частности, при: 1) сравнении геолого-литологических комплексов; 2) построении геолого-литологических разрезов; 3) построении карт различного назначения; 4) картировании геологических тел; 5) построении моделей по интересующим свойствам; 6) выделении инженерно-геологических элементов; 7) изучении инженерно-геологических процессов и т. д. Во всех случаях приоритет показателей исследуемых свойств, участвующий в сопоставлениях, и уровень значимости определяется постановкой задачи. Не следует причислять к трехмерным моделям (как иногда это происходит) свойство компоненты по её трем физическим признакам (например, плотности, влажности, пористости). Данный пример является характеристикой из трех показателей. Характеристика из трех показателей может быть преобразована в 3D-модель, при условии назначения статуса положения в пространстве. Для принятия решения необходимо совмещение результатов. Для этого рекомендуется применять формальный подход, учитывающий относительное значение признаков для решения задачи.
Учет и оценка различных неблагоприятных факторов, влияющих на удорожание проектирования, строительства и эксплуатации зданий (сооружений), посредством построения 3D-модели является новым направлением в инженерно-геологических изысканиях. Пространственная оценка строения и свойств геологической среды существенно повышает качество выходной инженерно-геологической информации. При объемном изучении геологической среды, сводятся к минимуму такие негативные показатели, как, например, несоответствие мощности выделенных ИГЭ между выработками или базовыми точками исследований, недостоверное определение уровней подземных вод, различного рода размывы, выклинивания геологических тел и т. п. Качественный объем информации о геологической среде 3D-модели, по определению, существенно превышает уровень информатизации при работе в двухмерной системе координат. При этом переход на новый уровень обработки информации позволяет отказаться от строгой регламентации выбранного масштаба без потери информационного ресурса за счет превосходящего в несколько десятков раз минимально необходимого объема информации по сравнению с построениями в двухмерной системе координат. Формульная оценка пригодности исследованной территории для освоения приобретает также потенциально новый, качественный характер.
С помощью трехмерных геологических моделей можно:
построить разрез по любой вертикальной, горизонтальной или иной другой геометрии поверхности,
выделить любые геологические тела и рассматривать их с любой точки вращать смотреть под любым углом,
строить объемные карты с показом литофаций и любых других геологических характеристик,
предварительно изучить рельеф для проектирования промышленно гражданских сооружений особенно это важно когда речь идет о сложном высокогорном рельефе, например при правильном выборе для строительства и проектирования площадки гидротехнических сооружений.
Но основе объемной цифровой геологической карты можно проводить различные исследования. Например, решать гидрогеологические, инженерно-геологические, экологические задачи.
Многообразие и многокомпонентность инженерно-геологических условий, сложноподчиненный характер взаимодействия между компонентами геологической среды, и нуждается, в создании в инженерной геологии общих и формализованных моделей, обеспечивающих возможность решать геологические задачи исключительно формальными методами. Наиболее рациональный путь дальнейшего совершенствования состоит в системном сочетании неформальных методов геологического анализа и применении комплексных методологических и математических подходов. Модели ГИС в инженерной геологии следует подразделять на три основные группы:
1) по исследуемому инженерно-геологическому процессу (процессам) или техногенному влиянию;
2) по материалам инженерно-геологических изысканий и исследований;
3) по виду или назначению использования участка (территории).
Все виды инженерно-геологических изысканий и исследований сопровождаются накоплением большого объема сведений различного характера и содержания. Информация поступает в виде результатов отдельных наблюдений или измерений в необобщенном или частично обобщенном виде и не может непосредственно использоваться для получения выводов прикладного или научного характера. Для использования полученной информации требуется алгоритм анализа. Только в этом случае полученные результаты могут быть пригодными для решения поставленных задач.
Кроме того, создание и совершенствование ГИС на базе механизма математической обработки и трехмерного моделирования геологической среды имеет основополагающее практическое значение при решении задач промышленного и гражданского строительства. Большинство существующих информационных систем, относящихся к инженерно-геологической отрасли, не имеют блока комплексного контроля информации, что сказывается, например, на качестве выполняемых прогнозов. При этом созданные информационные системы в инженерной геологии оригинальны по целям и задачам, но носят частный целевой характер, и их следует рассматривать как необходимый этап накопления опыта в обработке информации и совершенствования технологии инженерно-геологических изысканий:
моделирование и прогнозирование изменений геологической среды с использованием неограниченного количества инженерно-геологической информации;
обеспечение исследований в любом удобном масштабе;
проведение контроля достоверности исходных данных, полученных результатов исследования и управляющих взаимодействий;
переход к анализу исследуемых компонентов геологической среды в объемном (трехмерном) виде;
обеспечение анализа и целостности информации.
Основные возможности и решения при трехмерном моделировании геологической среды:
- Наиболее эффективным способом обработки больших объемов инженерно-геологической информации является геоинформационная система — базовое направление анализа информационных потоков и обеспечения решения задач инженерно-геологического назначения.
- Выбор структуры геоинформационной системы для целей инженерно-геологических изысканий и исследований геологической среды является принципиальным начальным звеном, обеспечивающим успешную реализацию проекта.
- Создание модели геологической среды на системном анализе критериев оценки состояния и свойств геологической среды. Применение моделей существенно повышает оперативность, достоверность и контроль результатов инженерно-геологических изысканий и исследований, безопасность эксплуатации зданий (сооружений).
- Объемная модель геологической среды (3D) становится одним из факторов, учитываемых при выборе размещения и конструкции зданий (сооружений) на пред проектных стадиях исследований, оставляя за собой в дальнейшем обеспечивающую функцию для стадии «рабочей документации».
- Внедрение трехмерного моделирования в производственный процесс получения и использования инженерной геологической информации обеспечивает оптимальный уровень при выборе метода управления информационно-интеллектуальным потенциалом, реализацию предназначения и поддержание целостности информации, формирование вектора целей управления, рациональное принятие решений и доведение управляющих взаимодействий до контроля за деятельностью объектов управления.
Проведены практические исследования применения трехмерного моделирования на государственных объектах при проектировании гидротехнических сооружений и комплекса технических средств для интерпретации результатов инженерно-геологических изысканий на территории Шурабской ГЭС и ГЭС Нурек-2 (Республика Таджикистан, ТЭО Шурабской ГЭС и ГЭС Нурек-2). Построены трехмерные модели, созданы цифровые карты на основе трехмерного моделирования, создана база данных геологической информации.
Методика исследований основана на анализе принципов и результатов систематизации инженерно-геологической информации и теоретических разработок по интерпретации полученных результатов.
Практическая значимость работы. Результаты работы могут быть использованы для:
1) разработки методических рекомендаций при создании трехмерного моделирования для целей интерпретации инженерно-геологической информации;
2) создания базового комплекса знаний по проектированию и созданию трехмерного моделирования при решении задач, связанных с инженерно-геологическими изысканиями;
3) оперативной проверки существующих и построения новых тематических геологических карт по данным инженерно-геологических изысканий;
4) принятия управленческих решений на пред проектных стадиях и стадиях проектирования;
5) создания первичной информации при подготовке документации относительно инвестиционной перспективы освоения территории;
6) при чрезвычайных ситуациях для оперативного предоставления сведений различного характера и назначения;
Литература:
- 3DAnalyst_8.3_РУКОВОДСТВО_ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ.
- ArcGIS9 Начало работы.
- Отчет инженерно-геологические изыскания ГЭС «Нурек-2» 2013г.
