一种四面体格网结构的模型构建方法与流程

本说明书涉及城市微重力勘探，特别涉及四面体格网结构的模型构建方法与系统、装置及介质。

背景技术：

1、随着城市建设的不断发展、环境噪声的不断加大，浅层地震法、高密度电法、电磁测深法等以往应用效果好的方法越来越多地受到城市施工场地的限制而无法开展。而微重力勘探法具有勘探成本低、施工效率高、受环境干扰小、受施工条件限制少等优点，本应是三维地球物理探测中的首选方法，但由于高楼、地铁、管网等城市特有建筑群产生的复杂“类地形”重力场干扰，使得高精度重力法在城市开展工作时往往达不到城市工程地球物理探测规范（cjj7-2016）中重力观测总精度（±40×10-8m·s-2）的基本要求。

2、因此，如何定量地计算出城市各种建筑群对重力场值的影响并予以校正是当前城市微重力勘探法必须要解决的一个关键性科学问题。

技术实现思路

1、本说明书公开了一种四面体格网结构的模型构建方法，所述方法包括：获取所述目标区域的卫星遥感数据；调整所述卫星遥感数据对应的分割尺度及合并尺度，并基于所述分割尺度对所述处理后数据进行数据分割，得到分割后数据；获取所述分割后数据对应的数据特征，基于所述合并尺度，依据所述数据特征对应的波段特征，对所述分割后数据进行波段合并，得到合并后数据；所述数据特征包括空间轮廓、高程、影像特征、统计特征中的至少一种；从所述合并后数据中挑选数据样本；基于所述数据样本的样本统计结果，得到所述建筑群的空间轮廓和高程数据；基于所述空间轮廓和高程数据，构建初始数据模型；基于各个建筑对应的图形属性，对所述初始数据模型包括的建筑物进行聚类，得到若干聚类簇；其中，一个聚类簇下的建筑物对应一种建筑类型，所述图形属性包括表面积、影像特征中的至少一种；对于每个聚类簇，获取其包含的建筑物的密度值，将所述密度值作为所述聚类簇中的建筑物的密度属性；在所述初始模型中对各个聚类簇下的建筑物进行密度值的赋值，得到具有密度属性的所述四面体格网结构的模型。

2、在一些实施例中，所述对于每个聚类簇，获取其包含的建筑物的密度值包括：对于每个聚类簇，获取其中一个建筑物作为建筑样本；对于所述建筑样本，通过密度假设确定多个候选密度；基于候选密度进行三维正演拟合，得到多个候选密度对应的校正值模拟曲线；对于每个建筑样本进行外业实测，得到每个建筑样本对应的校正值实测曲线；将与所述校正值实测曲线相似度最大的所述校正值模拟曲线对应的所述候选密度，作为所述建筑样本的密度值；对于所述建筑样本所在的所述聚类簇，其所有建筑物的密度值均取值为所述密度值；

3、在一些实施例中，所述方法还包括：基于三维正演数值模拟方法对所述四面体格网结构的模型进行处理，得到重力实测点周边建筑物对重力实测点处的重力改正值；基于所述重力改正值，得到重力实测点处的实际重力场值。

4、在一些实施例中，所述基于三维正演数值模拟方法对所述四面体格网结构的模型进行处理，得到重力实测点周边建筑物对所述重力实测点处的重力改正值包括：基于预设算法，获取所述四面体格网结构的模型中的各个四面体单元在所述重力实测点处的重力改正值；将距离所述重力实测点在目标范围内的所有所述四面体单元对应的所述重力改正值进行累加，得到所述重力实测点周边建筑物对所述重力实测点处的重力改正值。

5、在一些实施例中，所述基于预设算法，获取所述四面体格网结构的模型中的各个四面体单元在所述重力实测点处的重力改正值包括：对于任意一个四面体单元abcd，利用公式（1）：，确定所述四面体单元在重力实测点处的重力改正值；其中，四面体单元abcd的四个顶点的坐标表示为：a(x1,y1,z1)、b(x2,y2,z2)、c(x3,y3,z3)和d(x4,y4,z4)；表示重力改正值，表示万有引力常数；表示所述四面体单元对应的建筑物的密度值；表示所述四面体单元abcd的重心的坐标，四面体单元abcd的重心可以基于四个顶点的坐标确定；利用高斯公式，将公式（1）的三维体积分转换为二维曲面积分，其中，是在点处的法向量；由于四面体单元abcd的四个三角形的法向量均是一个固体常量，结合高斯公式，将公式（1）变为公式（2）：；其中，表示四面体单元abcd的第j个三角形面，表示四面体单元abcd的各个三角形面的法向量；各个三角形面的法向量由三角形各顶点的坐标求出。

6、在一些实施例中，所述方法还包括：对所述卫星遥感数据进行预处理，获取处理后数据，所述预处理包括图像融合、自定义坐标系、正射校正、大气校正中的至少一种；所述调整所述卫星遥感数据对应的分割尺度及合并尺度包括调整所述处理后数据对应的分割尺度及合并尺度。

7、在一些实施例中，所述数据样本对应的地面控制点为所述目标区域内均匀分布的实地测量点。

8、本发明还公开了一种四面体格网结构的模型构建系统，包括数据采集模块、数据处理模块、数据计算模块；所述数据采集模块被配置为获取目标区域的建筑群的四面体格网结构的模型；所述四面体格网结构的模型为基于四面体格网结构的模型；所述数据处理模块被配置为基于三维正演数值模拟方法对所述四面体格网结构的模型进行处理，得到重力实测点周边建筑物对所述重力实测点处的重力改正值；所述数据计算模块被配置为基于所述重力改正值，得到重力实测点处的实际重力场值。

9、本发明还公开了一种重力场校正装置，包括处理器，所述处理器用于执行上述的四面体格网结构的模型构建方法。

10、本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行如上述的四面体格网结构的模型构建方法。

11、有益效果：基于本发明的四面体格网结构的模型构建方法，克服了传统人工测量的低效工作方式，且可以得到更为精准的建筑群边界坐标和高程数据。此外，使用非规则四面体剖分技术替代了传统的人为近似计算，对于复杂形体的建筑物可以通过不断加密四面体的剖分精细来实现。最终，可以通过相关核心算法的集成实现在计算机平台下对城市建筑群重力场的高精度定量计算，解决了以往方法自动化程度低、外业测量工作复杂、地形改正精度低的不足。

1.一种四面体格网结构的模型构建方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述对于每个聚类簇，获取其包含的建筑物的密度值包括：

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述基于三维正演数值模拟方法对所述四面体格网结构的模型进行处理，得到重力实测点周边建筑物对所述重力实测点处的重力改正值包括：

5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述基于预设算法，获取所述四面体格网结构的模型中的各个四面体单元在所述重力实测点处的重力改正值包括：

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述数据样本对应的地面控制点为所述目标区域内均匀分布的实地测量点。

8.一种四面体格网结构的模型构建系统，其特征在于，包括数据采集模块；

9.一种四面体格网结构的模型构建装置，包括处理器，其特征在于，所述处理器用于执行如权利要求1-7任一项所述的四面体格网结构的模型构建方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，其特征在于，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行如权利要求1-7任一项所述的四面体格网结构的模型构建方法。