모델 구축은 질서정연하게 모델을 완성할 수 있도록 구축 과정을 공식화해야 합니다. 소프트웨어 개발 실무 후, 우리는 모델 구축 프로세스를 공식화했습니다.
(1) 데이터 수집, 대조 및 확인,
(2) 모델링 시스템 소프트웨어로 데이터를 가져와 개별 유역의 모델을 구축,
(3) 가져온 데이터를 기반으로 해당 관계를 대조하고 단층, 지층, 렌 티큘러 바디 및 기타 지질체를 차례로 구축,
(4) 확인 수립된 하위 분지 3D 시각화 모델을 확인하고 오류가 있는 경우 위 단계를 반복하여 모델을 수정합니다.
(5)하위 분지 모델을 완전한 3D 시각화 모델로 결합합니다.
(2) 흑하 유역 지하수 3차원 지질 모델의 축척 설계
3차원 지하수 모델의 모델링 영역은 수평 영역이 넓고 수직 깊이가 얕은 특성을 가지고 있어 수평 및 수직 축척을 다르게 설정해야 하며 수평 및 수직 축척 값의 비교가 적절해야 모델이 구축되고 아름다운 외관을 가질 수 있습니다.
흑강 유역은 길이가 약 700~800킬로미터, 폭이 400킬로미터에 달하지만 지하 탐사 깊이는 수백 미터 또는 수십 미터에 불과합니다. 만약 이 모델이 균일한 규모로 제작되었다면 단일 표면으로 축소되었을 것입니다. 지하의 지질 구조를 표현할 수 없고 탐색할 수도 없습니다. 수직 축척을 확대하면 유역의 치롄산맥은 해발 5,000미터 이상으로 지하 탐사 데이터의 깊이보다 수십 배 더 낮습니다. 구축된 모델은 더 높은 고도에 있으며 지하 부분은 매우 얇을 것입니다.
이 경우 실제 요구 사항에 따라 모델이 더 아름답게 보이도록 적절한 종횡비를 결정할 필요가 있습니다. 모델링 시스템의 데이터 입력은 미터 단위로 통일되어 있습니다. 여러 번의 시도 끝에 흑강 유역 시뮬레이션의 종축 및 횡축 축척을 2000으로 결정했습니다. 즉, 입력 시점에 XY 방향은 2000배로 축소하고 종단 데이터의 길이(예: 단면의 깊이)는 입력 시점에 그대로 유지했습니다. 이러한 수정을 통해 모델의 종횡비가 적절해졌으며 흑강 유역의 지질 구조를 더 잘 반영할 수 있게 되었습니다.
(3) 모듈 모델링의 설계 기초 및 각 모듈의 경계 결정
흑강의 복잡한 지질 구조와 지각이 다른 여러 유역 단위의 발전은 유역의 독립성을 가져왔으며 지하수 시스템 구조의 공간적 변화와 지하수 이동의 복잡성을 결정했습니다.
이렇게 넓은 헤이허강 유역에 대한 지질 모델을 구축하려면 시스템에서 읽어들인 원시 데이터가 수백 메가바이트에 달하고 지층에서 생성된 삼각형 격자 수가 차지하는 메모리는 많은 양의 기계 자원을 필요로 합니다. 그리고 우리의 소프트웨어는 모델링에 워크스테이션 대신 마이크로컴퓨터를 사용하도록 배치되어 있는데, 이 모순을 해결하기 위해 고려해야 합니다.
지질 구조에 따라 분지는 여러 개의 분지 단위로 나눌 수 있으며, 각 분지는 독립적으로 모델링할 수 있습니다. 이를 통해 각 분지의 하위 모델을 통합된 프레임워크 아래 덩어리로 구축한 다음 각 하위 모델의 삼각형 격자 표면을 조립하고 결합하여 전체 분지 모델을 형성하는 문제를 해결할 수 있습니다. 기계 속도의 한계를 극복하고 전체 모델의 무결성을 보장합니다. 다면적이라고 할 수 있습니다.
전체 모델의 구축 과정은 통합-분리-통합의 과정입니다. 먼저 전체 틀, 즉 전체 작업 영역의 단층 및 표면 모델을 구축 한 다음 좌표에 따라 엄격하게 지질 조건에 따라 하위 모델을 구축하고 마지막으로 좌표에 따라 동일한 표면 아래에서 조립합니다.
분지 내 각 분지 단위의 구분은 지질 및 지형적 특징을 기반으로 합니다. 단층과 융기는 지하수의 이동과 변화에 큰 역할을 하며 유역의 자연적인 구분선입니다. 지질 데이터를 기반으로 분지 지도에 구분선을 표시할 수 있습니다. 그런 다음 지질 데이터를 분할선을 기준으로 구역으로 나눈 다음 각 구역의 지질 데이터를 기반으로 모델을 구축합니다. 7개의 독립 모델은 다마잉 분지, 산단 분지 및 다친양 분지, 장예 분지, 지우취안 동분지, 지우취안 서분지, 진타 분지 및 에지나기 분지입니다. 구체적으로 각 분지의 구분선 위치를 설명하면 다음과 같습니다 :
(1) 자이-구용 단층은 장예 분지와 다마잉 분지의 구분선,
(2) 구용 융기는 장예 분지와 산단 분지의 구분선,
(3) 유무시 산맥 서쪽 끝의 쓴물산 융기와 가우타이 암호 융기 사이의 아치형 구역은 지우찬 동부 분지와 장예 분지를 구성하고 있습니다. 경계선,
(4) 자유관 북쪽의 중앙산 북쪽과 남쪽 사이의 파열은 지우취안 분지와 진타 분지의 경계선,
(5) 자유관 파열은 지우취안 동분지와 진타 서분지의 경계선,
(6) 디얀량동 융기는 진타 분지와 에지나치 분지 사이의 경계선입니다.
(4) 하위 모델의 건설 및 설계.
특정 분지인 하위 모델의 경우 지질 구조가 비교적 복잡하고 표현해야 할 지질체가 많으며 이들 지질체 간 절단 및 교차 관계가 존재하므로 일정한 순서에 따라 하나씩 구축해야 합니다. 여기에서는 원본 데이터를 읽고, 표면을 생성하고, 표면의 단층선과 선택한 구간의 단층선에 따라 단층 모델을 설정한 다음 각 지층을 구성하고, 지층의 유효 영역을 지정하고, 렌즈 바디를 구성하고, 지층과 렌즈 바디 사이의 공간 위치를 조정하여 마지막으로 지질체를 생성하는 모델 구축 순서를 간략하게 설명합니다. 지질체가 생성된 후에는 시각적으로 조작하고 그래픽으로 내보낼 수 있습니다.
이 순서대로 모델링을 설명하기 위해 모델링된 지질체 간의 관계를 다룹니다. 일반적으로 모든 데이터에는 모델링 과정에서 참조할 수 있는 지질체가 필요하며, 지표면은 이러한 목적을 잘 수행할 수 있습니다. 국부화된 표면을 입력한 후 표면에 단층선과 프로필 선을 그리고 표면의 상승과 하강에 따라 기복을 줄 수 있습니다. 따라서 먼저 표면을 모델링해야 합니다. 이 지표면이 생성된 후에는 지표면에 유역 경계 지도와 지표 GIS 지도의 메타데이터를 입력할 수 있습니다. 지층 및 단층 지질체를 구성할 때 단층 표면에 의해 지표면이 절단되어 단층의 언더플레이트와 언더컷이 형성되므로 이 과정에서 단층 표면을 변경할 필요가 없습니다. 따라서 단층면을 먼저 구축한 다음 단층면이 구축된 후 접지면을 자동으로 절단하기 위해 접지면을 구축해야 합니다. 접지면이 만들어지면 렌즈가 뒤따릅니다. 렌즈는 서로 다른 지층에 속하기 때문에 접지면에 렌즈를 만들어야 합니다. 렌즈 본체가 생성되면 지금까지의 모든 준비가 완료되고 지질 블록을 생성할 수 있습니다. 이 과정은 모델을 구축하기 위한 최적화 과정이며 정확한 것으로 입증되었습니다.
(5) 표면 데이터 포인트의 세분화 및 제거
평면 선분의 등고선과 그 고도 값이 서로 일치하는 등고선으로 구성된 ARCINFO 형식의 데이터에서 변환된 표면 데이터는 3차원 좌표 집합의 표면을 갖도록 합니다. 시스템이 입력하면 등고선을 구성하는 점, 즉 각 선분의 점을 판독하고 선분에 해당하는 고도 값을 조합하여 모델을 생성하는 데 필요한 이산점을 형성합니다. 시스템은 이 불연속 포인트를 보간에 사용하여 지표면을 생성합니다. 흑강 유역의 데이터 용량이 1:250,000으로 상당히 크고 불연속 점의 밀도도 매우 높기 때문에 MAPGIS 일반 파일에 저장된 데이터는 150메가바이트 이상에 이릅니다. 이러한 모든 데이터를 시스템에 입력하여 보간하여 지표면을 생성하면 지표면에 생성되는 작은 삼각형의 수가 상당히 많아져 컴퓨터 리소스를 너무 많이 차지하고 후속 모델 구축에 큰 영향을 미칩니다. 동시에 지표면 생성 속도가 느리고 만족스럽지 못합니다. 따라서 이러한 이산점을 희석할 필요가 있습니다. 세분화의 효과는 윤곽의 포인트 수를 줄이는 것입니다. 윤곽선에는 많은 수의 점이 있으므로 배율을 조정해도 정확도에 영향을 미치지 않습니다. 세분화를 사용하면 모델을 생성하는 데 필요한 이산 점의 밀도가 감소하고 이산 점의 수가 감소하며 표면 생성 속도가 빨라지고 표면의 부드러움이 증가합니다.
표면의 고도가 너무 높거나 낮은 점, 즉 표면의 최고점보다 높거나 최저점보다 낮은 점과 같은 일부 불량 점의 경우 오류 또는 데이터 변환으로 인해 이러한 점이 발생합니다. 이러한 점을 보간에 사용하면 표면의 기복이 더 심해지고 표면이 거칠고 고르지 않게 되어 표면의 매끄러움에 영향을 미칩니다. 이러한 포인트의 경우 시스템에 입력할 때 제거해야 합니다. 즉, 시스템 입력 모듈에서 임계값을 사용하여 너무 높거나 너무 낮은 포인트는 제거되어 모델링에 참여할 수 없도록 제한합니다.
(6) 흑하 유역의 지하수 3D 지질 모델을 위한 격자 크기 설계.
모델링의 원리를 보면 지층, 단층 등 모델에 의해 구성된 지질체는 격자로 연결되어 표면을 형성하고 표면을 둘러싸고 있음을 알 수 있습니다. 모델의 가장 작은 단위는 작은 삼각형이며, 삼각형의 수는 모델의 정확도와 시스템 작동 속도에 직접적인 영향을 미칩니다.
일반적으로 생성된 모델의 삼각형 메쉬가 너무 크면 모델 표면이 거칠거나 모델이 미세하지 않거나 표면의 형태적 특성을 표현할 수 없습니다. 메시가 너무 작고 메시 밀도가 높으면 이러한 삼각형에 대한 작업이 많은 시스템 리소스를 차지하여 컴퓨터가 처리하는 데이터의 양이 급격히 증가하여 기계가 느리게 실행됩니다. 이산 점 데이터의 양이 너무 많거나 적으면 모델 표면이 더 복잡해지고 모델 표면의 전반적인 특성을 표현할 수 없게 됩니다. 따라서 모델을 구축할 때 적절한 메쉬 크기를 선택해야 합니다.
흑강 유역에서 유역 모델을 구축하는 과정에서 연습을 통해 표면의 격자 크기는 50 ~ 200m이고 격자 간격이 더 좋으며 기계 속도와 표면 평활도를 조정하고 통일 할 수 있습니다. 일반적으로 모델을 처음 구성 할 때 높은 기계 속도로 200m의 그리드 간격을 선택합니다. 각 하위 유역의 모델이 완성되면 표면을 생성하기 위해 50m의 격자 간격을 선택하여 표면이 미세하도록 합니다.
지층과 단층은 프로필에서 선분으로 모델링되므로 시스템은 이러한 선분의 이산점을 자동으로 암호화하며, 200m의 격자 간격을 선택하면 지층과 단층의 형성에 거의 영향을 미치지 않고 미세도 측면에서 요구 사항을 충족합니다. 면적이 작기 때문에 렌즈에 적당한 정확도가 필요하므로 100m의 격자 크기가 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
원격 감지 이미지와 같은 래스터 데이터의 경우 모델 디스플레이의 정확도에 따라 공간 해상도를 조정할 수 있습니다. 일반적으로 100~300dpi면 충분합니다. 픽셀 정확도를 보장하고 메모리 소비를 줄이기 위해 BMP, JPG 등과 같은 그래픽 형식의 필요에 따라 800메가바이트 이상의 미세한 원격 감지 이미지를 생성할 수 있습니다.
(7) 모델의 자동 생성 및 로컬 조정
시스템은 기술자가 프로파일에서 선택한 선분에 따라 단층면, 지표면 및 모델의 렌티큘러 본체의 상하를 이산화한 다음 이러한 이산점을 일련의 작은 삼각형으로 보간하여 다양한 지질체의 면을 형성합니다. 이러한 방식으로 패싯을 생성하는 과정에서 패싯이 이산 점의 방향에 따라 확장되어 지질 패싯의 변형 및 왜곡이 발생하여 실제 지질 상황과 일치하지 않습니다. 예를 들어, 서로 절단하는 단층, 단층이 지층을 절단하고 지층이 교차하는 등 일련의 지층 관계를 설정할 수 없습니다.
이 경우 제어점을 사용하여 면의 모양을 변경하려면 면의 국부적인 미세 조정이 필요합니다. 그래야 생성된 표면이 지질 데이터의 해석 결과에 최대한 가깝고 실제 지질 상황을 표현할 수 있습니다. 또한 서로 절단하는 단층, 지층을 절단하는 단층, 지층을 교차하는 단층 등 지질체 간의 관계를 설정할 수도 있습니다. 그런 다음 시스템은 기술자에 따라 이러한 표면 간의 관계를 정의하고 적격 지질체를 자동으로 생성합니다.
따라서 모델 구축 과정에서 시스템의 자동 생성 기능과 제어점의 로컬 조정 기능을 활용하여 모델 구축을 완료해야 합니다.
(8) 흑하유역 지하수 3차원 지질모델의 오차 분석 및 처리
모델 구축 과정에서는 필연적으로 오차의 발생, 전달, 축적이 발생하게 된다. 오차 발생 원인을 분석하고 오차 제어 메커니즘을 구축하여 모델의 품질과 정확도를 향상시켜야 합니다. 오류의 원인을 분석해 보면 기초 데이터에 대한 이유도 있지만, 모델링 과정에서 시스템에서 발생하는 오류도 있으며, 이에 대해서는 아래에서 별도로 설명합니다.
1. 기초 데이터의 오류
모델 구축에는 주로 프로파일 데이터와 시추공 데이터를 사용하는데, 시추공 데이터는 시추공 지층이 너무 복잡하게 변화하여 생성된 지층이 과도하게 변동될 수 있습니다. 프로파일의 경우 인적 요인으로 인해 도면 작성 과정에서 오류가 발생할 수도 있습니다.
일반적으로 기술자마다 지층을 이해하고 다루는 방식이 다르기 때문에 프로필의 지층 변화와 값에 반영될 수밖에 없습니다. 또한 서로 다른 지질학적 데이터를 사용하면 서로 다른 주장이나 심지어 모순된 견해를 가지고 있어 오류가 발생할 수 있습니다. 매핑 과정에서 기술자는 매핑을 통해 서로 다른 데이터를 사용하여 합성 및 처리하기 때문에 오류가 발생할 수 있습니다. 그리드 계산 용지에 손으로 그리는 경우, 특히 긴 구간을 그릴 때는 용지의 접힘으로 인해 그리는 과정에서 오류가 필연적으로 발생합니다. 일부 계산 용지조차도 본질적으로 표준 이하이며 그리드 선이 비스듬합니다. 동시에 도면을 스캔하고 벡터화하는 과정에서도 오류가 전달됩니다. 이는 지층 선의 위치가 프로파일의 교차 위치에서 교차할 수 없거나 지층 스트라이크가 다른 프로파일의 스트라이크와 일치하지 않는다는 사실에 의해 강조됩니다.
2. 시스템 운영상의 오류
모델의 기본 데이터는 데이터 생산 과정에서 일정한 오류가 발생하기 때문에 오류가 있는 데이터를 모델링 시스템에 입력하면 오류가 전달되고 증폭되어 모델의 정확도가 떨어지게 됩니다. 기초 데이터의 오류를 최대한 방지하면서 시스템 운영상의 오류도 분석합니다.
모델링 과정의 오류를 분석해 보면 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다. 모델링의 모든 단계에서 운영상의 오류 또는 시스템 정확도 설정으로 인해 오류가 발생할 수 있습니다. 구체적으로 다음과 같은 분석을 수행할 수 있습니다. 데이터 처리 단계에서는 투영 변환, 오류 보정 등 다양한 데이터와 그래픽 정보의 데이터 융합 과정에서 오류가 발생할 수 있습니다. 또한 시스템 모델링을 위한 보간 작업 중 선택한 프로파일 라인과 같이 로컬 포인트가 밀집되어 있고 다른 영역에는 불연속적인 포인트가 거의 없는 경우가 있습니다. 수학적 방법에 따른 보간은 보간된 표면이 실제 표면과 일치하지 않는 현상을 초래할 수 있습니다. 표면을 보다 사실적으로 만들기 위해 제어점으로 당기거나 누르는 방법을 사용하는데, 이때 약간의 오차가 발생할 수밖에 없습니다.
또한 모델 레이어 사이의 거리가 작으면 평면과 교차하고 겹치는 경향이 있습니다. 보정을 위해 제어점을 사용할 때 렌즈 본체 또는 접지면이 변경되어 오류가 발생하기 쉽습니다. 또한 접지면과 렌즈 본체 사이의 위치를 조정하면 연쇄 반응이 발생하여 오차가 발생할 가능성이 높습니다.
3. 에러 제어
피할 수 없는 에러도 있고 우발적인 에러도 있습니다. 이러한 오류에 대처하기 위해 품질 관리 강화, 기술자의 책임 강화, 지질 공학자가 같은 지역의 지도를 조정하고 수정하도록 허용, 지질 전문가를 고용하여 확인 및 검증하는 등 기본 데이터의 오류를 확인하고 수정하는 것이 주요 전략입니다. 이러한 조치는 품질 관리에 효과적이었습니다. 시스템 작동 오류에 대해서는 프로젝트 팀원들이 원인을 분석하고 디버깅을 강화하며 오류를 최소화하기 위한 다양한 조치를 취했습니다. 프로파일 위치를 정확하게 조정하면 지층 위치가 최대한 일정하게 유지되며, 지층 선의 불일치 등 명백한 오류의 경우 다른 프로파일에 따라 지층 변화를 분석하고 오류가 있는 지층 선은 시스템의 편집 기능을 사용하여 편집하여 오류를 최소화합니다. 지층을 생성하는 과정에서 프로파일 라인에 더 많은 점을 추가하여 형성된 지층 격자가 프로파일 라인을 통과하도록 하는 등의 방법을 시도합니다. 이러한 조치는 오류를 최소화하는 데 효과적이었습니다.
모델링에서 모델 확인도 오류를 줄이는 방법입니다. 모델 점검에는 원본 데이터의 정확성 점검, 즉 형성된 표면이 원본 데이터 포인트와 일치하는지, 원본 포인트의 데이터가 유지되는지 여부가 포함되며 동시에 시추공 및 프로파일과 같은 지질 데이터를 사용하여 지질학적 합리성을 확인할 수 있습니다. 또한 모델을 절단하고 두 프로파일을 비교하여 각 층(단층 표면 포함)의 지질 경계를 확인하여 원래 프로파일 근처에 프로파일을 만들 수도 있습니다. 몇 가지 중요한 프로파일은 단층의 교차점, 단층과 지층의 교차점, 서로 다른 층과 단층 양쪽의 지층 형태 일관성을 확인하는 데 사용할 수 있습니다. 모델의 유효성 검사 프로세스는 모델의 오류 제어에서 실시간 유효성 검사 역할을 합니다.