基于ArcGISEngine的Flac数值模型剖切及云图自动构建方法*

伍伟斌纪洪广曹善忠

（1.北京科技大学土木与环境工程学院；2.中矿金业股份有限公司）

基于ArcGISEngine的Flac数值模型剖切及云图自动构建方法*

伍伟斌1纪洪广1曹善忠2

（1.北京科技大学土木与环境工程学院；2.中矿金业股份有限公司）

为了实现Flac3D的云图查看功能，基于ArcGISEngine二次开发技术，在模型单元信息基础上，提出了一种适合于六面块体网格单元类型的剖切算法，沿3个坐标轴方向实现剖切并且快速生成彩色云图。利用此方法，可在ArcGISEngine二次开发软件中对数值模型剖切实现快速查看矿区3个坐标轴方向的应力状况。

ArcGISEngine 剖切算法 云图

GIS以其管理空间信息的独特优越性，已经广泛应用于城市规划、资源管理、岩土工程等各个领域和行业。众所周知，我国处于基础建设高速发展时期，大规模的基础建设使岩土工程领域积累的数据急剧增多，出现了所谓的“资料数据爆炸性增长”。因此，如何有效地存储、管理、交流从而充分利用（包括多次开发利用和综合开发利用）这些数据，已成为国内岩土工程工作者共同关心的问题。显然，利用计算机技术建立起岩土工程数据库系统，使显示、储存、管理和利用岩土工程数据信息效果最好，也是最经济合理的途径。目前国内外已较广泛地开展了GIS技术和数据库技术相结合的岩土工程数据库系统的开发和研究工作，并取得了可喜的成绩［1］。

在矿山开采中，单凭一种预测方法难以准确预测、预报，需要将开采过程中的各种信息综合分析，由此需要将各种工程信息存储到统一的数据库中，ArcGIS的空间数据库能满足此条件。Flac3D具有强大的后处理功能，可以输出包括云图、矢量图、动画等各种格式的结果，但是Flac3D软件本身对于工程中需要的一些别的分析功能却不能实现，所以一套针对矿山开采过程中危险性分析的软件显得尤其重要。为了实现Flac3D的某些后处理功能，如云图的输出，本研究利用ArcGISEngine提供的嵌入式组件库，在Visual C＋＋开发环境下实现ArcGIS Engine的二次开发，完成对Flac数值模型剖切及剖切平面应力云图的自动构建。

1 Flac数值计算结果在ArcGIS空间数据库中的存储方式

在ArcGISEngine环境下存储数据有多种方式，其常见的数据格式包括Shapefile、Coverage、Geodatabase、Tin、Raster、CAD以及RDBMS［2-3］。分析这几种存储方式后发现，Tin只能保存三角面片，Raster是四角网格数据，RDBMS存储的只是属性信息；只有Shapefile和Geodatabase才能兼容多种数据类型，所以这两者才符合本系统的要求。其中，Geodatabase数据的整合程度很高，Shapefile的读写、显示速度相对较快。而在Geodatabase的2种子类型中，Personal Geodatabase只需安装Access就可以使用ArcGIS引擎直接读写；Enterprise Geodatabase却不仅需要安装大型数据库软件，还必须同时安装Arc SDE运行模块，并且要为数据服务器与数据库间建立连接。前者配置简单且对机器的要求偏低，但数据容量受到Access数据库系统的严格限制。后者安装、配置较为复杂而且对机器性能要求较高，不过数据的容量几乎不受数据库系统的限制。本系统采用的数据库是Personal Geodatabase，只需要安装Access就可以满足系统要求。

Flac数值模型计算结果经过Flac3D软件处理后得到单元信息、单元6个方向应力信息和单元最大最小主应力信息，以log文件形式保存。单元基本信息包括ID、Type、Model、Group、Centroid（X，Y，Z），单元6个方向应力信息包括ID、S－XX、S－YY、SZZ、S－XY、S－XZ、S－YZ，单元最大最小主应力信息包括ID、Maximum、Intermediate、Minimum。

根据以上3种文件格式，编写读取数据接口程序，把3种文件数据以ID为关联属性，保存于Access数据库中。数据保存格式见表1。

表1 Flac数值计算数据保存格式

2 剖切算法

Flac3D软件网格模型有六面块体网格、楔形体网格、四面体网格等多种网格模型，本研究主要以六面块体网格为对象，以垂直于X、Y、Z 3个方向的平面对模型进行剖切。设六面块体网格ABCD－A′B′C′D′的型心为O，垂直于Z轴平面为EFGH，O点到平面EFGH的距离为d，见图1。

图1 单元网格

以平面EFGH为剖切平面对数值模型进行剖切，以Z方向剖切为例，沿Z方向单元长度取平均值r，当单元型心O到剖切平面EFGH的距离d小于r／2时，则认为该单元被平面剖切到。只要计算数据库中所有单元型心到平面EFGH的距离，当距离小于r／2时视为满足条件，把满足条件的所有单元选取出来就能得到被剖切平面所切到的所有单元。根据此原理编写程序，把所有选中的单元输出生成一个临时txt文件，该txt文件的字段名与表1所示一致。

3 云图自动构建方法

DEM即数字高程模型，主要包括规则格网模型（GRID）和不规则三角网模型（TIN）2种形式，其中，GRID通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角形网格，区域中任意点落在三角形的顶点、边上或三角形内［4］。ArcGIS提供了RASTER和TIN 2个类型的数据，它们分别对应GRID和TIN数据，本研究以TIN为基础显示云图。

在剖切过程中生成了一个临时txt文件，保存了被剖切到的单元信息，利用ArcGIS Engine的接口IWorkspaceFactory的OpenFromFile函数打开该临时文件txt所在的文件夹得到IWorkspace指针，然后利用IWorkspace打开txt文件得到数据集。具体数据操作流程见图2。

图2 数据操作流程

通过图2所示的数据操作后得到IFeatureClass指针，指向txt文件数据集，利用IFeatureClass指针构建Tin，然后选择高程字段，调用接口ITinEdit的函数AddFromFeatureClass将高程信息增加到Tin中，获得带有高程信息的Tin在主界面中显示。

4 工程实例

将本方法运用于山东招远市中矿金业集团玲南矿区，该矿区的数值模型计算结果已经保存在Arc-GIS空间数据库中，依据本次所提出的方法可以快速地查看某个水平剖面的单元属性云图的情况。软件所产生的某一位置水平方向S－YY应力状况与利用Flac3D软件读取模型后产生的S－YY应力状况见图3、图4。从2幅云图可以看出，本次所提出的方法得到的云图与利用Flac3D软件所产生的云图是一致的。

图3 水平方向S－YY应力状况

图4 Flac3D中水平方向S－YY应力状况

5 结 论

利用本研究所提的方法在ArcGIS Engine二次开发软件中所得到的云图与Flac3D软件所得到的云图基本一致，由此可以看出此方法是可行的。本次所提方法的不足之处是在剖切算法中模型单元长度经常是不一致的，导致单元长度平均值r的取值可能会出现偏差，由此会影响剖切结果。

［1］郭 明.GIS在岩土工程领域的应用［J］.西部探矿工程，2006（7）：7-10.

［2］贾 宁.工程安全监测信息的空间表达与分析方法研究［D］.北京：北京科技大学，2008.

［3］黄 云.MapGIS向ArcGIS数据格式转换方法探讨［J］.地矿测绘，2010，26（1）：33-35.

［4］韩 鹏，徐占华，褚海峰，等.地理信息系统开发——ArcObjects方法［M］.武汉：武汉大学出版社，2005.

Cutting M ethod and Automatic Generating Image of Numerical M odel of Flac Based on ArcGIS Engine

Wu Weibin1Ji Hongguang1Cao Shanzhong2
（1.School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing；2.Zhongkuang Gold Limited by Share Ltd.）

Based on secondary development of ArcGISEngine，a cutting algorithm suitable for grid cells of six-sided block was proposed on the foundation of zone information of models in order to achieve the function of cloud picture view.The algorithm can achieve cutting model along three axis directions and quickly generate color cloud picture.According to themethod，the stress condition of three axis direction can be quickly showed by cutting numericalmodels based on secondary development of ArcGISEngine.

ArcGISEngine，Cutting algorithm，Cloud picture

2013-07-22）

* 国家重大基础研究发展计划（973计划）项目（编号：2010CB226803，2010CB731501），国家自然科学基金项目（编号：51174015），“十二五”国家科技支撑计划项目（编号：2012BAK09B07）。

伍伟斌（1986—），男，博士研究生，100083北京市海淀区学院路30号。