基于边界表示法的精细化三维地质建模方法与流程

1.本发明涉及三维地质建模技术领域，尤其涉及一种基于边界表示法的精细化三维地质建模方法。


背景技术：

2.随着建筑信息模型(bim)技术在土木工程领域的推广应用，其在工程地质领域的应用也在逐渐加深，三维地质信息模型的概念也随之提出。在新近的城市信息模型(cim)技术中，城市三维地质模型是城市信息模型的重要组成部分，是实现地下空间多要素信息融合可视化、城市地下空间资源合理利用的有效手段。
3.三维地质信息模型包含了地质几何信息、拓扑信息以及属性信息，这些信息来源于测绘、勘探、现场或者室内试验等，具有离散性、多解性、复杂性的特点，因此无法通过拖拽放置族的方式来创建地层。在三维地质bim应用中，最重要也是最困难的工作就是创建一个合理的、准确的三维地质模型。
4.目前已经存在一些三维地质模型的创建方法研究，如三棱柱模型、曲面表示模型等，初步实现了三维地质模型的创建和应用。但是通过目前的方法获得的三维地质模型在不良地质的表达、地质的构造、地质模型的可靠性和准确性上存在诸多问题，让三维地质模型的应用停留在可视化的初级阶段，这些都制约着bim技术在岩土勘察领域中的应用。因此，一种创建美观、准确、可靠的三维地质信息模型方法至关重要。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于边界表示法的精细化三维地质建模方法，按照“点、线、环、面、体”的几何思维，将数据处理、人工干预、插值计算、曲面算法等融入到每一个层级，确保每个层级的模型表达无误后，再进入下一个层级的创建，最终实现整个三维地质信息模型的创建；解决了三维地质信息模型中存在的地质信息表达不准确、专家经验融入不足、模型修改困难、模型图形效果差的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种基于边界表示法的精细化三维地质建模方法，包括步骤：
7.s1：多源数据概化与处理，创建地层的点模型；
8.s2：创建线模型，建立地质建模约束；
9.s3：创建环模型，获取所述地层的尖灭范围；
10.s4：地质界面拟合及生成，创建面模型；
11.s5：地质界面包围成体及属性赋值，完成创建三维地质信息模型。
12.优选地，所述s1步骤进一步包括步骤：
13.s11：对所述多源数据进行数据概化处理；
14.s12：以模型点的形式创建所述地层的所述点模型；
15.s13：对所述点模型进行审核及修改。
16.优选地，所述s2步骤进一步包括步骤：
17.s21：依据工程资料，以模型线的形式创建所述线模型；所述线模型包括边界线、断层交线和工程界面线；
18.s22：对所述线模型做好标记和分类。
19.优选地，所述s3步骤进一步包括步骤：
20.s31：顺序分别连接所述边界线、所述断层交线和所述工程界面线，分别获得边界闭合环、断层闭合环和工程界面闭合环；
21.s32：依次对所述地层的上界面和下界面进行初步拟合；
22.s33：对所述地层进行曲面求交运算，获得每个所述地层的所述尖灭范围；
23.s34：按照经验对所述地层的所述尖灭范围进行调整；所述尖灭范围形成尖灭约束环；所述环模型包括所述边界闭合环、所述断层闭合环、所述工程界面闭合环和所述尖灭约束环。
24.优选地，所述s4步骤进一步包括步骤：
25.s41：在确定的所述尖灭约束环中进行虚拟点加密；
26.s42：通过插值方法拟合所述地层的所述上界面和所述下界面；
27.s43：在所述尖灭约束环以外的其他所述环模型中实现断层面和工程界面的生成。
28.优选地，所述s5步骤进一步包括步骤：
29.s51：按照所述地层的生成机理确认各所述地层的所述上界面和所述下界面间的拓扑关系，对各所述地层的所述上界面和所述下界面进行裁剪；
30.s52：依次对每个所述地层进行曲面包围，在所述地层的建模范围的曲面缺失的地方进行曲面缝合，生成地质体；
31.s53：对所述地质体进行属性挂接，完成所述三维地质信息模型的创建。
32.本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
33.1、本发明考虑了多源数据的概化与融合处理，使得不同层次、不同来源、不同精度的地质信息都能参与到三维地质信息模型的表达，提高模型的准确性与合理性。一是点数据的来源丰富，可以形成有效互补，弥补勘探数据离散的不足；二是在点模型创建后可以编辑修改，以及在线约束和环模型依据算法创建后还可以根据工程师的经验进行修改，使得地层的范围和拓扑更加符合实际。
34.2、本发明采用点、线、环、面、体五级结构层次的边界表示模型用于三维地质模型的创建，便于勾勒透镜体、古河道、明暗浜、尖灭、夹层、断层等不良地质体，通过工程师调整点、线、环、面的构造形态和顺序，从而表达不良地质体的生成机理及顺序，解决了地质现象的复杂性问题。
35.3、本发明在点、线、环、面、体五个层级中均考虑了工程师经验的对于三维地质模型创建的重要作用，辅以相应的人工交互手段，调整三维地质表达中不合理的地方，解决了地质现象的多解性问题。地质数据的离散导致地质体的表达没有固定解，这个时候工程师的经验就至关重要，工程师在数据处理和模型创建过程中对模型进行一系列的调整才能保证创建后的地质模型是比价符合实际的合理解。
36.4、本发明采用了边界表示法，并采用了增加虚拟点插值的方法，使得模型平滑处理、层次分明，正确反映地质构造，可视化效果良好。本方法创建的地质模型有着无缝连接、
地层面过渡平滑、透视清晰、浑然一体的感觉。
附图说明
37.图1为本发明实施例的基于边界表示法的精细化三维地质建模方法的流程示意图。
具体实施方式
38.下面根据附图图1，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
39.请参阅图1，本发明实施例的一种基于边界表示法的精细化三维地质建模方法，包括步骤：
40.s1：多源数据概化与处理，创建地层的点模型；
41.三维地质信息模型的数据来源繁多，包括相关部门的文献数据、现场勘察、现场原位试验、室内岩土试验、工程测绘、航空遥感以及地球物理勘探等。这些数据的侧重点、形式和精度等都存在着差异，需要剔除出干扰和误差，减少冗余信息。
42.s1步骤进一步包括步骤：
43.s11：对多源数据进行数据概化处理；
44.s12：以模型点的形式创建地层的点模型；
45.s13：对点模型进行审核及修改。
46.s2：创建线模型，建立地质建模约束；
47.s2步骤进一步包括步骤：
48.s21：依据工程资料，以模型线的形式创建线模型；线模型包括边界线、断层交线和工程界面线；
49.s22：对线模型做好标记和分类。
50.s3：创建环模型，获取地层的尖灭范围；
51.s3步骤进一步包括步骤：
52.s31：顺序分别连接边界线、断层交线和工程界面线，分别获得边界闭合环、断层闭合环和工程界面闭合环；
53.s32：依次对地层的上界面和下界面进行初步拟合；
54.s33：对地层进行曲面求交运算，获得每个地层的尖灭范围；
55.s34：按照经验对地层的尖灭范围进行调整；尖灭范围形成尖灭约束环；环模型包括边界闭合环、断层闭合环、工程界面闭合环和尖灭约束环。
56.s4：地质界面拟合及生成，创建面模型；
57.s4步骤进一步包括步骤：
58.s41：在确定的尖灭约束环中进行虚拟点加密；
59.s42：通过插值方法拟合地层的上界面和下界面；
60.s43：在尖灭约束环以外的其他环模型中实现断层面和工程界面的生成。
61.s5：地质界面包围成体及属性赋值，完成创建三维地质信息模型。
62.s5步骤进一步包括步骤：
63.s51：按照地层的生成机理确认各地层的上界面和下界面间的拓扑关系，对各地层的上界面和下界面进行裁剪；
64.s52：依次对每个地层进行曲面包围，在地层的建模范围的曲面缺失的地方进行曲面缝合，生成地质体；
65.s53：对地质体进行属性挂接，完成三维地质信息模型的创建。
66.例如：
67.(1)点
──
多源数据概化与处理：本项目的主要数据来源于钻孔数据，将钻孔数据概化为点数据，主要属性包括坐标、编号、标签、点所在的上部地层、点所在的下部地层、数据来源、点的权重等。其他来源的地质信息可以用相同的方法进行处理，如剖面数据、物探数据等。以模型点的形式创建地层点模型，对点模型进行审核及修改。
68.(2)线
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建立地质建模约束：依据工程资料，以模型线的形式创建建模边界线。
69.(3)环
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获取地层尖灭范围：对地层的上下界面进行初步拟合，然后进行曲面求交运算，从而获取每个地层的尖灭范围。按照工程师的经验对地层尖灭范围进行调整。
70.(4)面
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地质界面拟合及生成：在确定的尖灭约束环中进行虚拟点加密，通过插值方法拟合地层上下界面。
71.(5)体
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地质界面包围成体及属性赋值：对地质体进行曲面包围，沿地层建模范围对地层面进行缝合，生成地质体。按照地层的沉积顺序，依次生成各个地层。对地质体进行属性挂接，完成三维地质信息模型的创建。
72.本发明基于边界表示法，实现了一种融合多源数据的精细化三维地质建模方法，将专家经验与人工交互融入到点、线、环、面、体的每一个步骤中，解决了地质现象复杂性、多解性的问题，能够创建美观、准确、可靠的三维地质信息模型，有利于三维地质模型的进一步分析计算及拓展应用。
73.以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。