線狀工程三維地質(zhì)建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種線狀工程三維地質(zhì)建模方法，由于工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性、認(rèn)知程度的局限性，導(dǎo)致三維地質(zhì)建模的方法和技術(shù)尚不成熟。既有的三維地質(zhì)建模商業(yè)軟件大多是針對油藏、礦山等行業(yè)，針對線狀工程特點的寥寥無幾，且人機交互的工作量較大，無法滿足大規(guī)模的工程應(yīng)用需要。針對線狀工程勘察設(shè)計的特點，本發(fā)明主要包括縱斷面段落、橫縱斷面段落及特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)(斷層等)的三維地質(zhì)建模方法。先成感興區(qū)域?qū)嶓w，再建立地質(zhì)界面模型，通過布爾運算分割成地質(zhì)體，避免了用面封閉成體可能遇到的各種拓?fù)潆y題，且模型為實體，有利于后期仿真、設(shè)計、工程量計算；針對性強，人機交互量工作量小，模型可操控性強，滿足大規(guī)模應(yīng)用需求。
【專利說明】
線狀工程三維地質(zhì)建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)建模技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種線狀工程三維地質(zhì)建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維地質(zhì)建模是運用計算機技術(shù)，在三維環(huán)境下，將地質(zhì)信息與可視化工具結(jié)合，用于地質(zhì)研究的技術(shù)。三維地質(zhì)建?？刹捎没阢@孔離散地層點的建模方法、基于地質(zhì)剖面的建模方法、基于層面點云的建模方法等構(gòu)建三維地質(zhì)模型。但在工程應(yīng)用方面，受到一定程度的制約，主要表現(xiàn)為:
[0003]—方面，工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，認(rèn)知程度的局限性。地質(zhì)體在建造演化過程中形成極其復(fù)雜的幾何形態(tài)和拓?fù)潢P(guān)系，而因為工程特性的差異又被人為的劃分為各種地層，使其更具復(fù)雜性、不連續(xù)性及不確定性;現(xiàn)有的勘察技術(shù)手段只能獲取有限的地質(zhì)信息，難以準(zhǔn)確地、全面地揭示工程范圍內(nèi)的地質(zhì)條件，需要地質(zhì)工程師根據(jù)自身的經(jīng)驗來推斷與解譯；
[0004]另一方面，可視化工具的局限性。工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性、認(rèn)知程度的局限性導(dǎo)致三維地質(zhì)建模的方法和技術(shù)尚不成熟，空間拓?fù)潢P(guān)系的處理方法、多源地質(zhì)信息的融合技術(shù)、特殊地質(zhì)現(xiàn)象的表現(xiàn)形式等問題亟待解決。既有的三維地質(zhì)建模商業(yè)軟件大多是針對油藏、礦山等行業(yè)，針對線狀工程特點的寥寥無幾，且人工交互的工作量較大，無法滿足大規(guī)模的工程應(yīng)用需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的是:針對線狀工程的特點，發(fā)明了滿足工程設(shè)計精度的三維地質(zhì)建模方法。線狀工程勘察設(shè)計的特點:采用以鉆探、原位測試(靜力觸探、動力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等)為主，調(diào)繪、物探、簡易勘探等手段為輔的綜合勘探方法，主要沿線路方向進(jìn)行縱斷面勘察，輔以一定量的橫斷面勘察，查明線狀工程場地的工程地質(zhì)條件，設(shè)計專業(yè)以縱斷面、橫斷面等為基礎(chǔ)進(jìn)行施工圖設(shè)計。鑒于此，結(jié)合線狀工程勘察設(shè)計的特點，在三維地質(zhì)建模時將工程分為縱斷面段落和橫縱斷面段落?？v斷面段落只含縱斷面勘察，主要采用結(jié)合地形曲面的等厚推演或水平推演法建模，橫縱斷面段落同時含縱斷面和橫斷面勘察，主要采用交叉剖面展平投影法建模；同時，針對特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)-斷層，建立基于點-產(chǎn)狀、平剖面、點云的斷層模型。建模過程中結(jié)合調(diào)繪、物探等信息，在人機交互的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)模型的快速重構(gòu)。。
[0006]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種線狀工程三維地質(zhì)建模方法，包括如下步驟:
[0008]步驟101、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備;具體為:通過電子縱斷面、電子橫斷面、工程地質(zhì)平面圖、工程地質(zhì)資料數(shù)據(jù)備份庫、數(shù)字化紙質(zhì)斷面得到各地質(zhì)界面線;其中，所述各地層界面線由數(shù)據(jù)點組成，該各地層界面線包含數(shù)據(jù)點三維坐標(biāo)(X，y，z)、數(shù)據(jù)線拓?fù)鋵傩孕畔?；同時，準(zhǔn)備地形曲面及平面線位中線；
[0009]步驟102、感興區(qū)域建模;具體為:搜索所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)點，找出坐標(biāo)X或y最小和最大的點口0；[111:_111；[11、口0；[111:_1]1&叉，以及2最小的值2_111；[11;以點point_min，point_max依次為起點、終點，平面線位中線為基準(zhǔn)向左右分別擴展30?80m，進(jìn)而形成xy平面上的感興區(qū)域，以ZJiiin所處高程水平面、地形曲面為底板、頂板，封閉成感興區(qū)域?qū)嶓w；
[0010]步驟103、地質(zhì)界面建模:具體為:以地質(zhì)界面線為單位，數(shù)據(jù)點為元素進(jìn)行推演，推演得到的點線繼承基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點的屬性，與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點線一起形成地質(zhì)界面；
[0011]步驟104、特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模;包括下列三種類型:A，以特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個已知點和其產(chǎn)狀成面;B，以特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的平面展布線為斷面，以縱斷面展布線為引導(dǎo)線，掃略成面;C，以物探成果獲取的點云直接成面；
[0012]步驟105、布爾運算成體;具體為:將地質(zhì)界面和特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)面賦予一定的厚度thickness_DC，形成厚曲面體;以厚曲面體為本體，與感興區(qū)域?qū)嶓w布爾交形成感興區(qū)域內(nèi)厚曲面體，該體繼承地質(zhì)界面的地層屬性；以感興區(qū)域?qū)嶓w為本體，與厚曲面體進(jìn)行布爾減操作，將感興區(qū)域?qū)嶓w分割成若干個地質(zhì)體；
[0013]步驟106、地質(zhì)體賦屬性;具體為:
[0014]I)統(tǒng)計布爾運算生成的地質(zhì)體個數(shù)，獲取某一地質(zhì)體下表面上任意點A，測量點A和已建好的所有地質(zhì)界面的最小距離disdance_min，及對應(yīng)最小距離的點B ；
[0015]2)若有且只有一個地質(zhì)界面滿足最小距離disdance_min彡厚度thickness_DC、且點B的高程Hb小于A點Ha的高程的條件，則將該地質(zhì)界面的地層屬性賦予地質(zhì)體；
[0016]若同時存在2個以上地質(zhì)界面滿足最小距離disdance_min彡厚度thickness_DC、且點B的高程Hb小于A點Ha的高程的條件，將點A沿線路方向向前或向后移動5?20m，重復(fù)I)過程，即獲得滿足條件的地質(zhì)界面；
[0017]3)循環(huán)所有地質(zhì)體，重復(fù)I)、2)過程，將所有地質(zhì)體賦予屬性；
[0018]步驟107、獲得線狀工程三維地質(zhì)模型。
[0019]進(jìn)一步:所述特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)為斷層。
[0020]進(jìn)一步:所述步驟103中的推演具體包括:縱斷面段落的推演和橫縱斷面段落的推演。
[0021]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0022](I)本發(fā)明針對線狀工程勘察設(shè)計特點，將其分為縱斷面段落、橫縱斷面段落及特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)，采用不同的推演方法建立地質(zhì)界面，進(jìn)而構(gòu)建三維地質(zhì)模型，針對性強，彌補了行業(yè)空白。
[0023](2)本發(fā)明人機交互量工作量小，模型可操控性強，且能實現(xiàn)模型的快速重構(gòu)，有利于工程應(yīng)用，滿足線狀工程勘察設(shè)計大規(guī)模應(yīng)用需求。
[0024](3)本發(fā)明先成感興區(qū)域?qū)嶓w，再建立地質(zhì)界面模型，通過布爾運算分割成地質(zhì)體，避免了用面封閉成體可能遇到的各種拓?fù)潆y題，且模型為實體，有利于后期仿真、設(shè)計、
工程量計算。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的流程圖；
[0026]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的橫縱斷面布置示意圖。
[0027]其中:1、線位中線;2、鉆孔。
【具體實施方式】
[0028]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0029]請參閱圖1和圖2，一種線狀工程三維地質(zhì)建模方法，包括如下步驟:
[0030]S1:基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；
[0031]各地質(zhì)界面線可以通過電子縱(橫)斷面、工程地質(zhì)平面圖、工程地質(zhì)資料數(shù)據(jù)備份庫、數(shù)字化紙質(zhì)斷面等方法得到。各地層界面線由數(shù)據(jù)點組成，包含數(shù)據(jù)點三維坐標(biāo)(X，y，z)、數(shù)據(jù)線拓?fù)鋵傩孕畔?地層屬性信息:層號、地質(zhì)年代、地質(zhì)成因、地層名稱、風(fēng)化程度等)O
[0032]此外，需要地形曲面及平面線位中線。
[0033]S2:感興區(qū)域建模
[0034]即建模區(qū)域，搜索所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)點，找出坐標(biāo)X或y最小和最大的點point_min、point_max，以及z最小的值z_min;以點point_min，point_max為起點、終點，平面線位中線為基準(zhǔn)向左右擴展30?80m形成xy平面上的感興區(qū)域，以z_min所處高程水平面、地形曲面為底板、頂板，封閉成感興區(qū)域?qū)嶓w。
[0035]S3:地質(zhì)界面建模
[0036]以地質(zhì)界面線為單位，數(shù)據(jù)點為元素進(jìn)行推演，推演得到的點線繼承基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點的屬性，與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點線一起形成地質(zhì)界面。獲取推演點線的方法如下。
[0037]I)對于縱斷面段落:
[0038]縱斷面一般沿線位中線I方向布置，結(jié)合地形曲面的等厚推演或水平推演法建模，具體方法如下。
[0039]等厚推演:以數(shù)據(jù)點元素為基準(zhǔn)，平面線位中線在該數(shù)據(jù)點元素處的法線為方向，向左右兩側(cè)每隔一定距離(diSdance_TY)生成一個點，并使得該點與地形曲面的距離(沿z方向)和基準(zhǔn)點保持一致。
[0040]水平推演:以數(shù)據(jù)點元素為基準(zhǔn)，平面線位中線在該數(shù)據(jù)點元素處的法線為方向，向左右兩側(cè)每隔一定距離(disdance_TY)生成一個點。
[0041 ] 距離(disdance_TY)和推演點的組數(shù)(NTeam_TY)可根據(jù)需要調(diào)整。
[0042]2)對于橫縱斷面段落:
[0043]橫縱斷面布置示意圖如附圖2。鉆孔2位于縱斷面Z-Z’上;縱斷面一般沿線位中線I方向布置，橫斷面Z-Z’一般沿線位中線I垂線方向布置，縱、橫斷面交割成的區(qū)域主要有ABED、BCFE兩種類型，采用交叉剖面展平投影法建模，具體方法如下。
[0044]對于ABED類型:ABE段的地質(zhì)界面線已知，DE段未知;將折面ABE展平，將ABE展平面上的地質(zhì)界面線按比例投影到DE展平面上，通過一定的轉(zhuǎn)換方法得到的折面DE上的地質(zhì)界面線及數(shù)據(jù)點(即推演點)，并繼承原地質(zhì)界面線屬性。
[0045]對于BCFE類型:EBCF段的地質(zhì)界面線已知，EF段未知;將折面EBCF展平，將EBCF展平面上的地質(zhì)界面線按比例投影到EF面上，通過一定的轉(zhuǎn)換方法得到的EF面上的地質(zhì)界面線及數(shù)據(jù)點(即推演點)，并繼承原地質(zhì)界面線屬性。
[0046]S4:特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)(斷層等)建模
[0047]可采用三種方式建模，一，以特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個已知點和其產(chǎn)狀成面;二，以特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的平面展布線為斷面，以縱斷面展布線為引導(dǎo)線，掃略成面;二，以物探等成果獲取的點云直接成面。
[0048]S5:布爾運算成體
[0049]將地質(zhì)界面和特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)面賦予一定的厚度(thickness_DC)，形成厚曲面體。以厚曲面體為本體，與感興區(qū)域?qū)嶓w布爾交形成感興區(qū)域內(nèi)厚曲面體，該體繼承地質(zhì)界面的地層屬性；以感興區(qū)域?qū)嶓w為本體，與厚曲面體進(jìn)行布爾減操作，將感興區(qū)域?qū)嶓w分割成若干個地質(zhì)體。
[0050]S6:地質(zhì)體賦屬性
[0051](I)統(tǒng)計布爾運算生成的地質(zhì)體個數(shù)，獲取某一地質(zhì)體下表面上任意點A，測量點A和已建好的所有地質(zhì)界面的最小距離(disdance_min)，及對應(yīng)最小距離的點B;
[0052](2)若有且只有一個地質(zhì)界面滿足disdance_min<thickness_DC、且點B的高程(Hb)小于A點(Ha)的高程的條件，則將該地質(zhì)界面的地層屬性賦予地質(zhì)體；
[0053]若同時存在2個以上地質(zhì)界面滿足上述條件，將點A沿線路方向向前或向后移動5?20m，重復(fù)(I)過程，即可獲得滿足條件的地質(zhì)界面；
[0054](3)循環(huán)所有地質(zhì)體，重復(fù)(I)、(2)過程，可將所有地質(zhì)體賦予屬性。
[0055]S7:獲得線狀工程三維地質(zhì)模型。
[0056]以上對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實施范圍。比如僅對標(biāo)識的形狀、色彩進(jìn)行改變。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種線狀工程三維地質(zhì)建模方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟101、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備;具體為:通過電子縱斷面、電子橫斷面、工程地質(zhì)平面圖、工程地質(zhì)資料數(shù)據(jù)備份庫、數(shù)字化紙質(zhì)斷面得到各地質(zhì)界面線;其中，所述各地層界面線由數(shù)據(jù)點組成，該各地層界面線包含數(shù)據(jù)點三維坐標(biāo)(X，y，z)、數(shù)據(jù)線拓?fù)鋵傩孕畔ⅲ煌瑫r，準(zhǔn)備地形曲面及平面線位中線； 步驟102、感興區(qū)域建模;具體為:搜索所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)點，找出坐標(biāo)X或y最小和最大的點口0；[111:_111；[11、口0；[111:_11^，以及2最小的值2_111；[11;以點point_min，point_max依次為起點、終點，平面線位中線為基準(zhǔn)向左右分別擴展30?80m，進(jìn)而形成xy平面上的感興區(qū)域，以ZJiiin所處高程水平面、地形曲面為底板、頂板，封閉成感興區(qū)域?qū)嶓w； 步驟103、地質(zhì)界面建模:具體為:以地質(zhì)界面線為單位，數(shù)據(jù)點為元素進(jìn)行推演，推演得到的點線繼承基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點的屬性，與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點線一起形成地質(zhì)界面； 步驟104、特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模;包括下列三種類型:A，以特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個已知點和其產(chǎn)狀成面;B，以特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的平面展布線為斷面，以縱斷面展布線為引導(dǎo)線，掃略成面;C，以物探成果獲取的點云直接成面； 步驟105、布爾運算成體；具體為:將地質(zhì)界面和特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)面賦予一定的厚度thickness_DC，形成厚曲面體;以厚曲面體為本體，與感興區(qū)域?qū)嶓w布爾交形成感興區(qū)域內(nèi)厚曲面體，該體繼承地質(zhì)界面的地層屬性；以感興區(qū)域?qū)嶓w為本體，與厚曲面體進(jìn)行布爾減操作，將感興區(qū)域?qū)嶓w分割成若干個地質(zhì)體； 步驟106、地質(zhì)體賦屬性;具體為: 1)統(tǒng)計布爾運算生成的地質(zhì)體個數(shù)，獲取某一地質(zhì)體下表面上任意點A，測量點A和已建好的所有地質(zhì)界面的最小距離disdance_min，及對應(yīng)最小距離的點B; 2)若有且只有一個地質(zhì)界面滿足最小距離也8(^1106_111；[11<厚度1:11；[01^11688_0(]、且點13的高程Hb小于A點Ha的高程的條件，則將該地質(zhì)界面的地層屬性賦予地質(zhì)體； 若同時存在2個以上地質(zhì)界面滿足最小距離disdance_min<厚度thickness_DC、且點B的高程Hb小于A點Ha的高程的條件，將點A沿線路方向向前或向后移動5?20m，重復(fù)I)過程，即獲得滿足條件的地質(zhì)界面； 3)循環(huán)所有地質(zhì)體，重復(fù)1)、2)過程，將所有地質(zhì)體賦予屬性； 步驟107、獲得線狀工程三維地質(zhì)模型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述線狀工程三維地質(zhì)建模方法，其特征在于:所述特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)為斷層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述線狀工程三維地質(zhì)建模方法，其特征在于:所述步驟103中的推演具體包括:縱斷面段落的推演和橫縱斷面段落的推演。
【文檔編號】G06T17/05GK105957146SQ201610284556
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】李紅旭, 張利國, 陳則連, 張晨, 張戎墾
【申請人】鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司