CN102467754B - 煤矿地质三维模型的构建方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿地质三维模型的构建方法和系统，其中，方法包括：分别获取煤矿地层上表面边界线的顶点集合以及煤矿地层下表面边界线的顶点集合；根据两个所述顶点集合构建三角面片；利用所述三角面片生成煤矿地质三维模型。本发明的煤矿地质三维模型的构建方法和系统，通过根据实际测量的地层数据信息构建三角面片来实现三维地层模型的构建，解决了地质分析质量较差的问题，实现了可以更直观更充分的显示地质信息，为工程施工提供更有力的支持。

Description

煤矿地质三维模型的构建方法和系统

技术领域

本发明涉及煤矿工程技术，特别涉及一种煤矿地质三维模型的构建方法和系统。

背景技术

由于煤矿工程处大多地质构造复杂，在进行地下工程建设之前，需要获取各种地层信息，以利于工程施工。通常，可以通过地质勘探、测量等手段获得大量的地质信息数据，包括地表地形、地层界面等信息，以便对施工提供有效的支持。但是，这些数据往往都是一些离散不连续的数据，地质工作者很难利用这些数据分析出它们在地质体中的分布规律。

现有技术中可以采用二维、静态的方法，对上述数据进行分析，预测得到各种信息在所研究的地质区域中的分布值。但是，其所描述的空间地质构造的起伏变化，直观性差，往往不能充分揭示其空间变化规律，难以使人们直接、完整、准确的理解和感受地下的地质情况，越来越不能满足工程地质师和实际作业人员的工作需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿地质三维模型的构建方法和系统，以解决现有技术中地质分析质量较差的问题，实现可以直观充分的获得地质信息。

本发明提供一种煤矿地质三维模型的构建方法，包括：

分别获取煤矿地层上表面边界线的顶点集合以及煤矿地层下表面边界线的顶点集合；

根据两个所述顶点集合构建三角面片；

利用所述三角面片生成煤矿地质三维模型。

本发明提供一种煤矿地质三维模型的构建系统，包括：

获取模块，用于分别获取煤矿地层上表面边界线的顶点集合以及煤矿地层下表面边界线的顶点集合；

构建模块，用于根据两个所述顶点集合构建三角面片；

生成模块，用于利用所述三角面片生成煤矿地质三维模型。

本发明的煤矿地质三维模型的构建方法和系统，通过根据实际测量的地层数据信息构建三角面片来实现三维地层模型的构建，解决了地质分析质量较差的问题，实现了可以更直观更充分的显示地质信息，为工程施工提供更有力的支持。

附图说明

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例的流程示意图；

图2为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的排序示意图；

图3为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的分组示意图；

图4为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的面片创建示意图一；

图5为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的面片创建示意图二；

图6为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的面片创建示意图三；

图7为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的面片创建示意图四；

图8为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的面片创建示意图五；

图9为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的辅助多段线示意图；

图10为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的放样建模示意图；

图11为本发明煤矿地质三维模型的构建系统实施例的结构示意图。

附图标记说明：

11-获取模块；12-构建模块；13-生成模块；

14-处理模块；15-排序单元；16-分组单元；

17-第一单元；18-第二单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动的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。

本发明的主要技术方案为，分别获取煤矿地层上表面边界线的顶点集合以及煤矿地层下表面边界线的顶点集合；根据两个所述顶点集合构建三角面片；利用所述三角面片生成煤矿地质三维模型。

下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例的流程示意图，如图1所示，本实施例的构建方法可以包括以下步骤：

步骤101、分别获取煤矿地层上表面边界线的顶点集合以及煤矿地层下表面边界线的顶点集合；

具体的，可以首先得到地层上下表面的信息，选择标示煤矿地层上表面和下表面的曲面，例如，直接读取DEM或三角网曲面信息。该曲面的信息均是由实际测量的地层数据得到的，一般可以通过遥感影像处理、激光扫描或实地勘测的方法得到地层的表面信息。

在上述获得了地层上下表面的信息之后，可以通过一条参考多段线生成上下表面的边界线。例如，可以设定一xy平面内的矩形，该矩形的四条边即可称为参考多段线。该参考多段线所在平面可以取为地层上表面曲面的最低点所在平面，或者为地层下表面曲面的最高点所在平面。

由该参考多段线向地层上表面曲面投影，类似于由该参考多段线作一垂面与地层上表面曲面相交，可以得到位于地层上表面曲面上的多个相交点，这些点分别具有不同的高程，且这些点可以组成煤矿地层的上表面边界线。同理，由该参考多段线向地层下表面曲面投影，可以得到煤矿地层的下表面边界线，该边界线上的点具有不同的高程，由此也煤矿地层的上下表面添加了边界。由得到的上下表面的边界线可以继而得到组成该边界线的顶点集合，这些顶点集合中的点可以选取为曲面上的曲面形状变化的突出点。

步骤102、对顶点集合进行排序；

在上述得到地层的上下表面信息后，该模型建立的过程主要即为根据地层的上下表面的边界信息构建地层实体的侧面信息。通常，为了模型生成的质量较好，可以对步骤101中的数据进行预处理。该预处理可以包括排序。

排序是后面所有步骤的基础，其作用相当于测量中的定位和定向。具体的，可以参见图2，图2为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的排序示意图。在得到两个顶点集合后，在两个集合中分别确定一个点为起点，这两个点必须是相互对应的。此外，还需要分别对两个所述顶点集合进行调整点的顺序，确保这两个点集合中的点都按照相同的方向排列。具体实现时，例如可以取在XOY平面上投影与参考多段线的起点最接近的点作为起点，取参考多段线的方向为点的排列方向。

步骤103、对顶点集合进行分组；

分组可以参见图3，图3为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的分组示意图。分组实际上是在上述的两个点集合中分别找几个控制点，每两个控制点之间的点为一组，使得上下两个点集合都被分为相同个数的分组，再对这些分组进行一一配对，分别处理，该配对可以参见图3所示，上下相对应的上边界线上的一组点和下边界线上的一组点是一对，分组组成第1组、第2组等，本实施例中共分有四组。

其中，在具体实现时，对于参考多段线的每一个顶点，都在每一个点集合中找到一个投影到平面上时与它最接近的点作为一个控制点。此外，不能使用将点集合中的点投影到平面上看其落在参考多段线的第几段线上的方法来实现分组，因为当曲面是DEM生成的时，其边界点在平面上的投影不一定会落在参考多段线上。

通过对点集合进行分组，可以对生成的曲面有一个整体控制，特别是当点集合中的点的疏密分布非常不均衡时，很容易出现较大偏差，通过分组可以进行改善。

步骤104、判断上表面边界线和下表面边界线之间的空间关系，上边界线的最低点是否低于下边界线的最高点；若是，则继续执行步骤105；否则，执行步骤106。

步骤105、根据分组后的顶点集合构建三角面片；

由于有了前面两步的预处理，实际创建三角面片时使用的点集合都只是一个局部的分组，分组内的点投影到平面上时近似在一条直线上。创建一个三角面片需要三个顶点，需要从一个点集合中选两个顶点再从另一个点集合中选择一个顶点。

其中，最简单的一种情况即为上表面边界线的点集合和下表面边界线的点集合中的点数一样多，此时，可以使用交替的方法生成三角面片。具体可以参见图4，图4为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的面片创建示意图一。

当上表面边界线的点集合和下表面边界线的点集合中的点数不一样多时，意味着点数较多的边界将有多条边将与另一边界中的同一顶点构建三角面片。此时创建面片的方法可以为先忽略点数较多的边界线中的最短边构建三角面片，再以所述最短边为底构建三角面片。

例如，参见图5-8所示，图5-8分别为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的面片创建示意图二至示意图五。如图5所示，假设上表面边界线中的一组有7个顶点，相配对的下表面边界线中的一组有4个顶点，上面比下面多3个顶点。如图6所示，找到上边界线中较短的三条边，如图中的突出线所示。如图7所示，可以忽略图6中找到的较短三条边中的最短边，将其余边构建三角面片。如图8所示，最后以图7中被排除的边为底，构建三角面片，填补空缺。

步骤106、创建两条辅助多段线；

可以结合参见图9，图9为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的辅助多段线示意图。当上表面边界线顶点集合中的最低点高于所述下表面边界线顶点集合中的最高点时，如果直接基于上下边界点集合生成三角面片，经常得到很多细长的三角形，使得构建的曲面不够美观，有过度拉伸的感觉，所以此时采用在两个边界线之间创建两条辅助多段线a和b。该两条辅助多段线的平面轮廓与参考多段线相同，高程分别等于上表面边界线中的最低点和下表面边界线中的最高点。

步骤107、在辅助多段线a和b上分别插入顶点；

在该步骤中，分别在两条所述辅助多段线a和b上插值形成两个辅助点集合。具体的，可以使得所述辅助点集合的点数等于所述上表面边界线顶点集合和下表面边界线顶点集合的平均值，并进行等距离插值。

步骤108、通过两个所述辅助点集合分别与所述上表面边界线顶点集合和下表面边界线顶点集合构建三角面片；

例如，可以用辅助多段线a与上边界线，用辅助多段线b与下边界线分别构建三角面片。该三角面片的构建方法可以参见上述的步骤105。

步骤109、对所述两条辅助多段线之间的曲面进行放样生成；即用辅助多段线a和b进行放样建模，形成侧面中间部分。

例如，可以采用AutoCAD平台进行放样建模，其是通过在包含两个或更多横截面轮廓的一组轮廓中对轮廓进行放样来创建三维实体或曲面。横截面轮廓可定义结果实体或曲面对象的形状。必须至少指定两个横截面轮廓。

步骤110、根据所述三角面片和放样生成的曲面生成煤矿地质三维模型。

最后生成的三维模型可以参见图10所示，图10为本发明煤矿地质三维模型的构建方法实施例中的放样建模示意图。通过使用该建模方法构建地质三维模型，可以基于模型完成煤储量计算与地质地层构造分析，实现了实时动态的三维浏览和在三维视图下灵活、高效和精确的设计和分析，使得测量的地质信息可以更直观更准确的显示出来，可以使工程地质师直接、完整、准确的理解和感受地下的地质情况，满足实际工作需求。

本实施例的煤矿地质三维模型的构建方法，通过根据实际测量的地层数据信息构建三角面片来实现三维地层模型的构建，解决了地质分析质量较差的问题，实现了可以更直观更充分的显示地质信息，为工程施工提供更有力的支持。

图11为本发明煤矿地质三维模型的构建系统实施例的结构示意图，该系统可以执行本发明任意实施例所述的煤矿地质三维模型的构建方法，其具体的工作方法可以参见本发明任意方法实施例所述。如图11所示，该系统可以包括获取模块11、构建模块12和生成模块13。

其中，获取模块11，用于分别获取煤矿地层上表面边界线的顶点集合以及煤矿地层下表面边界线的顶点集合；构建模块12，用于根据两个所述顶点集合构建三角面片；生成模块13，用于利用所述三角面片生成煤矿地质三维模型。

进一步的，该系统还可以包括处理模块14，该处理模块14可以包括排序单元15和分组单元16。其中，排序单元15，用于分别在两个所述顶点集合中确定一相应的起点，并分别对两个所述顶点集合进行排序，使得两个所述顶点集合中的点的排列方向相同。分组单元16，用于对两个所述顶点集合分别进行分组，并且两个所述顶点集合的分组个数相同，并在分组后对两个所述顶点集合中的各组进行一一配对。

进一步的，构建模块12可以包括第一单元17和第二单元18。其中，第一单元17，用于当上表面边界线顶点集合和下表面边界线顶点集合中的点数不同时，先忽略点数较多的边界线中的最短边构建三角面片，再以所述最短边为底构建三角面片。

第二单元18，用于当所述上表面边界线顶点集合中的最低点高于所述下表面边界线顶点集合中的最高点时，在所述上表面边界线和所述下表面边界线之间创建两条辅助多段线，并分别在两条所述辅助多段线上插值形成两个辅助点集合；所述两条辅助多段线的平面轮廓与所述参考多段线相同，高程分别等于上表面边界线中的最低点和下表面边界线中的最高点；通过两个所述辅助点集合分别与所述上表面边界线顶点集合和下表面边界线顶点集合构建三角面片，对所述两条辅助多段线之间的曲面进行放样生成。

本实施例的煤矿地质三维模型的构建系统，通过设置构建模块等，根据实际测量的地层数据信息构建三角面片来实现三维地层模型的构建，解决了地质分析质量较差的问题，实现了可以更直观更充分的显示地质信息，为工程施工提供更有力的支持。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：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。

Claims (6)

1.一种煤矿地质三维模型的构建方法，其特征在于，包括：

分别获取煤矿地层上表面边界线的顶点集合以及煤矿地层下表面边界线的顶点集合；

根据两个顶点集合构建三角面片；

利用所述三角面片生成煤矿地质三维模型；

其中，根据两个顶点集合构建三角面片，包括：

当上表面边界线顶点集合和下表面边界线顶点集合中的点数不同时，先忽略点数较多的边界线中的最短边构建三角面片，再以所述最短边为底构建三角面片；

当所述上表面边界线顶点集合中的最低点高于所述下表面边界线顶点集合中的最高点时，在所述上表面边界线和所述下表面边界线之间创建两条辅助多段线，并分别在两条所述辅助多段线上插值形成两个辅助点集合；所述两条辅助多段线的高程分别等于上表面边界线中的最低点和下表面边界线中的最高点；通过所述两个辅助点集合分别与所述上表面边界线顶点集合、下表面边界线顶点集合构建三角面片；

所述利用所述三角面片生成煤矿地质三维模型，包括：对所述两条辅助多段线之间的曲面进行放样生成；并根据所述三角面片和曲面生成煤矿地质三维模型。

2.根据权利要求1所述的煤矿地质三维模型的构建方法，其特征在于，在根据两个顶点集合构建三角面片，之前包括：

在两个顶点集合中分别确定一个点为起点，这两个起点是相互对应的，并分别对两个顶点集合中的点进行排序，使得两个顶点集合中的点均按相同方向排列。

3.根据权利要求2所述的煤矿地质三维模型的构建方法，其特征在于，在分别对两个顶点集合中的点进行排序之后，根据两个顶点集合构建三角面片之前，还包括：

对两个顶点集合分别进行分组，并且两个顶点集合的分组个数相同，并在分组后对两个顶点集合中的各组进行一一配对。

4.根据权利要求1所述的煤矿地质三维模型的构建方法，其特征在于，在所述两条辅助多段线上插值，包括：

使得所述两个辅助点集合的点数都等于所述上表面边界线顶点集合和下表面边界线顶点集合中点数的平均值，并进行等距离插值。

5.一种煤矿地质三维模型的构建系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于分别获取煤矿地层上表面边界线的顶点集合以及煤矿地层下表面边界线的顶点集合；

构建模块，用于根据两个顶点集合构建三角面片；

生成模块，用于利用所述三角面片生成煤矿地质三维模型；

其中，所述构建模块包括：

第一单元，用于当上表面边界线顶点集合和下表面边界线顶点集合中的点数不同时，先忽略点数较多的边界线中的最短边构建三角面片，再以所述最短边为底构建三角面片；

第二单元，用于当所述上表面边界线顶点集合中的最低点高于所述下表面边界线顶点集合中的最高点时，在所述上表面边界线和所述下表面边界线之间创建两条辅助多段线，并分别在两条所述辅助多段线上插值形成两个辅助点集合；所述两条辅助多段线的高程分别等于上表面边界线中的最低点和下表面边界线中的最高点；通过所述两个辅助点集合分别与所述上表面边界线顶点集合、下表面边界线顶点集合构建三角面片；

所述生成模块包括：

第三单元，用于对所述两条辅助多段线之间的曲面进行放样生成；并根据所述三角面片和曲面生成煤矿地质三维模型。

6.根据权利要求5所述的煤矿地质三维模型的构建系统，其特征在于，还包括排序模块和分组模块；

所述排序模块，用于在两个顶点集合中分别确定一个点为起点，这两个起点是相互对应的，并分别对两个顶点集合中的点进行排序，使得两个顶点集合中的点均按相同方向排列；

所述分组模块，用于在所述排序模块对两个顶点集合中的点进行排序之后，对两个顶点集合分别进行分组，并且两个顶点集合的分组个数相同，并在分组后对两个顶点集合中的各组进行一一配对。

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