2 (81), 2017 Моделиране на подземни конструкции в ArcGIS

Всички числа

2 (81) | 2017 Моделиране на подземни конструкции в ArcGIS

Матю ДеМерит, кореспондент на Esri

Моделиране на терена отдолу

Специалистът по геоложки информационни технологии и плотове в Геоложката служба на Илинойс разработи ГИС инструменти, които помагат да се визуализират подземните геологии и напречни сечения на 3D карти и сцени.

Откакто Уилям Смит създава първата съвременна геоложка карта през 1815 г., геолозите показват 3D данни на 2D карти, използвайки напречни сечения. Тези разфасовки, показващи скалните пластове на кора, приличат на страничен изглед на парче бутер тесто и дават на геолозите ценен поглед върху това, което се намира под земята. Днес напречното сечение остава важна междинна стъпка при изобразяването на подземните структури в истински 3D.

Преди широкото използване на компютрите създаването на динамични 3D изображения на подземни конструкции беше почти невъзможно. Днес геолозите разполагат с много повече информация за подземните структури и сложните софтуерни системи за анализ и управление на данни. Това отваря нови възможности за създаване на 3D представяния на подземния свят.

Недостатъци на ръчно изчертаване на напречни сечения

През 2007 г. Дженифър Карел, специалист по ГИС и графики в Илинойсското геоложко проучване (ISGS) към Института за прерийни изследвания към Университета на Илинойс в Урбана-Шампайн, реши да подобри процеса на създаване на напречни сечения на геоложки карти. По това време повечето геолози все още рисуваха ръчни разрези и ги даваха на Карел, за да ги дигитализира в ArcGIS, основната ГИС платформа на Американската геоложка служба. Но методът на ръчно изобразяване често води до грешки, които отнемаха много време.

„Всяка неточност в напречното сечение се простира в цялата карта и обикновено може да бъде проследена до определена стъпка в ръчния процес“, отбелязва Карел. „Например, ако местоположението на един геоложки контакт в напречното сечение е изместено с 50 фута, тогава следващите контакти по напречното сечение също вероятно ще бъдат компенсирани с поне 50 фута. Идеалното решение е да въведете данни в ArcGIS, за да създадете автоматично основата на напречните сечения. " Carrell призна необходимостта от решение, което използва комбинираната функционалност на собствените инструменти на ArcGIS, за да ускори драстично създаването на актуални 2D и 3D изгледи в напречно сечение.

Фигура: един. Процесът на създаване на геоложки напречни сечения в ArcGIS: от изхода на програмата Xacto до 2D представления в ArcMap и 3D представяния в ArcScene.

Карел тества редица други компютърни програми за автоматизиране на изобразяването на напречни сечения, но ги намира за твърде скъпи или тромави, за да се интегрират лесно в съществуващата картографска продукция.

Картирането на подземната геология е като да се опиташ да съставиш пъзел, на който липсват 90 процента от парчетата. Значителна част от геоложките данни се получават от сондажни кладенци за технологични цели или проучвания за вода, въглища, нефт, газ и други природни ресурси. И с достатъчно проби, геоложките слоеве могат да бъдат ясно идентифицирани.

Фигура: 2. Вляво: напречни сечения на хартиена карта; вдясно: Напречни сечения, изобразени в 3D в ArcScene.

Вдъхновен от резултатите от тестването на Xacto Section, Carrell реши да създаде подобни инструменти за графично графично обработване на данни, които се възползват от функционалността за 3D визуализация на ArcScene. С инструментите за 3D сондажи геолозите, работещи в ArcScene, могат да визуализират кладенци като 3D „гора“ от вертикални цилиндри или тръби вместо линиите, използвани за представянето им на 2D схема (фиг. 3, 4).

Фигура: 3. ArcScene ви позволява да комбинирате 3D изгледи на сондажи с напречни сечения.

Фигура: 4. Кладенци и повърхности, интерполирани от проби за кладенци.

„Инструментите за 3D сондажи в ArcGIS позволяват на геолога да взема таблични данни за сондажа (атрибути x, y, z) и да ги представя като 3D тръби в ArcScene“, казва Карел. Използвайки тези инструменти, геолозите могат лесно да работят с бормашина и геофизични данни, за да ги класифицират и интерпретират като картографски характеристики. След това повърхностите се интерполират от точковите данни и се създава концептуален работен модел на геоложките слоеве в определената област.

Първоначално Carrell създава инструмент за напречно сечение предимно за 2D картографски процеси. И след това, докато ISGS натрупа GIS файлове в напречно сечение, той започна да ги преобразува в 3D и да ги показва заедно с 3D кладенци в ArcScene (Фигура 5). По този начин те са се превърнали не само в статичен картографски продукт, но в ценни входни данни, които могат да се използват за картографиране на геологията на съседните райони. „Това преминаване от 2D към 3D изображения беше много важно за ISGS геолозите, тъй като предостави задълбочените знания, необходими за изследване на сложни седиментни последователности“, отбелязва Карел.

Фигура: пет. Вляво: диаграма на континентален ледник и няколко свързани релефа; вдясно: страничен изглед на кладенците разкрива пясък и чакъл (оранжеви и жълти сегменти) на древната делта и морена (сини сегменти).

Инструменти в действие

Геолозите на ISGS използват тези инструменти за изграждане на 3D модели на подпочвени структури в окръжен или регионален мащаб. Например тези модели помагат на правителствата и комуналните услуги да разработят планове за вода, включително в квартали с висок растеж близо до Чикаго. Способността да визуализират геоложки данни в триизмерен режим е от особена стойност за геолозите при картографиране на пясъчни и чакълести находища, които са потенциални източници на подпочвени води за нуждите на населението, селското стопанство и индустрията.

Тъй като геоложката история, която може да се прочете чрез анализ на почвени проби от кладенци, е и историята на изменението на климата, визуализацията на данните в 3D също е ценна за изследванията на климата. Например Карел в момента работи със служители на ISGS, изучавайки ледниковата геология на Илинойс. „Възможността за преглед на данните за сондажите в 3D улеснява разпознаването на ледникови форми на релефа като ветрило, делта, езера и проливи“, казва Карел. "Това помага да се предостави по-подробна история на движението на ледниците в тази област през последните два милиона години.".

В допълнение към хидроложките и климатичните изследвания инструментите на Carrell се използват от граждански строители и власти. Динамичното представяне на обхвата на водоносните хоризонти или местоположението на дупки, които могат да поглъщат къщи, може да помогне за подобряване на информираността за ситуацията и намаляване на риска. „Представянето на нашите данни в 3D има много по-голямо въздействие върху аудиторията“, казва Карел. „Всичко, което правим като геоложки геодезист, за да подобрим точността и достъпността на нашите научни данни, е от полза за обществото.“.