城市四维地质环境可视化系统及城市四维地质环境可视化方法与流程

1.本发明涉及城市地质技术领域，特别涉及一种城市四维地质环境可视化系统及城市四维地质环境可视化方法。


背景技术：

2.现有技术中，地质建模常用的三维建模方法是表面建模法，根据输入的离散数据建立断层和地质层面，根据表面模型建立地质体模型；由于地质层面在断层两侧发生断裂，产生了不连续状况。
3.四维地质空间是由三维地质空间与时间轴共同组成；在四维地质空间中被记录下来的地质过程是用于恢复地质空间的基础；在四维地质学概念中，地质过程可用时间链来描述；对三维地质模型进行时间轴切片就是对某时刻的地质意义进行解释。在四维地质环境下，根据所有地质体相关类型的数据建立起任意时刻反映地质构造的几何形态、各构造要素之间的拓扑关系以及地质体空间属性分布等地质特征的数字化地质模型。


技术实现要素：

4.基于此，为解决现有技术中的技术问题，特提出了一种城市四维地质环境可视化方法，包括：
5.城市地质环境建模设备生成四维地质环境模型并存储至与其相连接的城市地质环境数据库中；
6.地质环境监测设备通过布设地质环境监测点来构建地质环境监测网络；地质环境监测设备通过地质环境监测网络对地质环境进行实时监测，将监测得到的地质环境数据实时发送至与其相连接的城市地质环境数据库中，并将其与对应的地质环境模型进行关联存储；
7.城市地质环境数据库存储地质环境模型及其相关联的地质环境数据；所述地质环境模型包括地质模型、地下水模型；
8.地质环境数据管理设备整合及管理城市地质环境数据库中存储的地质环境数据；地质环境数据管理设备对地质环境监测设备获取的地质环境数据进行数据预处理、数字化处理、数据规范化处理、数据入库处理、数据检查处理；
9.可视化数据管理平台通过所述地质环境数据管理设备获取地质环境模型及地质环境数据并进行四维全时空尺度的展示，以动态的地质环境模型及地质环境数据为基础为用户提供可视化查询工具，辅助用户查询其所需的地质环境信息。
10.在一种实施例中，所述城市地质环境建模设备包括地质建模装置、地下水建模装置、模型嵌合装置；
11.地质建模装置获取钻孔数据并通过钻孔数据投影至预设的基准线上形成二维剖面线，按照地层划分规则进行地层对比连线，将二维剖面线投影至三维空间中，并对三维空
间中的地层进行连线插值形成不规则三角网表面，对各地层面进行拓扑构建，将上下相邻的地层面围合成地质体，生成三维的地质模型；
12.地下水建模装置构建地下水动态模型，确定渗流区边界范围和属性并确定越流补给范围，并以水位高程数据作为背景格网得到格网单元尺寸随水力梯度变化的离散格网，将地下水动态模型计算参数赋值于离散格网节点，获得三维的地下水模型；
13.模型嵌合装置用于以设定时长将地下水模型嵌合到地质模型中，从而生成随时间变化的四维地质动态模型。
14.在一种实施例中，所述地质环境模型还包括地下管线模型、地铁模型、地表景观及建筑物模型、地下构筑物模型；
15.所述模型嵌合装置从城市地质环境数据库中获取地下管线模型、地铁模型、地表建筑物模型、地下构筑物模型中的一种或多种并与生成的四维地质动态模型相嵌合，实现多源模型数据嵌合。
16.在一种实施例中，地质环境数据包括水位数据、水温数据、水质数据、水量数据、水土压力数据、形变数据；
17.所述地质环境监测网络监测并记录的地质环境数据还包括地铁影像数据、轨道勘察数据、地温数据、地铁地质环境数据；地质环境监测设备通过分析地下水动态变化为地下轨道交通的设计及建设、地下水保护提供数据支持。
18.在一种实施例中，可视化数据管理平台通过地质环境监测网络获取的地质环境数据结合地质环境模型对城市地质环境进行四维全时空尺度的动态展示；可视化数据管理平台生成地质环境数据图并辅助用户进行编辑操作，地质环境数据图包括钻孔柱状图、地质剖面图、地质平面图、等值线图、钻孔地层分区图、地质环境数据统计图。
19.此外，为解决现有技术中的技术问题，特提出了一种城市四维地质环境可视化系统，包括城市地质环境数据库、城市地质环境建模设备、城市地质环境监测设备、地质环境数据管理设备、可视化数据管理平台；
20.所述城市地质环境建模设备、所述城市地质环境监测设备分别与所述城市地质环境数据库相连接；所述城市地质环境数据库、所述可视化数据管理平台分别与所述地质环境数据管理设备相连接；
21.其中，城市地质环境数据库用于存储地质环境模型及其相关联的地质环境数据；所述地质环境模型包括地质模型、地下水模型；
22.其中，所述城市地质环境建模设备生成四维的地质环境模型并存储至城市地质环境数据库中；
23.其中，地质环境监测设备用于通过布设地质环境监测点构建地质环境监测网络；地质环境监测设备利用构建的地质环境监测网络对地质环境进行实时监测，将监测得到的地质环境数据实时发送至所述城市地质环境数据库中，并关联存储至与其相对应的地质环境模型；
24.其中，地质环境数据管理设备用于整合及管理城市地质环境数据库中存储的地质环境数据；地质环境数据管理设备对地质环境监测设备获取的地质环境数据进行数据预处理、数字化处理、数据规范化处理、数据入库处理、数据检查处理；
25.其中，可视化数据管理平台用于通过所述地质环境数据管理设备获取地质环境模
型及地质环境数据并进行四维全时空尺度的展示，以动态的地质环境模型及地质环境数据为基础为用户提供可视化查询工具，辅助用户查询其所需的地质环境信息。
26.在一种实施例中，所述城市地质环境建模设备包括地质建模装置、地下水建模装置、模型嵌合装置；
27.地质建模装置获取钻孔数据并通过钻孔数据投影至预设的基准线上形成二维剖面线，按照地层划分规则进行地层对比连线，将二维剖面线投影至三维空间中，并对三维空间中的地层进行连线插值形成不规则三角网表面，对各地层面进行拓扑构建，将上下相邻的地层面围合成地质体，生成三维的地质模型；
28.地下水建模装置构建地下水动态模型，确定渗流区边界范围和属性并确定越流补给范围，并以水位高程数据作为背景格网得到格网单元尺寸随水力梯度变化的离散格网，将地下水动态模型计算参数赋值于离散格网节点，获得三维的地下水模型；
29.模型嵌合装置用于以设定时长将地下水模型嵌合到地质模型中，从而生成随时间变化的四维地质动态模型。
30.在一种实施例中，所述地质环境模型还包括地下管线模型、地铁模型、地表景观及建筑物模型、地下构筑物模型；
31.所述模型嵌合装置从城市地质环境数据库中获取地下管线模型、地铁模型、地表建筑物模型、地下构筑物模型中的一种或多种并与生成的四维地质动态模型相嵌合，实现多源模型数据嵌合。
32.在一种实施例中，其中，地质环境数据管理设备确定城市四维地质环境可视化系统的标准坐标系和高程基准，从而确保所有存储至城市地质环境数据库的地质环境数据皆统一转换至标准坐标系及对应的高程基准中进行处理。
33.在一种实施例中，可视化数据管理平台通过地质环境监测网络获取的地质环境数据结合地质环境模型对城市地质环境进行四维全时空尺度的动态展示；可视化数据管理平台生成地质环境数据图并辅助用户进行编辑操作，地质环境数据图包括钻孔柱状图、地质剖面图、地质平面图、等值线图、钻孔地层分区图、地质环境数据统计图。
34.实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
35.本发明所提出的城市四维地质环境可视化系统有效整合了地质环境数据及地质环境模型，实现了四维全时空尺度的地下水模型、地质模型、水文模型、地表景观及建筑、地下构筑物、地下管线、地铁模型等可视化；通过数据及模型的展示与查询、地质环境数据图辅助编辑等，能够为城市重大工程的规划、建设、运维提供数据决策支持。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.其中：
38.图1为本发明中城市四维地质环境可视化系统的示意图；
39.图2为本发明中城市四维地质环境可视化方法的流程示意图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.如图1所示，本发明公开了一种城市四维地质环境可视化系统，包括城市地质环境数据库、城市地质环境建模设备、城市地质环境监测设备、地质环境数据管理设备、可视化数据管理平台；
42.所述城市地质环境建模设备、所述城市地质环境监测设备分别与所述城市地质环境数据库相连接；所述城市地质环境数据库、所述可视化数据管理平台分别与所述地质环境数据管理设备相连接；
43.其中，城市地质环境数据库用于存储地质环境模型及其相关联的地质环境数据；所述地质环境模型包括地质模型、地下水模型；
44.特别地，所述地质环境模型还包括地下管线模型、地铁模型、地表景观及建筑物模型、地下构筑物模型；即，城市地质环境数据库还存储有地下管线模型、地铁模型、地表景观及建筑物模型、地下构筑物模型；
45.其中，所述城市地质环境建模设备生成四维的地质环境模型并存储至城市地质环境数据库中；
46.特别地，所述城市地质环境建模设备包括地质建模装置、地下水建模装置、模型嵌合装置；
47.具体地，地质建模装置获取钻孔数据并通过钻孔数据投影至预设的基准线上形成二维剖面线，按照地层划分规则进行地层对比连线，将二维剖面线投影至三维空间中，并对三维空间中的地层进行连线插值形成不规则三角网表面(tin)，对各地层面进行拓扑构建，将上下相邻的地层面围合成地质体，生成三维的地质模型；
48.特别地，地质建模装置利用钻孔数据构建三维的地质模型，钻孔数据包括钻孔编号、孔口高程、横坐标、纵坐标及钻孔深度；从原始勘探数据中选取有效钻孔数据，并将选取的钻孔数据投影至二维平面中，以预设基准线为准进行缓冲区计算，将缓冲区范围内的钻孔投影到基准线上；钻孔数据记录各钻孔中地层界限点的平面坐标及其在点阵列表中的位置，按照地层划分规则，采用直线依次进行地层对比连线，将二维剖面线投影到三维空间中；
49.具体地，地下水建模装置构建地下水动态模型，确定渗流区边界范围和属性并确定越流补给范围，并以水位高程数据作为背景格网得到格网单元尺寸随水力梯度变化的离散格网，将地下水动态模型计算参数赋值于离散格网节点，获得三维的地下水模型；
50.具体地，模型嵌合装置用于以设定时长将地下水模型嵌合到地质模型中，从而生成随时间变化的四维地质动态模型；
51.特别地，所述模型嵌合装置从城市地质环境数据库中获取地下管线模型、地铁模型、地表建筑物模型、地下构筑物模型中的一种或多种并与生成的四维地质动态模型相嵌合，实现多源模型数据嵌合；
52.城市地质环境数据库及地质环境模型构建完成后，数据库和模型不是静态的而是
随着时间变化而动态更新的；为了能够实时掌握模型的动态变化过程，地质环境监测设备构建地质环境监测网络；
53.其中，地质环境监测设备用于通过布设地质环境监测点构建地质环境监测网络；地质环境监测设备利用构建的地质环境监测网络对地质环境进行实时监测，将监测得到的地质环境数据实时发送至与其相连接的城市地质环境数据库中，并关联存储至与其相对应的地质环境模型；
54.特别地，地质环境数据包括水位数据、水温数据、水质数据、水量数据、水土压力数据、形变数据；
55.特别地，地质环境监测网络监测并记录的地质环境数据还包括地铁影像数据、轨道勘察数据、地温数据、地铁地质环境数据；地质环境监测设备通过分析地下水动态变化为地下轨道交通的设计及建设、地下水保护提供数据支持；
56.其中，地质环境数据管理设备用于整合及管理城市地质环境数据库中存储的多源异构的地质环境数据；地质环境数据管理设备对地质环境监测设备获取的地质环境数据进行数据预处理、数字化处理、数据规范化处理、数据入库处理、数据检查处理；
57.特别地，地质环境数据管理设备确定城市四维地质环境可视化系统的标准坐标系和高程基准，从而确保所有存储至城市地质环境数据库的地质环境数据皆统一转换至标准坐标系及对应的高程基准中进行处理；
58.其中，可视化数据管理平台用于通过所述地质环境数据管理设备获取地质环境模型及地质环境数据并进行四维全时空尺度的展示，以动态的地质环境模型及地质环境数据为基础为用户提供可视化查询工具，辅助用户查询其所需的地质环境信息；
59.可视化数据管理平台通过地质环境监测网络获取的地质环境数据结合地质环境模型对城市地质环境进行四维全时空尺度的动态展示；可视化数据管理平台生成地质环境数据图并辅助用户进行编辑操作，地质环境数据图包括钻孔柱状图、地质环境剖面图、地质环境平面图、等值线图、钻孔地层分区图、地质环境数据统计图。
60.如图2所示，本发明还公开了一种城市四维地质环境可视化方法，包括：
61.城市地质环境建模设备生成四维地质环境模型并存储至与其相连接的城市地质环境数据库中；
62.特别地，所述城市地质环境建模设备包括地质建模装置、地下水建模装置、模型嵌合装置；
63.具体地，地质建模装置根据钻孔数据投影至预设基准线上形成二维剖面线，按照地层划分规则进行地层对比连线，将二维剖面线投影至三维空间中，对三维空间中的地层进行连线插值形成不规则三角网表面(tin)，对各个地层面进行拓扑构建，将上下相邻的地层面合围生成地质体，获得三维地质模型；
64.特别地，地质建模装置利用钻孔数据构建三维的地质模型，钻孔数据包括钻孔编号、孔口高程、横坐标、纵坐标及钻孔深度；从原始勘探数据中选取有效钻孔数据，通过钻孔数据投影至二维平面中，以预设基准线为准进行缓冲区计算，将缓冲区范围内的钻孔投影到基准线上；钻孔数据记录各钻孔中地层界限点的平面坐标及其在点阵列表中的位置，按照地层划分规则，采用直线依次进行地层对比连线，将二维剖面线投影到三维空间中；
65.具体地，地下水建模装置构建地下水动态模型，确定渗流区边界范围和属性并确
定越流补给范围，并以水位高程数据作为背景格网得到格网单元尺寸随水力梯度变化的离散格网，将地下水动态模型计算参数赋值于离散格网节点，获得三维的地下水模型；
66.模型嵌合装置用于以设定的时间长度将三维地下水模型嵌合到三维地质模型中，从而生成随时间变化的四维地质动态模型；
67.特别地，所述模型嵌合装置从城市地质环境数据库中获取地下管线模型、地铁模型、地表建筑物模型、地下构筑物模型中的一种或多种并与生成的四维地质动态模型相嵌合，实现多源模型数据嵌合；
68.地质环境监测设备通过布设地质环境监测点来构建地质环境监测网络；地质环境监测网络构建完成后，地质环境监测设备通过地质环境监测网络对地质环境进行实时监测，将监测得到的地质环境数据实时发送至其相连接的城市地质环境数据库中，并将其与对应的地质环境模型进行关联存储；
69.特别地，地质环境数据包括水位数据、水温数据、水质数据、水量数据、水土压力数据、形变数据；
70.特别地，地质环境监测网络监测并记录的地质环境数据还包括地铁影像数据、轨道勘察数据、地温数据、地铁地质环境数据；地质环境监测设备通过分析地下水动态变化为地下轨道交通的设计及建设、地下水保护提供数据支持；
71.其中，城市地质环境数据库存储地质环境模型及其相关联的地质环境数据；所述地质环境模型包括地质模型、地下水模型；
72.特别地，所述地质环境模型还包括地下管线模型、地铁模型、地表景观及建筑物模型、地下构筑物模型；即，城市地质环境数据库还存储有地下管线模型、地铁模型、地表景观及建筑物模型、地下构筑物模型；
73.其中，地质环境数据管理设备用于整合及管理城市地质环境数据库中存储的地质环境数据；地质环境数据管理设备对地质环境监测设备获取的地质环境数据进行数据预处理、数字化处理、数据规范化处理、数据入库处理、数据检查处理；
74.特别地，地质环境数据管理设备确定城市四维地质环境可视化系统的标准坐标系和高程基准，从而确保所有存储至城市地质环境数据库的地质环境数据皆统一转换至标准坐标系及对应的高程基准中进行处理；
75.可视化数据管理平台对地质环境模型及地质环境数据进行四维全时空尺度展示，并以动态的地质环境模型及地质环境数据为基础为用户提供可视化查询工具，辅助用户查询其所需的地质环境信息；
76.具体地，可视化数据管理平台通过地质环境监测网络获取的地质环境数据结合地质环境模型对城市地质环境进行四维全时空尺度的动态展示；可视化数据管理平台生成地质环境数据图并辅助用户进行编辑操作，地质环境数据图包括钻孔柱状图、地质环境剖面图、地质环境平面图、等值线图、钻孔地层分区图、地质环境数据统计图。
77.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。