GIS在三维地学建模中的应用现状及思考摘要：GIS的蓬勃发展，推动了全球范围内各个行业领域与地理信息的紧密结合及深入应用，三维地学建模即是起源于GIS与地球科学研究领域的深度融合。国内对三维地学建模的研究才起步，通过对其研究现状、数据模型和主要研究方法的总结，提出在三维地学建模中应突破传统建模方法局限、引入数学函数模拟、加强空间分析等，使三维地学模型更接近工程应用。关键词：三维地学建模建模方法空间模型GIS应用中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1007-9416（2015）10-0000-001引言自从1963年加拿大学者F.R.Tomlinson首先提出地理信息系统这一概念，并开发出世界上第一个地理信息系统（CGIS）后，地理信息系统（GIS）在全球范围内得到了广泛的发展。目前，GIS在环境、城市、气象、海洋、地质、矿山等诸多领域已经有了较为深入的开发和应用，特别是在地质矿山开采、储量评价方面，三维GIS的空间信息管理、数据查询、三维模型构建、可视化以及三维空间分析等强大的功能，极大地改进了传统的研究方法。三维地学建模即GIS在地质研究中的一项应用。它由加拿大SimonW.Houlding于1993年首先提出。其含义是运用现代空间信息理论来研究地层及其环境的信息处理、数据组织、空间建模与数字表达，并运用科学可视化技术来对地层及其环境信息进行真三维再现和可视化交互的科学与技术（Houlding，1994）。国外在这方面的研究开展较早，较为深入，国内研究才刚刚起步。三维地学建模不仅仅是一个实体造型的模型，与CAD建模存在较大区别。三维地学建模除了要模拟地物的空间形态和属性，还要描述多个地物之间的三维拓扑关系。Houlding提出的三维地学建模的一般过程见图1。2研究现状三维地学建模方法研究是目前3DGIS领域研究的热点问题。许多专家学者在此领域做了有益的探索。过去十来年中，提出了20余种模型。若不区分准3D和真3D，则构模方法可以归纳为面元模型（FacialModel）、体元模型（VolumetricModel）和混合元模型（MixedModel）的3大类构模体系（吴立新，2004），如表1所示。从实际应用效果来看，基于体元的数据模型比较适合于空间操作和空间分析，但数据量大，运算速度慢，在处理海量数据方面效率较低；基于边界的面元模型数据量小，便于数据显示和数据更新，但在空间分析方面有很大局限性。混合数据模型将两种或两种以上的数据模型加以综合，能够适应不同分辨率、不同背景条件、不同应用的要求。由于三维几何和拓扑的复杂性，很难用一个统一的数据模型对多变的三维空间信息进行完整有效的描述，采用混合数据模型不失为一种可行的方法。例如：TIN+CSG的集成模型比较适用于城市三维景观的建模，而Octree+TEN则被认为适合于地质、海洋等领域的三维建模（朱良峰，2004）。3常用建模方法目前对于三维地学建模的研究越来越多，概括起来，其建模方法主要有以下几种：块段建模法、线框建模法、实体建模法、表面建模法、断面建模法、钻孔-剖面建模法等。3.1块段（Block）建模法根据数据存储方式，块段建模又可分为三维栅格模型（3DGridModel）和八叉树模型（OctreeModel）。三维栅格模型是未经压缩的标准体元，以长方体、正六面体等作为基本体元，但是最简单并最常用的是等边长的正方体体元。八叉树模型是对三维栅格模型改进，是二维平面上的四叉树在三维空间中的扩展。块段建模法优点在于，在编制程序时可以采用内在的定位技术，以节省存储空间和运算时间。但缺点在于不能精确模拟地质体边界（齐安文，2001）。3.2线框（WireFrame）建模法线框建模技术是一种表面建模技术，就是把面上的点用直线连接起来，形成一系列多边形，然后把这些多边形面拼接起来形成一个多边形网络来模拟地质边界或开采边界（齐安文，2001）。3.3实体（Solid）建模法实体构模技术以LYNX系统中提供的3维元件构模（3Dcomponentmodeling）为代表。该构模方法以真实的地质或开采形体的几何形态为基础，以中平面的前后扩展为构模原理，交互式逐个生成由地质分表面（subsurface）和开采边界面所构成的各地质元件（component）。元件是三维地质建模的基本单元，不仅表示一个形体，也表示封闭的体积以及形...