基于矢量参量的三维地质结构模型不确定性测度研究

Taking uncertainty analysis for 3D geological structural models as the study subject, this project starts from constructing the mapping functions between 3D spatial errors and geological attribute probabilities. Error suites of triangles are constructed by the statisitcal simulation method to describe the multiple error impacts on triangle irrgular network. The theoretical study about uncertainty measurements for 3D geological structural model will be carried out based on vector parameters. Also, key factors that influence the uncertainty distributions in 3D geological structural models and the corresponding characteristics will be discussed with the help of vector parameters. This project will solve problems of quantitaive analysis and visualization of uncertainties in 3D geological structural model and will reveal the impacts caused by uncertainties that exist in raw data on the final 3D models. This research is aiming to break through the bottleneck of theoretical method of uncertainties analysis and to provide theoretical models and techniques for quality measurement and error correction for 3D geological models.

以三维地质结构模型不确定性为研究对象，本课题拟从建立三维空间数据误差与地质属性概率之间的映射函数入手，利用统计模拟方法建立三角形的误差包络面模型以分析多元误差对三角面片的形态控制，开展基于矢量参量的三维地质结构模型不确定性测度理论研究，探讨控制三维地质结构面、体模型的不确定性关键性影响因素及其矢量参量响应特征，解决三维地质结构模型的不确定性定量分析和可视化问题，揭示多元三维地质建模数据不确定性对最终模型的调控规律。旨在突破三维地质结构模型不确定性理论分析的瓶颈，为三维地质结构模型质量测度以及误差修正提供理论模型和技术方法。

三维地质结构模型诸多地质工程、矿产资源勘查等项目全生命周期所必备的基础数据之一。然而，由建模数据误差等因素导致的三维地质模型不确定性严重制约了其深入应用和发展。以三维地质结构模型不确定性为研究对象，本课题从建立数据三维空间误差与地质属性概率的耦合函数入手，以地质属性概率作为基本参量，利用统计Monte Carlo模拟方法建立三角形及地质曲面的误差包络面模型，构建表征地质曲面不确定性的矢量参量体系，分析各矢量参量对结构面不确定性的响应特征，利用重心、几何中心等矢量参量及块体邻近关系测度地质块体模型的不确定性。取得的主要成果有：.(i).结合顶点位置的误差分布函数，推导了Delauny三角网内任意点的误差分布函数，探讨了不同误差分布类型对三角形形态的影响特征。.(ii).提出了以距离和采样数据误差分布相关的地质结构面不确定性表征函数。结构面上节点的误差大小随着与该点离其最近采样点的距离的增大而呈现出非线性递增趋势。.(iii).提出了表征三维地质结构模型内在不确定性的矢量参量测度体系及相应的可视化方法。该测度体系包含了地质属性概率等值面上的法矢量、主曲率矢量、曲率及其曲率熵，以及等值体的体积和重心等参量。在融合地质属性概率、Monte Carlo模拟和经典误差分析方法基础上，实现了矢量参量体系的综合可视化和不确定性对比分析。.(iv).基于MDS和基于PCA的参量敏感度分析结果表明：高斯曲率和高斯曲率熵能很好地响应不同条件下结构模型的整体差异，平均曲率和平均曲率熵次之。在不同的扰动强度下，主方向矢量对模型间整体差异的贡献度的变化最大。.本研究创新点为：初步建立三维地质结构模型不确定性定量分析与评价的矢量参量体系，分析了建模数据不确定性对三维地质结构模型调控作用及其外形态矢量参量的响应特征，突破动态刻画不确定性各向异性特征变化的瓶颈。