一种基于体素模型的地质信息可视化分析系统

本发明涉及地质信息可视化分析，尤其涉及一种基于体素模型的地质信息可视化分析系统。

背景技术：

1、随着地下空间开发和城市立体空间利用需求的增长，地下工程建设活动对地下地质结构、岩土体属性分布和潜在风险区域的认知精度提出了更高要求。传统二维地质图件、剖面图和表格化数据虽然能够表达局部范围内的地层信息，但难以直观呈现复杂地质体在三维空间中的连续分布关系，也难以支撑开发选址、风险识别、虚拟钻孔分析和多因素综合评价等精细化分析工作。

2、三维地质建模技术能够将地层、断裂、地下空间范围及相关工程属性以三维形式表达出来，是地下空间开发决策的重要基础。现有三维地质模型中，不规则三角网和边界表示模型等表面模型能够表达地质体外部形态，但对地质体内部非均质属性、局部空间单元属性查询以及体积级统计分析支持不足。体素模型以规则空间单元表达地质体，可在每个体素单元上关联地层类别、岩土体力学参数、地下水压力、涌水量、变形量和应力等属性，更适合开展逐体素查询、剖切分析、属性统计、风险识别和选址评价。

3、然而，现有地质体素模型应用仍存在一定局限。一方面，部分系统侧重模型展示，只能实现旋转、缩放和平移等浏览功能，缺乏体素属性字段配置、属性数据导入、坐标映射、属性补全、统计分析和热力图表达等体素级数据处理能力。另一方面，虚拟钻孔分析、不良区域分析和地下空间选址评价等工程分析功能往往分散在不同工具或工作流程中，用户需要在多种软件之间切换，容易造成数据格式不统一、空间关系难以保持、分析结果难以复用和决策效率较低等问题。

4、在基于浏览器/服务器架构的三维地质系统中，大规模体素数据还会带来空间定位、属性查询和交互响应效率问题。若缺少体素空间索引、属性映射关系和前后端协同处理机制，系统容易出现查询响应缓慢、数据关联困难和分析结果更新不及时等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于体素模型的地质信息可视化分析系统，用以解决现有系统偏重体素模型展示、体素属性数据难以统一映射、空间查询效率较低、工程分析功能分散以及分析结果难以与三维空间位置关联显示的问题。通过以地质体素模型作为地下地质信息的空间载体，通过体素模型获取、体素空间索引建立、体素属性数据关联、属性插值补全、工程分析处理和三维可视化展示，实现体素模型数据、地质属性数据、钻孔数据、评价数据及分析结果在同一项目环境中的统一组织和空间关联，适用于地下空间开发、地下工程选址评价以及地质风险识别等场景。

2、本发明提供一种基于体素模型的地质信息可视化分析系统，所述系统包括用户终端、服务端和数据存储单元，

3、所述服务端，用于在目标项目下获取地质体素模型，根据各体素单元的三轴索引建立体素空间索引，将体素属性数据关联至对应体素单元，对未赋值体素单元进行属性插值补全，执行工程分析，并将工程分析结果与相应体素单元或空间位置关联；

4、所述用户终端，用于向服务端提交操作请求，并对服务端返回的地质体素模型、地层模型、体素属性数据及工程分析结果进行三维可视化展示与交互；

5、所述数据存储单元用于对所述系统中的数据和文件进行存储。

6、根据本发明提供的基于体素模型的地质信息可视化分析系统，所述服务端包括业务分析服务层，业务分析服务层的工作流程包括以下步骤：

7、在目标项目下获取地质体素模型，将所述地质体素模型与目标项目的项目标识关联；

8、以地质体素模型中各体素单元的三轴体素索引为基础建立体素空间索引记录，将所述三轴体素索引与体素中心坐标、体素类型、地层类型、项目标识及模型标识关联，并为各体素空间索引记录设置独立体素记录标识；

9、导入并校验用户填写的体素属性数据，将通过校验的体素属性数据关联至对应体素单元；

10、对未覆盖属性数据的有效体素单元执行空间插值补全，生成属性估计值并标记数据来源；

11、基于地质体素模型、体素空间索引及关联属性数据，执行工程分析，并将分析结果与对应体素单元或空间位置关联；

12、将地质体素模型、属性数据及工程分析结果输出至用户终端，进行三维可视化展示，并根据用户终端输入的请求进行人机交互。

13、根据本发明提供的基于体素模型的地质信息可视化分析系统，所述服务端在目标项目下获取地质体素模型的方法包括：

14、创建或进入目标项目，接收并解析既有地质体素模型文件，获取地质体素模型空间参数与体素类型信息，地质体素模型空间参数包括地质体素模型空间范围、地质体素模型原点、体素间距、各轴体素单元数量以及体素中心坐标。

15、根据本发明提供的基于体素模型的地质信息可视化分析系统，所述服务端在目标项目下获取地质体素模型的方法包括：

16、创建或进入目标项目，通过服务端接收地层界面控制数据，对地层界面控制数据执行插值生成连续地层界面，并获得连续地层界面的连续高程分布；

17、建立规则体素网格，将各体素单元中心点高程与体素单元中心点所在平面位置处的地层界面高程进行比较，确定各体素单元所处地层区间并赋予地层类型标识，生成地质体素模型。

18、根据本发明提供的基于体素模型的地质信息可视化分析系统，所述体素空间索引包括独立体素记录标识、项目标识、模型标识、三轴体素索引、体素中心坐标、体素类型及地层类型；所述项目标识、模型标识和三轴体素索引的组合构成联合唯一标识，所述体素单元通过所述独立体素记录标识，或者通过所述联合唯一标识，在体素空间索引中查询并确定目标体素单元。

19、根据本发明提供的基于体素模型的地质信息可视化分析系统，所述服务端将体素属性数据关联至对应体素单元的方法包括：

20、根据用户配置的体素属性字段生成属性数据模板，通过属性数据模板接收并校验用户填写的体素属性数据，将通过校验的体素属性数据关联至对应体素单元；

21、用户填写的体素属性数据的数据来源为第一预设部分实测钻孔数据；校验的内容包括字段完整性、数据类型、数值有效性、体素索引范围、有效体素区域及重复记录。

22、根据本发明提供的基于体素模型的地质信息可视化分析系统，所述服务端对未赋值体素单元进行属性插值补全的方法包括：

23、根据原始属性值和体素空间邻接关系确定待补全体素集合，采用预设空间插值算法对未覆盖属性数据的有效体素单元生成属性估计值，原始属性值为通过校验的体素属性数据，属性估计值为通过属性插值补全形成的体素属性数据；

24、服务端为所有体素属性数据标记数据来源，体素属性数据的数据来源包括原始属性值和属性估计值，对于属性估计值记录空间插值算法信息。

25、根据本发明提供的基于体素模型的地质信息可视化分析系统，所述服务端执行工程分析包括执行属性查询统计、虚拟钻孔分析、不良区域分析和选址分析评价中的至少一项；

26、所述业务分析服务层还包括数据查询统计模块、虚拟钻孔分析模块、不良区域分析模块和选址分析评价模块；

27、所述服务端执行工程分析时，数据查询统计模块用于根据用户终端输入的待查询体素和待分析范围，查询目标体素属性数据，根据目标属性数据计算统计指标，在用户终端基于属性值与图例等级之间的映射关系生成三维属性热力图；

28、所述虚拟钻孔分析模块，用于根据第二预设部分实测钻孔数据的空间位置，在体素空间索引中查询并确定对应体素单元，提取所述对应体素单元中经属性插值补全算法生成的属性估计值作为虚拟属性值，计算实测属性值与虚拟属性值之间的差值，生成对比分析结果，用于评价属性插值结果与实测数据的一致性并对属性插值结果进行修正；

29、所述不良区域分析模块，用于将目标分析范围内体素单元的预设风险指标的属性值与预设风险判定条件进行比较，将满足预设风险判定条件的体素单元标记不良区域体素并关联空间位置；

30、所述选址分析评价模块用于根据预设评级指标对待评价体素单元进行综合评价，确定评价等级，并将评价结果与对应的待评价体素单元关联。

31、与现有技术相比，本发明有益效果如下：

32、（一）本发明以地质体素模型作为地下地质信息的空间载体，将体素属性数据和工程分析结果关联至对应体素单元，为体素级查询、统计分析和工程评价提供统一的数据基础。

33、（二）本发明支持既有地质体素模型和地层模型的接入，也可以根据地层界面离散控制数据生成地质体素模型，能够适应不同来源和不同形式的地质模型数据。

34、（三）本发明通过体素空间索引和体素定位标识，准确区分不同项目和不同体素模型中的体素单元，并将体素属性数据与对应体素单元建立关联，提高属性查询和空间定位的准确性。

35、（四）本发明将体素属性配置、属性数据导入、属性插值补全、属性统计、虚拟钻孔分析、不良区域分析和选址分析评价集成于同一系统，减少不同软件之间的数据转换和重复处理。

36、（五）本发明能够将体素属性数据、不良区域分析结果和选址评价结果映射至三维空间，并支持模型剖切、体素显隐和单体素点选查询，提高地质信息和分析结果展示的直观性。

37、（六）本发明采用浏览器/服务器架构，通过文件存储单元保存地质体素模型文件、地层模型文件和其他上传文件，通过结构化数据存储单元保存体素空间索引、体素属性数据和工程分析结果，便于系统的数据管理和交互查询。