中国是地质灾害多发国家,尤其在地质条件复杂、岩溶发育的西南地区,是造成基础设施安全隐患的重要因素。本文以新建昆明××国际机场为研究区,通过建立相关数学模型实现场区地质灾害危险性综合评价。同时,GIS作为一种有效的空间分析和可视化表达工具,在地质灾害分析和评估方面有过许多成功的应用,但更多地是停留在基于数据分析基础上的定性或定量研究,侧重于基础地质数据整理和定量数据模型研究,而对基于分析结果的真三维可视化展示和综合分析研究不够。因此,三维GIS技术和地质环境安全评估相结合促成了一门新的技术:地质环境三维可视化建模技术。地质数据是包含地、物、化、遥等具有立体感海量的多元数据的集合,传统GIS软件只能处理2D、2.5D数据,已经不能满足实际需要。本文在分析、归纳、总结地质环境三维建模常用模型和地表TIN模型基础上,提出了基于表面-似三棱柱混合模型(DTM-QTP)的三维地质环境稳定性评估方法。并构建集数据管理、模型编辑、分析、显示于一体的软件系统,除具有常规GIS软件制图功能外,还能将各种数据信息熔合于一个真三维可视化平台,以高度集成的方式实现地质环境灾害评估,使环境评估专家能够更为直观的了解地质灾害在研究区的整体发育规律,并实现地表现象和地下隐伏构造状况的统一。主要研究工作如下:(1)综合考虑影响研究区岩溶塌陷的众多因素,建立机场建设工地岩溶塌陷预报数学模型。建立地下水有效水位动力学因素、溶洞覆盖层稳定性因素和机场用地潜在承压危险性因素三大危险性评价模型,分别求解各自量化指标值AP i、AH i、AG i ,在此基础上建立变权矩阵进行动态加权,获得岩溶塌陷危险性综合评价值ASi。采用中心归属法和叠置分析法等GIS空间分析方法对原始数据做必要处理,得到场区2479个评估单元。(2)Delaunay三角形网“窗口”特征存在性证明及其应用。根据似三棱柱模型地表构模特点,提出了Delaunay三角形网的“窗口”特征,给出了详细的定义和证明过程,并将其应用到快速Delaunay三角剖分及其动态更新和顾及地形特征的高精度内插中去。(3)三维数据模型研究。在前人提出的三维GIS数据模型研究基础上,提出了可以应用到三维地质灾害危险性评价方法的表面-似三棱柱体混合(DTM-QTP)模型,并对该模型的几何特征和数据结构进行了分析。在该模型中,地形表面采用DTM生成,地质体内部由QTP体元构成。(4)复杂地质现象解释。根据研究区地层构造特点,分析了地表现象、地质现象和地层结构的层次关系,建立了适合似三棱柱构模的通用数据格式和地层划分方式。(5)虚拟钻孔链及窜点问题研究。为解决地下隐伏复杂地质构造的边界控制问题和地表线性构造的走向问题,本文提出采用“虚拟钻孔链”的控制方式,同时分析了无控制条件下Delaunay三角形构网所造成的“窜点问题”产生原因和给出相应解决方案。(6)基于钻孔数据的相关算法研究。针对本文设计的地层划分方式和似三棱柱构体方式设计了“钻孔插值算法”、“似三棱柱构体算法”和似三棱柱剖分等相关算法,并给出了三种有效的算法加速方案。(7)三维可视化系统设计。采用面向对象方法和OpenInventor可视化技术设计了地质灾害危险性评价模型真三维可视化系统,该系统由数据库管理、评价模型编辑及计算和三维可视化建模与分析三部分组成,并实现了相关功能。(8)工程应用。将真三维地质体建模和可视化技术应用到昆明××国际机场岩溶塌陷综合评价模型研究中,证明了该系统的有效性和实用性,并为地质灾害评价模型的可视化分析提供了新的思路。