基于线框模型的理论三维构造模型构建方法与流程

1.本发明涉及一种基于线框模型的理论三维构造模型构建方法。


背景技术：

2.三维地质构造建模是人们深入认识地下构造，揭示地质本质和规律的重要技术手段。传统构造建模方法基于数据驱动，由于数据质量差以及丢失了地质专家在构造解释阶段产生的构造认知，建模出来的模型往往不合理，很难解释，而且难以编辑和修改。在实际应用中，控制模型的手段通常为直接修改模型中的控制点或修改构造解释数据，需要花费大量的人力进行交互编辑。一种简单快速的大致反映地下构造的大致分布和空间关系的建模方法就非常必要。不仅是专家知识的一种体现，能方便实现交互编辑而且对后续精准建模有着指导作用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用线框模型方法把地质专家从构造序列认知到的构造认知知识包括构造元素和语义级拓扑关系，以直观简化的方式可视化出来，使得人们能够快速了解地质构造的空间分布情况，能够快速形成理论三维构造模型的基于线框模型的理论三维构造模型构建方法。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于线框模型的理论三维构造模型构建方法，包括以下步骤：
5.s1、从构造序列推理得到构造元素和语义级拓扑关系，提供可视化输入数据；
6.s2、数据预处理：补充工区边界信息，给每个构造元素进行id编号；为每个地质面标注属性；将语义级拓扑关系用csv文件存储；
7.s3、结合面线框模型对应地质面的属性，根据模型边界线形成工区边界骨架；
8.s4、根据地质块的邻接关系，确定层位面上下顺序；
9.s5、根据断层面与层位面的邻接关系，确定断层面顺序，从而确定层位面子面顺序；
10.s6、将断层面上的点赋值坐标，更新层位面上其余点坐标，得到整个模型框架。
11.进一步地，所述步骤s1中的构造元素是组成模型的四个要素，包括地质体、地质面、边界线和特征点；
12.语义级拓扑关系包含两类：不同级构造元素的关联关系，以及同级构造元素的邻接关系；关联关系也就是高维度和低一维度的要素的组合关系，即以下几何关系：地质面到地质体、边界线到地质面和特征点到边界线的几何关系；同级构造元素的邻接关系对应着合理的地质过程，由两个相邻要素的性质和他们的共同边界的性质定义。
13.进一步地，所述步骤s3具体实现方法为：使用三种线框模型对应具有地质意义的构造元素，其中块线框模型对应地质体，面线框模型对应地质面，线线框模型对应边界线；线由点组成，面由线围成，块由面围成；设计线框模型数据结构，将关联关系和邻接关系定
义在数据结构中。
14.所述步骤s4中所述的层位面上下顺序是在工区边界确定之后，按照地质体和地质面的关联关系，依次将层位面从上到下进行排序；具体实现方法为：以单位1界定工区长宽高大小，依据地层层序律，原始产出的地层具有下老上新的特点，故根据地质块的邻接关系，判断层位面的上下顺序。
15.进一步地，所述步骤s5具体实现方法为：对各个层位面，自工区边界左边界开始根据边界线的邻接关系，确定各个层位面上层位子面的左右顺序，并同时确定该层位面上邻接的断层面的左右顺序；接着使用拓扑排序算法，将整个工区的断层面进行左右排序。
16.进一步地，所述步骤s6具体实现方法为：根据断层面属性，结合该面两边地质体的邻接关系确定断层线上点的排列顺序；按照断层面产状，给定断层线倾角，得到断层面点坐标，然后更新层位面上其余点坐标，得到整个工区的模型框架。
17.本发明的有益效果是：本发明采用线框模型方法，把地质专家从构造序列认知到的构造认知知识包括构造元素和语义级拓扑关系，以直观简化的方式可视化出来，使得人们能够快速了解地质构造的空间分布情况。由于该方法忽略地质体和地质面的内部组成情况，重点关注语义级拓扑关系，因此，能够快速形成理论三维构造模型，提高建模速度，节省人力和时间。该方法简单易于交互，对构造知识尤其是拓扑关系知识起到很好地展示和编辑作用，最终的结果对后续精准建模有一定的指导作用。
附图说明
18.图1为本发明中基于线框模型的理论三维构造建模流程图；
19.图2为本发明中线框模型对应的数据模型图；
20.图3为本发明实施例中理论三维构造建模的结果图。
具体实施方式
21.地质专家在构造解释过程中产生的构造认知是基于经验和先验知识推理得到的。构造序列实际揭示了构造形成和演化的物理过程，是构造模型合理性判断的最核心和最基础的依据。构造序列决定了地质构造的产状及其组合关系。专家认知实际上是构造元素及其语义级拓扑关系。线框模型由于忽略物体内部结构，关注物体的部分形状和外部边界信息，这与我们期望的目的不谋而合。
22.本发明主要包含两个部分，其一是结合构造序列，从原始数据中获取构造元素和语义级拓扑关系，也即构造认知框架；其二是线框模型方法可视化构造认知框架内容。第一部分主要包含下述步骤s1；第二部分主要包含下述步骤s2～s6。第二部分设计的算法主要用于仅包括沉积层和断层构造的工区。下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
23.如图1所示，本发明的一种基于线框模型的理论三维构造模型构建方法，包括以下步骤：
24.s1、地质专家从构造序列推理得到构造元素和语义级拓扑关系，提供可视化输入数据；
25.构造元素是组成模型的四个要素，包括地质体、地质面、边界线和特征点；
26.语义级拓扑关系基础是构造拓扑理论，但在几何拓扑的基础上加入了有关构造事
件的高级语义，描述有地质含义的逻辑关联。语义级拓扑关系包含两类：不同级构造元素的关联关系，以及同级构造元素的邻接关系。关联关系也就是高维度和低一维度的要素的组合关系，也就是简单的几何关系：地质面到地质体(地质面内部或外部组成地质体)、边界线到地质面(边界线内部或外部组成地质面)和特征点到边界线(特征点内部或外部组成边界线)。同一级构造元素的邻接关系对应着合理的地质过程，由两个相邻要素的性质和他们的共同边界的性质定义。语义级拓扑关系体现了专家的认知。
27.s2、数据预处理：补充工区边界信息，给每个构造元素进行id编号；为每个地质面标注属性，来区分类别，地质面属性是将地质面视为构造事件的记录，那么特定构造事件生成的地质面就带有相应的属性；将语义级拓扑关系用csv文件存储，用directed字段表示关联关系，undirected字段表示邻接关系。
28.s3、结合面线框模型对应地质面的属性，根据模型边界线形成工区边界骨架；具体实现方法为：使用三种线框模型对应具有地质意义的构造元素，其中块线框模型对应地质体，面线框模型对应地质面，线线框模型对应边界线；线由点组成，面由线围成，块由面围成；设计线框模型数据结构，将关联关系和邻接关系定义在数据结构中；线框模型与数据模型对应图如图2所示。工区边界骨架的大小可以根据需要设定。我们重点关注拓扑关系，而忽略几何参数。
29.s4、根据地质块的邻接关系，确定层位面上下顺序；所述的层位面上下顺序是在工区边界确定之后，按照地质体和地质面的关联关系，依次将层位面从上到下进行排序；具体实现方法为：以单位1界定工区长宽高大小，依据地层层序律，原始产出的地层具有下老上新的特点，故根据地质块的邻接关系，判断层位面的上下顺序。但此时仅是将层位面顺序确定，层位面上的子面不能确定其分布情况。
30.s5、根据断层面与层位面的邻接关系，确定断层面顺序，从而确定层位面子面顺序；断层面顺序是根据拓扑排序算法确定的可行解。对于不能确定空间相对位置的断层面，其不影响拓扑关系，故可以选择在满足拓扑关系条件下，选取任意位置插入。断层面切割层位面，分成多个层位子面，当断层面相对位置顺序确定，层位面子面就相应地确定了空间位置。
31.具体实现方法为：对各个层位面，自工区边界左边界开始根据边界线的邻接关系，确定各个层位面上层位子面的左右顺序，并同时确定该层位面上邻接的断层面的左右顺序；接着使用拓扑排序算法，将整个工区的断层面进行左右排序。
32.s6、将断层面上的点赋值坐标，更新层位面上其余点坐标，得到整个模型框架；具体实现方法为：根据断层面属性，结合该面两边地质体的邻接关系确定断层线上点的排列顺序；按照断层面产状，给定断层线倾角，得到断层面点坐标，然后更新层位面上其余点坐标，得到整个工区的模型框架。
33.本发明中理论三维构造建模的结果如图3所示，其中，(a)为线框模型，(b)为填充颜色后的理论模型。
34.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。