專利名稱：一種尖滅地質(zhì)體三維復(fù)雜剖面自動生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維地學(xué)建模領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鉆孔數(shù)據(jù)的尖滅地質(zhì)體復(fù)雜剖面自動生成方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與空間信息技術(shù)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)(GeographicInformation System, GIS)技術(shù)在區(qū)域地質(zhì)條件三維可視化方面得到普遍的應(yīng)用，如以地質(zhì)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的GIS軟件，能以人機(jī)交互的方式生成鉆孔柱狀圖、地層綜合柱狀圖、礦層對比圖和任意方向的地質(zhì)剖面圖等。這些功能能夠?yàn)榈刭|(zhì)工作人員提供空間輔助決策支持。近年來，ー些學(xué)者探討了采用不同方法實(shí)現(xiàn)鉆孔剖面圖的繪制[1~3]。如門桂珍等以煤層為例，采用Excel或其他編程手段，研究了地質(zhì)剖面圖的幾種繪制方法，很好的處理了煤層斷層在剖面圖件中的繪制處理和地層線間的協(xié)調(diào)問題，但對于地質(zhì)剖面中復(fù)雜地質(zhì)體(透鏡體、尖滅等)的處理方法沒有涉及[1];溫永左等學(xué)者用Basic編程語言探討了水文地質(zhì)剖面的生成方法并考慮了特殊的剖面情況，但對鉆孔數(shù)據(jù)資料的收集、分析整理還需要大量的手工操作，并且紋理填充的算法也不夠全面和優(yōu)化，該方法在人工智能上比較欠缺，靈活性和實(shí)用性不夠[2]。狄衛(wèi)民，王德筑，唐新軍等學(xué)者采用編程語言結(jié)合鉆孔數(shù)據(jù)庫和CAD技術(shù)，研究了地質(zhì)剖面圖的自動生成方法，該方法基于CAD平臺，在三維表達(dá)上能力不足，不能夠?qū)崿F(xiàn)三維剖面圖的繪制[3~5]。陸娟以水文地質(zhì)為基礎(chǔ)探討了基于組件式GIS技術(shù)結(jié)合知識規(guī)則的水文地質(zhì)剖面自動生成方法，但其涉及的領(lǐng)域局限于水文地質(zhì)剖面[6]。田甜等應(yīng)用空間語義關(guān)系的空間域搜索算法，以人機(jī)交互的方式結(jié)合專家知識實(shí)現(xiàn)剖面的連接繪制，其方法人工交互多，智能化和自動繪制程度不高m。王繼民等探討了基于鉆孔數(shù)據(jù)的地質(zhì)剖面建模，并引入知識推理方法，融入了可供決策的專家知識和經(jīng)驗(yàn)，但其開發(fā)的軟件系統(tǒng)只是處理鉆孔投影到平面的剖面，鉆孔的實(shí)際位置和分布無法表達(dá)[8]。綜上，目前對三維地質(zhì)剖面的自動生成研究，多關(guān)注平面剖面的繪制方法，而在三維表達(dá)和自動化程度上有所欠缺。這就需要發(fā)明ー種三維剖面的自動繪制方法，從而提高地質(zhì)剖面的直觀表達(dá)能力和作業(yè)效率，更好地服務(wù)于輔助決策。相關(guān)文獻(xiàn)
[I]門桂珍，薩賢春，雷寶林.地質(zhì)剖面圖的計(jì)算機(jī)繪制技木.煤田地質(zhì)與勘探，1995年 01 期，34-37。[2]溫永左，孫永堂，陳鴻艷等.微機(jī)繪制水文地質(zhì)剖面方法研究.吉林水利，1996 年第 11 期，34-37。[3]王德筑.工程地質(zhì)剖面圖軟件的開發(fā)與應(yīng)用.工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2000. 2，6-9。[4]狄衛(wèi)民.地質(zhì)剖面圖和平面圖的計(jì)算機(jī)輔助繪制.黃金科學(xué)技木，2002年第10 卷第 4 期，36-39。[5]唐新軍，嚴(yán)和平.利用VB6.0和AutoCAD處理工程圖形.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2002年01 期，104-106。[6]陸娟.基于組件式GIS的水文地質(zhì)剖面自動生成方法研究.南京師范大學(xué)，2003。[7]田甜，潘懋，陳雷，叢威青，趙桂卿，孫志東，張芳.基于空間語義的地質(zhì)剖面 自動連接算法.地理與地理信息科學(xué)，2008年11月，第24卷第6期，54-56。[8]王繼民，呂慶，萬定生.基于鉆孔數(shù)據(jù)的地質(zhì)剖面建模系統(tǒng).河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009年7月，第37卷第4期，463-466。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是從對鉆孔數(shù)據(jù)處理入手，根據(jù)現(xiàn)有鉆孔數(shù)據(jù)的空間分布，可對鉆孔中缺失地層數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬補(bǔ)充，提供一種尖滅地質(zhì)體三維復(fù)雜剖面自動生成方法，能夠有效解決通常地質(zhì)勘探采集的鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)不能滿足剖面繪制的問題，基于鉆孔的地層信息判斷尖滅情況，實(shí)現(xiàn)三維剖面自動繪制問題。采用的技術(shù)方案是
一種尖滅地質(zhì)體三維復(fù)雜剖面自動生成方法，是ー種基于鉆孔數(shù)據(jù)的尖滅地質(zhì)體復(fù)雜三維剖面自動生成方法，具體流程如下
(I)對鉆孔數(shù)據(jù)的處理。即判斷鉆孔平面位置坐標(biāo)是否符合實(shí)際和對鉆孔中缺失的地層進(jìn)行虛擬補(bǔ)充處理。(2)地層輪廓多邊形的提取。根據(jù)鉆孔中地層一一對應(yīng)規(guī)則將同一層的鉆孔數(shù)據(jù)點(diǎn)提取出來，并組合成地層輪廓線。所述的地層包括各種復(fù)雜地質(zhì)情況(如透鏡體、尖滅)。(3)地層輪廓多邊形剖分。根據(jù)提取的地層輪廓線，以相鄰兩個(gè)鉆孔間構(gòu)成地層的上下地層點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，從而實(shí)現(xiàn)地層剖面的三維可視化表達(dá)。該方法建模包括以下步驟
(I)、數(shù)據(jù)預(yù)處理。包括鉆孔數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和自動修正，通過鉆孔孔ロ坐標(biāo)的邏輯判斷，檢查原始數(shù)據(jù)是否正確，對地層缺失進(jìn)行虛擬補(bǔ)充。(2)、地層剖面建摸。判斷地層尖滅等復(fù)雜情況，并進(jìn)行相鄰鉆孔地層的自動處理。(3)、根據(jù)步驟(2)中的判斷結(jié)果提取各地層邊界線，以相鄰兩個(gè)鉆孔間構(gòu)成地層的上下地層點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，形成兩個(gè)構(gòu)成剖面的三角形，以此處理所有的地層輪廓線，最后將這些由三角形構(gòu)成的剖面三維可視化。本方法可基于鉆孔數(shù)據(jù)，自動識別和處理地質(zhì)體的尖滅情況和透鏡體情況，以不同鉆孔的同一地層數(shù)據(jù)構(gòu)成復(fù)雜剖面并進(jìn)行剖分，從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)剖面的三維可視化表達(dá)。解決了復(fù)雜三維剖面的自動繪制問題，提高了地層空間分析和決策效率。該方法采用3DGIS在復(fù)雜地質(zhì)剖面自動生成的應(yīng)用，豐富了 3DGIS的空間分析理論與方法，可廣泛在三維地學(xué)建模中推廣使用。


圖I為本發(fā)明鉆孔數(shù)據(jù)處理流程圖；圖2為本發(fā)明基于鉆孔數(shù)據(jù)復(fù)雜地質(zhì)體剖面繪制流程圖。
圖3尖滅地質(zhì)體復(fù)雜三維剖面圖。圖4地層地質(zhì)體邊界輪廓提取原理描述輔助圖。圖5為實(shí)施例一工程的三維模型圖。圖6為實(shí)施例一多個(gè)復(fù)雜剖面自動繪制的組合圖。圖7為實(shí)施例一多個(gè)復(fù)雜剖面與鉆孔的組合圖。圖8為實(shí)施例ニ工程的三維模型圖。圖9為實(shí)施例ニ的單條勘探線的復(fù)雜三維剖面圖。圖10為實(shí)施例ニ多個(gè)復(fù)雜剖面自動繪制的組合圖。圖11為實(shí)施例ニ多個(gè)復(fù)雜剖面與鉆孔的組合圖。
具體實(shí)施例方式為清楚表述本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，以下結(jié)合具體實(shí)施案例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。具體實(shí)現(xiàn)流程如下
(I)對鉆孔數(shù)據(jù)的處理。即判斷鉆孔平面位置坐標(biāo)是否符合實(shí)際和對鉆孔中缺失的地層進(jìn)行虛擬補(bǔ)充處理。(2)地層輪廓多邊形的提取。根據(jù)鉆孔中地層一一對應(yīng)規(guī)則將同一層的鉆孔數(shù)據(jù)點(diǎn)提取出來，并組合成地層輪廓線。這里指的地層包括各種復(fù)雜地質(zhì)情況(如透鏡體、尖滅)。(3)地層輪廓多邊形剖分。根據(jù)提取的地層輪廓線，以相鄰兩個(gè)鉆孔間構(gòu)成地層的上下地層點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，從而實(shí)現(xiàn)地層剖面的三維可視化表達(dá)。剖面地層輪廓線提取原理
從地層①開始，根據(jù)地層的
厚度是否為0來判斷第一個(gè)鉆孔(鉆孔I)中是否存在地層 ，圖4中所示存在則將第一個(gè)鉆孔的地層 的上地層點(diǎn)和下地層點(diǎn)存入地層輪廓變量中，以此判斷第二鉆孔(鉆孔2)直到最后ー個(gè)鉆孔(鉆孔6)。地層①輪廓提取完成后，提取地層②輪廓線。圖4中鉆孔I的地層 存在，鉆孔2處地層 尖滅了，所以將鉆孔I的地層@的上下地層點(diǎn)存入地層@的地層輪廓線變量中。鉆孔3出地層 也尖滅但鉆孔4存在地層 所以將鉆孔3到鉆孔6的地層@的上下地層點(diǎn)存入地層@的輪廓線變量中。圖4中地層@沒有尖滅，其提取過程與地層(I) 一祥。地層 在鉆孔I處缺失，并在鉆孔2處也缺失，此時(shí)將鉆孔I的地層 的
上下地層點(diǎn)(實(shí)際為相同坐標(biāo)的兩點(diǎn))丟棄不存入地層輪廓線變量中。而鉆孔3出地層@的厚度不為O，故鉆孔2的地層點(diǎn)存入地層輪廓線的變量中。繼續(xù)判斷余下鉆孔，直到鉆孔5處地層@尖滅。在鉆孔6處地層@缺失，而由于鉆孔處地層 的厚度為O (即缺失)，所
以鉆孔6的地層上下地層點(diǎn)丟棄。從圖4中可看出，地層 有兩個(gè)部分組成，鉆孔I、鉆孔
2和鉆孔3組成了一個(gè)尖滅體，此時(shí)將鉆孔I、鉆孔2和鉆孔3的地層 的上下地層點(diǎn)存入 地層輪廓線變量。而鉆孔4、鉆孔5和鉆孔6則組成了另ー個(gè)尖滅體，此時(shí)將鉆孔的地層⑤
的上下地層點(diǎn)存入地層輪廓線的變量中。地層@則由鉆孔I、鉆孔2和鉆孔3組成半尖滅
體，此時(shí)只要將鉆孔I、鉆孔2和鉆孔3的地層@的上下地層點(diǎn)存入地層輪廓線的變量中即
可，余下鉆孔的地層 的上下鉆孔點(diǎn)丟棄即可。類似地，地層 只要將鉆孔3、鉆孔4、鉆孔
5和鉆孔6的地層 的上下地層點(diǎn)存入地層輪廓線變量組成半尖滅體。地層@的輪廓線的
提取與地層 —祥。至此，提取完成所有的地層輪廓線。圖I、圖2為該方法的數(shù)據(jù)處理流程圖和剖面繪制流程圖。該方法具體建模步驟包括
I、數(shù)據(jù)預(yù)處理。包括鉆孔數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和自動修正，通過鉆孔孔ロ坐標(biāo)的邏輯判斷，檢查原始數(shù)據(jù)是否正確，對地層缺失進(jìn)行虛擬補(bǔ)充。詳細(xì)過程如下首先從數(shù)據(jù)庫中讀取鉆孔孔ロ三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和鉆孔的地層數(shù)據(jù)。由于ー個(gè)工程的區(qū)域是有范圍的，所以根據(jù)鉆孔孔ロ平面坐標(biāo)間的坐標(biāo)差的大小范圍是否符合邏輯和實(shí)際，可以判斷鉆孔孔ロ坐標(biāo)是否存在錯(cuò)誤。如，ー個(gè)工程的鉆孔坐標(biāo)Y值相差在百公里以上則可認(rèn)為數(shù)據(jù)有誤并提示用戶是否繼續(xù)處理。其次，從鉆孔的地層數(shù)據(jù)中獲取地層的最大地層編號和地層的數(shù)目。再對每個(gè)鉆孔的地層數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，若其中某一層地層缺失則向鉆孔地層數(shù)據(jù)中添加該層的虛擬數(shù)據(jù)，其虛擬地層數(shù)據(jù)為地層編號缺失的地層的編號地層的深度為上層地層的地層深度，地層厚度為O。最后，得到滿足剖面繪制要求的數(shù)據(jù)。2、地層剖面建模。判斷地層尖滅等復(fù)雜情況，并進(jìn)行相鄰鉆孔地層的自動處理，其處理流程如圖2。詳細(xì)的過程如下從所有的鉆孔地層數(shù)據(jù)中獲取地層的數(shù)目，進(jìn)而ー層ー層分別提取地層的輪廓線。從最接近地表的地層開始往下逐層進(jìn)行處理。處理每一層地層時(shí)，將組成剖面的鉆孔逐個(gè)處理，如果該鉆孔處當(dāng)前處理的地層的厚度不為0，則將該鉆孔當(dāng)前地層的數(shù)據(jù)(地層的上表面點(diǎn)和下表面點(diǎn)坐標(biāo))記錄到存儲地層輪廓線的變量中并進(jìn)行下個(gè)鉆孔處理。如果該鉆孔的地層數(shù)據(jù)中當(dāng)前處理的這一地層的厚度為O，則說明當(dāng)前地層在該鉆孔處缺失，即地層在該鉆孔處尖滅或者地層不存在。其具體情況要根據(jù)相鄰鉆孔的當(dāng)前地層的數(shù)據(jù)來判斷，如果相鄰的一個(gè)鉆孔存在當(dāng)前地層即地層厚度不為O，則該鉆孔為地層的尖滅點(diǎn)。如果相鄰鉆孔當(dāng)前地層厚度都為O，則該鉆孔的缺失當(dāng)前地層。如果該鉆孔為地層尖滅點(diǎn)則同樣將地層數(shù)據(jù)存入地層輪廓線變量中，否則將該鉆孔的當(dāng)前地層數(shù)據(jù)丟棄。處理完一層地層后，以此處理下一地層直至所有的地層處理完畢。3、根據(jù)步驟2中的判斷結(jié)果提取各地層邊界線，以相鄰兩個(gè)鉆孔間構(gòu)成地層的上下地層點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，形成兩個(gè)構(gòu)成剖面的三角形，以此處理所有的地層輪廓線，最后將這些由三角形構(gòu)成的剖面三維可視化。實(shí)施例I :
以某市地質(zhì)勘探工程為例。該區(qū)域?yàn)槭袇^(qū)的ー個(gè)建筑エ地，其地形較平坦，地面高程 介于47. 46^50. 30米，地貌類型為河流高漫灘及古河道。該工程共有鉆孔68個(gè)，鉆探結(jié)果表明，構(gòu)成場地地層自上而下大致依次為雜填土、粉質(zhì)粘土、粉土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、中砂、和圓石樂。首先，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行按相應(yīng)規(guī)則進(jìn)行處理，其流程如圖I所示。然后，在基于本發(fā)明所開發(fā)的軟件地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地表環(huán)境一體化三維模型系統(tǒng)中進(jìn)行復(fù)雜地質(zhì)剖面的自動生成和繪制。如圖5為該實(shí)例工程的三維模型圖，圖6為多個(gè)復(fù)雜剖面自動繪制的組合圖，圖7為多個(gè)復(fù)雜剖面與鉆孔的組合圖。實(shí)施例2
某市地質(zhì)勘探工程為例，該區(qū)域?yàn)槭袇^(qū)ー個(gè)建筑エ地，工程場地地形較平坦，地面高程介于49. 23-52. 71米，地貌單元屬河流沖積階地。該工程共有勘探點(diǎn)127個(gè)，鉆孔深度10-30米。工程鉆探結(jié)果表明，勘探場地的地層自上而下大致為第四紀(jì)全新世人工堆積層的雜填土、第四紀(jì)全新世沖洪積相地層的粉質(zhì)粘土、細(xì)沙、中砂、礫砂和圓礫。該實(shí)例的尖滅復(fù)雜三維剖面的繪制處理方式和流程與上面實(shí)例一致。如圖8為該實(shí)例工程的三維模型整體效果圖，圖9為該實(shí)例的單條勘探線的復(fù)雜三維剖面，圖10為該實(shí)例多個(gè)復(fù)雜剖面自動繪制的組合圖，圖11為多個(gè)復(fù)雜剖面與鉆孔的組合圖。
權(quán)利要求
1.一種尖滅地質(zhì)體三維復(fù)雜剖面自動生成方法，其特征是ー種基于鉆孔數(shù)據(jù)的尖滅地質(zhì)體復(fù)雜三維剖面自動生成方法，該方法流程如下 (1)對鉆孔數(shù)據(jù)的處理，即判斷鉆孔平面位置坐標(biāo)是否符合實(shí)際和對鉆孔中缺失的地層進(jìn)行虛擬補(bǔ)充處理； (2)地層輪廓多邊形的提取，根據(jù)鉆孔中地層一一對應(yīng)規(guī)則將同一層的鉆孔數(shù)據(jù)點(diǎn)提取出來,并組合成地層輪廓線； (3)地層輪廓多邊形剖分，根據(jù)提取的地層輪廓線，以相鄰兩個(gè)鉆孔間構(gòu)成地層的上下地層點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，從而實(shí)現(xiàn)地層剖面的三維可視化表達(dá)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種尖滅地質(zhì)體三維復(fù)雜剖面自動生成方法，其特征在于建模包括以下步驟 (I )、數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括鉆孔數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和自動修正，通過鉆孔孔ロ坐標(biāo)的邏輯判斷，檢查原始數(shù)據(jù)是否正確，對地層缺失進(jìn)行虛擬補(bǔ)充； (2)、地層剖面建模，判斷地層尖滅等復(fù)雜情況，并進(jìn)行相鄰鉆孔地層的自動處理； (3)、根據(jù)步驟(2)中的判斷結(jié)果提取各地層邊界線，以相鄰兩個(gè)鉆孔間構(gòu)成地層的上下地層點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，形成兩個(gè)構(gòu)成剖面的三角形，以此處理所有的地層輪廓線，最后將這些由三角形構(gòu)成的剖面三維可視化。
全文摘要
本發(fā)明是一種尖滅地質(zhì)體三維復(fù)雜剖面自動生成方法，是從對鉆孔數(shù)據(jù)處理入手，依據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)的空間分布，對鉆孔中缺失地層數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬補(bǔ)充。根據(jù)鉆孔中地層一一對應(yīng)規(guī)則將同一層的鉆孔數(shù)據(jù)提取出來，并組合成地層輪廓線。根據(jù)提取的地層輪廓線，以相鄰兩個(gè)鉆孔間構(gòu)成地層的上下地層點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，實(shí)現(xiàn)地層剖面的三維可視化表達(dá)。本發(fā)明解決了復(fù)雜三維剖面的自動繪制問題，極大地減輕手工繪制地質(zhì)剖面圖工作量，該方法基于鉆孔的地層信息判斷尖滅情況，從而提高空間分析和決策的效率，適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)體三維剖面建模，可在三維地學(xué)建模中廣泛推廣使用。
文檔編號G06T17/05GK102651143SQ201110044770
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者劉偉, 吳立新, 孔慶曉, 岳玉梅, 敖然, 武少豐, 王家偉, 郭甲騰, 魏可峰 申請人:東北大學(xué), 中冶沈勘工程技術(shù)有限公司