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本文依托国家自然基金重点项目和国土资源大调查项目,围绕地裂缝地面沉降灾害基础与专题数据管理、集成、分析中的科学与技术问题,在空间数据库建设、地理信息系统开发、地裂缝空间曲面拟合、地层三维模型模拟及地裂缝空间分布特征研究上取得若干创新性成果,并集中解决了地裂缝地面沉降灾害研究与应用中一系列关键性技术问题,为区域性地裂缝地面沉降灾害防控治理工作提供了切实可靠的数据支持和信息保障。
本文利用现代信息理论和技术,以西安地裂缝地面沉降灾害管理信息系统研究开发为例,在汾渭盆地特别是西安地区广泛深入的野外勘测和室内整编各类空间、属性数据基础上,对地裂缝地面沉降灾害管理信息系统开发及应用中涉及的核心问题和关键技术进行了全面系统的研究。首先,在地裂缝地面沉降灾害空间数据库图层分类、信息编码等标准化设计基础上,建设、完成了地裂缝地面沉降灾害空间数据库。其中,设计了空间数据库的三层模型结构:一是以空间E-R图方法表达了空间数据库概念模型；二是用基于面向对象特征的Geodatabase确立了空间数据库逻辑模型；三是建立了集存储、访问、约束、效率、独立性于一体的结构化的空间数据库物理模型。其次,应用地理信息系统二次开发原理和技术,基于ArcGISEngine9.3建立了先进性与实用性相统一、可靠性与开放性相协调,数据管理、分析与应用平衡兼备的区域性地裂缝地面沉降灾害管理信息系统。再次,运用三维建模方法和技术建立了地裂缝与地层等地质体三维模型:一是依据地裂缝空间位置数据和倾角约束等条件,运用TIN技术,生成了近似直立的、具有空间连续分布特征的地裂缝数字曲面；二是基于样本钻孔数据和Multipatch技术生成了可进行空间运算的西安核心区地层数字三维模型；三是建立了在同一个环境下多个数字地质体(如地裂缝、地层、地铁及钻孔等)要素集成显示及剖面剖切的三维数字组合模型。最后,基于传统分数维理论,提出了修正式曲线分数维计算模型,进而探讨了西安地裂缝、渭河西安段、长安-临潼断裂西安段、地面沉降的空间分布特征及其空间形态和空间关系,提出了西安地裂缝形成和发育的空间模式。