一種三維地質(zhì)柵格體模型構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及構(gòu)建三維地質(zhì)體模型領(lǐng)域，具體的涉及一種三維地質(zhì)柵格體模型構(gòu)建 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的三維地質(zhì)體構(gòu)建中數(shù)據(jù)采集主要是采用離散散點(diǎn)采集和單點(diǎn)線(xiàn)串采集兩 種模式。離散散點(diǎn)采集就是直接進(jìn)行離散單點(diǎn)采樣，不采集采樣點(diǎn)與采樣點(diǎn)之間的連接關(guān) 系信息，如基于地形圖采集離散高程點(diǎn)、野外采集離散高程點(diǎn)、激光雷達(dá)掃描采集等。單點(diǎn) 線(xiàn)串采集就是以連續(xù)坐標(biāo)串的方式采集和組織數(shù)據(jù)，如等高線(xiàn)的采集、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中地 性線(xiàn)的采集，等等。上述采樣的共同特點(diǎn)是只采集采樣點(diǎn)的空間位置信息，不采集采樣點(diǎn)作 用區(qū)域的地形形態(tài)屬性信息。實(shí)際上，地形表面的每一個(gè)采樣點(diǎn)，它不僅是一個(gè)空間定位數(shù) 據(jù)，更重要的是其形態(tài)屬性信息，如對(duì)于地形特征線(xiàn)而言，在切線(xiàn)方向就具有是否是光滑連 續(xù)曲線(xiàn)還是折線(xiàn)，在縱剖面方向是否可以進(jìn)行光滑處理，光滑程度是多少等一系列屬性。在 理論上，每個(gè)采樣點(diǎn)局部范圍的地形形態(tài)可以通過(guò)聯(lián)合其周邊采樣點(diǎn)進(jìn)行重構(gòu)，然而在實(shí) 際應(yīng)用中，由于地形的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了現(xiàn)有數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)的模擬能力，因此當(dāng)采樣點(diǎn) 局部形態(tài)屬性信息缺失時(shí)，尤其是特征地形的形態(tài)屬性信息缺失時(shí)，實(shí)際中很難高保真重 構(gòu)其地形曲面。事實(shí)上這也是造成現(xiàn)有三維地質(zhì)體模型中地形表達(dá)存在嚴(yán)重區(qū)域性失真現(xiàn) 象的主要原因之一。
[0003] 目前的三維地質(zhì)體構(gòu)建的主要方法是以Arcgis、Surpac、QvCoalMine等為平臺(tái)， 進(jìn)行擬合與人工修編結(jié)合的方法構(gòu)建三維地質(zhì)體模型，以這些傳統(tǒng)的方法構(gòu)建三維地質(zhì)體 模型，需要大量的人工，其準(zhǔn)確性也受制于所應(yīng)用的平臺(tái)技術(shù)，在精度、效率等方面都大打 折扣，所以，亟需一種基于大范圍地質(zhì)數(shù)據(jù)，以大范圍地質(zhì)形態(tài)為背景的三維地質(zhì)體建模技 術(shù)。
[0004] 2009年，美國(guó)帕拉代姆地球物理有限公司提出是通過(guò)柱狀體的空間擴(kuò)展，進(jìn)而反 演空間地質(zhì)體的分布的構(gòu)建三維地質(zhì)模型的制作方法，但其在空間任意位置演算局限，模 型精度有限。
[0005] 中國(guó)專(zhuān)利【申請(qǐng)?zhí)枴?01310238811，公開(kāi)日：2013年9月4日的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一 種三維水平地質(zhì)剖面圖制作方法及其用途。該方法用1.依據(jù)能源礦產(chǎn)地質(zhì)與工程地質(zhì)相 關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，獲取野外地質(zhì)原始資料，包括而不局限于鉆探地質(zhì)資料、鉆探點(diǎn)三維位置 信息、地質(zhì)物探信息，以及相關(guān)室內(nèi)、室外試驗(yàn)資料等10步驟步完成。該發(fā)明用于：工程地 質(zhì)制圖本發(fā)明能源礦產(chǎn)地質(zhì)制圖；工程地質(zhì)和能源礦產(chǎn)地質(zhì)中地質(zhì)勘察中地質(zhì)勘察成果的 表達(dá)；包括而不局限于工程勘察、設(shè)計(jì)、分析、施工、監(jiān)測(cè)、運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)中相關(guān)勘察成果的表達(dá)； 包括而不局限于能源礦產(chǎn)規(guī)劃、勘探、設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)、開(kāi)采、運(yùn)營(yíng)、修復(fù)環(huán)節(jié)中相關(guān)勘察成果的 表達(dá)。該專(zhuān)利文獻(xiàn)通過(guò)現(xiàn)有原始的文獻(xiàn)資料確定柱狀圖進(jìn)行反演空間地質(zhì)體的分布構(gòu)建三 維地質(zhì)模型來(lái)指導(dǎo)地質(zhì)勘察工作，由于原始資料受年代、當(dāng)時(shí)勘探設(shè)備水平、技術(shù)人員專(zhuān)業(yè) 水平、地質(zhì)變化等的局限，所構(gòu)建的三維地質(zhì)模型的精度的可靠性難免讓人懷疑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 1.要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007] 針對(duì)目前基于大范圍地質(zhì)數(shù)據(jù)，以大范圍地質(zhì)形態(tài)為背景的三維地質(zhì)體建模，精 度、效率局限的問(wèn)題，本發(fā)明的提供了一種三維地質(zhì)柵格體模型構(gòu)建方法。該構(gòu)建方法把 空間離散成一系列的點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算點(diǎn)的地質(zhì)屬性，然后分析點(diǎn)與點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而合并 離散點(diǎn)所在空間幾何體，從而計(jì)算出空間整體的地質(zhì)分布情況，可以實(shí)現(xiàn)精度高，空間局限 小，效率高，應(yīng)用性強(qiáng)的目的。
[0008] 2.技術(shù)方案
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0010] -種三維地質(zhì)柵格體模型構(gòu)建方法，具體流程如下：
[0011] 步驟1、確定標(biāo)準(zhǔn)工程平面范圍：已知標(biāo)準(zhǔn)工程平面范圍為矩形區(qū)域[(Xl，X 2), (71，72)]、柵格體的單位為山[11)!，1^，11」，得到標(biāo)準(zhǔn)矩形區(qū)域6[^ 11，1_)，（711^1，7_)];
[0012] 步驟2、標(biāo)準(zhǔn)矩形區(qū)域G柵格化：以點(diǎn)0(0,0)為原點(diǎn)，間距為[ux，u y]，對(duì)標(biāo) 準(zhǔn)矩形區(qū)域G進(jìn)行柵格化，將標(biāo)準(zhǔn)矩形區(qū)域G劃分成nxXny個(gè)的連續(xù)網(wǎng)格單元，n xS
取網(wǎng)格單元中心點(diǎn)作為網(wǎng)格計(jì)算點(diǎn)，則每個(gè)網(wǎng)格單元對(duì)應(yīng) 四個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和一個(gè)網(wǎng)格計(jì)算點(diǎn)；則標(biāo)準(zhǔn)矩形區(qū)域G表達(dá)為（nx+l) X (ny+l)個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和 nxXny個(gè)網(wǎng)格計(jì)算點(diǎn)組成的點(diǎn)集P ;將點(diǎn)Pi [(空間坐標(biāo)值），點(diǎn)標(biāo)記](méi)按行列順序儲(chǔ)存入點(diǎn) 集P ;Pi e P，點(diǎn)標(biāo)記是區(qū)分Pi是網(wǎng)格計(jì)算點(diǎn)或是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；
[0013] 步驟3、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)矩形區(qū)域G的地表三角網(wǎng)與地底三角網(wǎng)：
[0014] 根據(jù)鉆孔頂坐標(biāo)構(gòu)建地表三角網(wǎng)TRIt ;根據(jù)鉆孔底坐標(biāo)構(gòu)建地底三角形TRIb，以 及每個(gè)大層的三角網(wǎng)剖分；
[0015] 步驟4、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)矩形區(qū)域G單元網(wǎng)格的計(jì)算線(xiàn)與網(wǎng)格線(xiàn)：
[0016] 計(jì)算點(diǎn)P1在三角網(wǎng)TRIT，TRIb上的投影點(diǎn)：由于點(diǎn)集P內(nèi)所有點(diǎn)均分布標(biāo)準(zhǔn)矩形 區(qū)域G內(nèi)，所以在三角網(wǎng)TRI T，TRIb上均能找到該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的投影點(diǎn)，連接該點(diǎn)的兩投影點(diǎn)得 到線(xiàn)I1 ;如果點(diǎn)P1為網(wǎng)格計(jì)算點(diǎn)，則I1為計(jì)算線(xiàn)；如果點(diǎn)P1為網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，則I 1為輔助線(xiàn)；根 據(jù)三角形所確定的平面方程，計(jì)算出點(diǎn)P1在三角網(wǎng)TRIt、TRI b上的投影點(diǎn)的Z值分別為Zt、 Zb ;
[0017] 則當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)工程范圍表達(dá)成nxXny條計(jì)算線(xiàn)和（n x+l) X (ny+l)條輔助線(xiàn)，由網(wǎng)格 節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格計(jì)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系可知每條計(jì)算線(xiàn)對(duì)應(yīng)四條輔助線(xiàn)；
[0018] 步驟5、等距劃分輔助線(xiàn)與計(jì)算線(xiàn)：
[0019] 以
為基準(zhǔn)點(diǎn)，以Uz為單位長(zhǎng)，平均劃分輔助線(xiàn)，稱(chēng)劃分點(diǎn)為輔助點(diǎn)；
[0020] 以Z = 0為基準(zhǔn)點(diǎn)，以Uz為單位長(zhǎng)，平均劃分計(jì)算線(xiàn)，稱(chēng)劃分點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)；
[0021] 由等距劃分輔助線(xiàn)與計(jì)算線(xiàn)機(jī)制可知一個(gè)計(jì)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)周?chē)藗€(gè)輔助點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的輔 助點(diǎn)構(gòu)建成該計(jì)算點(diǎn)所在的單元體；
[0022] 步驟6、計(jì)算離散點(diǎn)地質(zhì)屬性，確定每個(gè)離散點(diǎn)所在的單元體，并確認(rèn)單元體的地 質(zhì)屬性；
[0023] 把采集到的鉆孔空間位置信息、鉆孔的地層分布情況、地質(zhì)背景參數(shù)、地質(zhì)物探信 息、鉆孔綜合分層資料、離散點(diǎn)空間位置作為已知信息，通過(guò)模糊、概率、隨機(jī)過(guò)程的不確定 性方法，對(duì)離散點(diǎn)進(jìn)行度量計(jì)算，得到每種地質(zhì)屬性在該離散點(diǎn)的概率分布情況；取概率集 合L中的最大值的地質(zhì)屬性為該離散點(diǎn)的地質(zhì)屬性；取集合L中的概率均等，視為該離散點(diǎn) 處于地質(zhì)體的分界處；取任意一地質(zhì)屬性為該離散點(diǎn)的地質(zhì)屬性；
[0024] 步驟7、建立計(jì)算點(diǎn)與輔助點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0025] A :對(duì)計(jì)算線(xiàn)與輔助線(xiàn)進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)規(guī)則：[列號(hào)，行號(hào)]，記為[I，J]
[0026] B :建立計(jì)算線(xiàn)與輔助線(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，編號(hào)為[I，J]的計(jì)算線(xiàn)對(duì)應(yīng)的輔助線(xiàn)的編號(hào) 為：[I，J]，[1+1，J]，[1+1，J+1]，[I，J+1];
[0027] C :依次對(duì)每條的輔助線(xiàn)上輔助點(diǎn)，從上至下以自然數(shù)順序進(jìn)行編號(hào)；依次對(duì)每條 的計(jì)算線(xiàn)上計(jì)算點(diǎn)，從上至下以自然數(shù)順序進(jìn)行編號(hào)；
[0028] D :從上至下，依次找出每個(gè)計(jì)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輔助點(diǎn)；其對(duì)應(yīng)的原則為：輔助點(diǎn)Z值分 布位于[計(jì)算點(diǎn)Z值-Uz，計(jì)算點(diǎn)Z值+uj區(qū)間中；
[0029] 步驟8、構(gòu)建三維地質(zhì)柵格單元體：將當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)工程范圍表達(dá)為由多個(gè)包含地質(zhì) 屬性、合并計(jì)算信息、位置信息的單元體集合成T的三維地質(zhì)模型，其中單元體T 1^k e T ;
[0030] -個(gè)計(jì)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)周?chē)藗€(gè)輔助點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的輔助點(diǎn)構(gòu)建成該計(jì)算點(diǎn)所在的單元體， 構(gòu)建三維地質(zhì)柵格單元體，計(jì)算點(diǎn)的地質(zhì)屬性為該計(jì)算點(diǎn)所在單元體的地質(zhì)屬性；
[0031] 步驟9、先列后行，根據(jù)計(jì)算順序和單元體位置信息，將單元體分類(lèi)；通過(guò)構(gòu)建單 元體，每一條計(jì)算線(xiàn)上計(jì)