CN105118091A - 一种构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种构建多精度非均匀地质网格曲面模型方法和系统，该方法能够实现构建多精度的非均匀地质网格曲面，以满足工程地质网格曲面模型对于不同研究区域的不同建模精度需求。该地质曲面网各模型建模方法，更符合工程地质三维建模的实际需求，提高了工程地质三维模型的建模效率和准确率。该方法，包括步骤：S1，建模参数定义，即定义建立地质网格曲面模型的基本参数；S2，确定网格节点，即计算曲面模型的网格节点平面坐标；S3，地质属性插值，即通过插值技术计算网格节点的地质属性值；S4，网格曲面建模，即利用步骤S3中得到的数据建立三维网格曲面模型。

Description

一种构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法和系统

技术领域

本发明属于工程地质领域，涉及地质信息处理技术领域，尤其涉及一种构建多精度非均匀地质网格曲面模型方法和系统。主要应用于水电、水利、公路、铁路、石油、海洋等行业的工程地质领域。

背景技术

随着工程地质信息化技术的发展，地质三维建模及可视化分析技术也飞速发展，通过建立工程地质三维模型，可以直观地表达研究区域的工程地质现象，可视化的工程地质分析更直观准确。地质网格曲面模型的建模方法是工程地质三维建模的核心技术，目前的建模方法均采用各种空间插值技术，即利用已知信息(各种工程地质勘察成果)对未知的网格节点进行插值计算，然后进行网格曲面建模。

传统方法构建的地质网格曲面大多是单精度均匀网格曲面模型，但对于工程地质的实际需求来说，不同研究区域的建模精度要求并不相同，对于工程建筑物附近区域通常模型的精度要求较高，对于远离工程建筑物的区域通常建模精度要求较低，传统的地质网格曲面建模方法难以满足该需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种构建多精度非均匀地质网格曲面模型方法和系统，该方法能够实现构建多精度的非均匀地质网格曲面，以满足工程地质网格曲面模型对于不同研究区域的不同建模精度需求。该地质曲面网各模型建模方法，更符合工程地质三维建模的实际需求，提高了工程地质三维模型的建模效率和准确率，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法，包括以下步骤：

S1，建模参数定义，即定义建立地质网格曲面模型的基本参数；

S2，确定网格节点，即计算曲面模型的网格节点平面坐标；

S3，地质属性插值，即通过插值技术计算网格节点的地质属性值；

S4，网格曲面建模，即利用步骤S3中得到的数据建立三维网格曲面模型。

优选的，步骤S1包括以下步骤：

S11，定义建模地质属性；

S12，定义网格分区及精度；

其中步骤S11中定义了地质网格曲面模型的地质属性及建模的基础数据，步骤S12中定义了网格曲面的分区及每个分区的网格方向、网格间距及建模进度。

优选的，步骤S2包括以下步骤：

S21，单区域网格节点计算；

S22，多区域网格节点耦合；

其中步骤S21根据步骤S12定义的网格分区及精度参数，分别计算各分区的节点平面坐标；步骤S22根据各分区的关系，通过分区节点的并集、差集、交集运算，对多区域网格节点进行耦合。

优选的，步骤S3包括以下步骤：

S31，网格节点插值计算；

S32，网格边缘插值计算；

其中步骤S32利用步骤S11确定的已知地质属性数据对步骤S22确定的网格节点进行插值计算，步骤S32对各网格区域的边缘即分区间的交线进行插值计算。

优选的，步骤S4利用步骤S3计算的各插值点空间三维坐标链接曲面网格，为保证地质曲面网格与已知地质属性数据的无缝耦合，建模过程中需要将已知地质属性的三维矢量点坐标作为网格曲面的节点。

优选的，步骤S3中的地质属性插值方法，能够根据建模地质属性的不同特点，灵活选择克里金插值法、反距离加权插值法、自然邻点插值法、最近邻点插值法、线性插值法中的一种方法对插值点进行插值。

优选的，网格曲面分区边界采用不规则的分区边界，不规则的分区边界通用性更强，能够适应各种地质网格曲面的分区模式；每个分区的网格定义可采用不同的网格矢量方向、网格精度和网格间距。

一种构建多精度非均匀地质网格曲面模型的系统，包括：

建模参数定义模块，用于定义建立地质网格曲面模型的基本参数；

网格节点确定模块，用于计算曲面模型的网格节点平面坐标；

地质属性插值模块，用于通过插值技术计算网格节点的地质属性值；

网格曲面建模模块，用于利用网格节点的地质属性值数据建立三维网格曲面模型。

优选的，

所述建模参数定义模块包括：

建模地质属性定义模块，用于定义地质网格曲面模型的地质属性及建模的基础数据；

网格分区及精度定义模块，用于定义网格曲面的分区及每个分区的网格方向、网格间距及建模进度；

所述网格节点确定模块包括：

单区域网格节点计算模块，用于根据所述网格分区及精度定义模块定义的网格分区及精度参数，分别计算各分区的节点平面坐标；

多区域网格接节点耦合模块，用于根据各分区的关系，通过分区节点的并集、差集、交集运算，对多区域网格节点进行耦合。

优选的，地质网格曲面为多精度的非均匀网格曲面，曲面模型能够以曲面网格线、等值线或渲染曲面形式显示。

本发明的有益效果是：

本发明的构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法和系统，能够实现构建多精度的非均匀地质网格曲面，以满足工程地质网格曲面模型对于不同研究区域的不同建模精度需求。本发明的方法和系统，更符合工程地质三维建模的实际需求，提高了工程地质三维模型的建模效率和准确率。

附图说明

图1是本发明实施例的技术流程图；

图2是本发明实施例的地质网格曲面示意图(俯视曲面网格图)；

图3是本发明实施例的地质网格曲面示意图(侧视渲染曲面图)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种构建多精度非均匀地质网格曲面模型方法和系统，如图1所示本方法包括以下步骤：

1、建模参数定义A，用于定义建立地质网格曲面模型的基本参数；

2、确定网格节点B，用于计算曲面模型的网格节点平面坐标；

3、地质属性插值C，用于通过插值技术计算网格节点的地质属性值；

4、网格曲面建模D，利用步骤C的数据建立三维网格曲面模型。

所述建模参数定义A包含定义建模地质属性A-1、定义网格分区及精度A-2两个子过程。其中A-1过程定义了地质网格曲面模型的地质属性及建模的基础数据(勘察成果)，A-2过程定义网格曲面的分区及每个分区的网格方向、网格间距及建模进度。

所述确定网格节点B包含单区域网格节点B-1、多区域网格接节点耦合B-2两个子过程。其中B-1过程根据A-2定义的网格分区及精度参数，分别计算各分区的节点平面坐标。B-2过程根据各分区的关系，通过分区节点的并集、差集、交集运算，对多区域网格节点进行耦合。

所述地质属性插值C包含网格节点插值C-1、网格边缘插值C-2两个子过程。其中C-1利用A-1确定的已知地质属性数据对B-2确定的网格节点进行插值计算，C-2对各网格区域的边缘即分区间的交线进行插值计算。

所述网格曲面建模D，利用C过程计算的各插值点空间三维坐标链接曲面网格，为保证地质曲面网格与已知地质属性数据(勘察成果)的无缝耦合，建模过程中需要将已知地质属性的三维矢量点坐标作为网格曲面的节点。

本发明中的地质属性插值方法根据建模地质属性的不同特点，可灵活选择克里金插值法、反距离加权插值法、自然邻点插值法、最近邻点插值法、线性插值法中的一种方法对插值点进行插值。

本发明中的网格曲面分区边界采用不规则的分区边界，不规则的分区边界通用性更强，能够适应各种地质网格曲面的分区模式；每个分区的网格定义可采用不同的网格矢量方向、网格精度和网格间距。

本发明中的地质网格曲面为多精度的非均匀网格曲面，曲面模型能够以曲面网格线、等值线、渲染曲面等多种形式显示；其中曲面网格线显示样式加载和显示速度快，渲染曲面样式显示模式加载和显示速度慢但显示效果较好，用户可根据不同用途灵活选择相应的显示样式。

通过以下实施例，结合附图1对本发明技术方案进行详细说明。

本实施例中，构建地质网格曲面的工程地质数据存储在SQLServer数据库中，本例建模使用Autodesk公司的AutoCADCivil3D软件作为计算机辅助设计(CAD)平台。

本实施例包括建模参数定义A、确定网格节点B、地质属性插值C、网格曲面建模D四个过程。

1、建模参数定义A过程：

本过程由用户在地质网格曲面建模程序中定义建模参数，该过程是地质网格曲面建模程序的数据输入和参数定义过程，包含建模地质属性A-1、定义网格分区及精度A-2两个子过程。用户首先确定建模的工程地质属性，并通过工程地质数据库选择勘察数据作为建模的基础数据，完成A-1子过程；然后用户确定地质网格曲面的范围、网格分区及各分区的网格矢量方向、建模进度、网格间距等参数，完成A-2过程。

2、确定网格节点B过程：

本过程自动计算地质网格曲面的网格点平面位置，包含单区域网格节点B-1、多区域网格接节点耦合B-2两个子过程。程序首先分别计算各网格分区的节点平面坐标(B-1)，然后对多分区的网格节点进行耦合(B-2)。其中B-1过程，需要考虑分区边界、网格方向、网格精度和间距等参数，先根据各网格分区边界的空间位置，确定最大包围矩形，计算包围矩形的网格节点，然后根据分区边界剔除边界外的节点；B-2过程的网格节点耦合，分析网格曲面的空间关系，综合采用交集、并集、差集运算，通过多次的逻辑运算耦合出整个地质网格曲面的各网格节点平面坐标。

3、地质属性插值C过程：

本过程实现各网格节点的地质属性插值，包含网格节点插值C-1、网格边缘插值C-2两个子过程。本发明选择适用于工程地质专业的克里金插值法、反距离加权插值法、自然邻点插值法、最近邻点插值法、线性插值法作为地质属性插值方法，用户根据建模地质属性的特点灵活选择其中一种作为插值方法。

网格节点插值C-1直接利用A-1过程输入的参数定义和相应的插值方法对曲面网格节点进行插值；由于本发明需要实现多精度非均匀地质网格曲面，各网格之间的边界点对网格模型的准确性至关重要，网格边缘插值C-2重点解决网格分区接触边界的插值；每个接触边界除了对边界线的各节点进行插值外，还需要对接触边界与各独立网格分区的交线节点进行插值。

4、网格曲面建模D过程：

本过程利用C过程计算的各网格节点地质属性建立地质网格曲面，网格曲面以四边形网格为主，在各网格分区的接触边界可采用多变形网格。网格曲面模型的建模程序基于AutoCADCivil3D软件开发。地质网格曲面可以曲面网格、等值线、曲面等多种形式显示，如图2所示为本实施例以曲面网格线形式显示的地质网格曲面，如图3所示为本实施例以渲染后的曲面形式显示的地质网格曲面。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本发明的构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法和系统，能够实现构建多精度的非均匀地质网格曲面，以满足工程地质网格曲面模型对于不同研究区域的不同建模精度需求。本发明的方法和系统，更符合工程地质三维建模的实际需求，提高了工程地质三维模型的建模效率和准确率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1，建模参数定义，即定义建立地质网格曲面模型的基本参数；

S2，确定网格节点，即计算曲面模型的网格节点平面坐标；

S3，地质属性插值，即通过插值技术计算网格节点的地质属性值；

S4，网格曲面建模，即利用步骤S3中得到的数据建立三维网格曲面模型。

2.根据权利要求1所述的构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法，其特征在于步骤S1包括以下步骤：

S11，定义建模地质属性；

S12，定义网格分区及精度；

其中步骤S11中定义了地质网格曲面模型的地质属性及建模的基础数据，步骤S12中定义了网格曲面的分区及每个分区的网格方向、网格间距及建模进度。

3.根据权利要求2所述的构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法，其特征在于步骤S2包括以下步骤：

S21，单区域网格节点计算；

S22，多区域网格接节点耦合；

其中步骤S21根据步骤S12定义的网格分区及精度参数，分别计算各分区的节点平面坐标；步骤S22根据各分区的关系，通过分区节点的并集、差集、交集运算，对多区域网格节点进行耦合。

4.根据权利要求3所述的构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法，其特征在于步骤S3包括以下步骤：

S31，网格节点插值计算；

S32，网格边缘插值计算；

其中步骤S32利用步骤S11确定的已知地质属性数据对步骤S22确定的网格节点进行插值计算，步骤S32对各网格区域的边缘即分区间的交线进行插值计算。

5.根据权利要求4所述的构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法，其特征在于：步骤S4利用步骤S3计算的各插值点空间三维坐标链接曲面网格，为保证地质曲面网格与已知地质属性数据的无缝耦合，建模过程中需要将已知地质属性的三维矢量点坐标作为网格曲面的节点。

6.根据权利要求1所述的构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法，其特征在于：步骤S3中的地质属性插值方法，能够根据建模地质属性的不同特点，灵活选择克里金插值法、反距离加权插值法、自然邻点插值法、最近邻点插值法、线性插值法中的一种方法对插值点进行插值。

7.根据权利要求1所述的构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法，其特征在于：网格曲面分区边界采用不规则的分区边界，不规则的分区边界通用性更强，能够适应各种地质网格曲面的分区模式；每个分区的网格定义可采用不同的网格矢量方向、网格精度和网格间距。

8.一种构建多精度非均匀地质网格曲面模型的系统，其特征在于，包括：

建模参数定义模块，用于定义建立地质网格曲面模型的基本参数；

网格节点确定模块，用于计算曲面模型的网格节点平面坐标；

地质属性插值模块，用于通过插值技术计算网格节点的地质属性值；

网格曲面建模模块，用于利用网格节点的地质属性值数据建立三维网格曲面模型。

9.根据权利要求8所述的构建多精度非均匀地质网格曲面模型的系统，其特征在于：

所述建模参数定义模块包括：

建模地质属性定义模块，用于定义地质网格曲面模型的地质属性及建模的基础数据；

网格分区及精度定义模块，用于定义网格曲面的分区及每个分区的网格方向、网格间距及建模进度；

所述网格节点确定模块包括：

单区域网格节点计算模块，用于根据所述网格分区及精度定义模块定义的网格分区及精度参数，分别计算各分区的节点平面坐标；

多区域网格接节点耦合模块，用于根据各分区的关系，通过分区节点的并集、差集、交集运算，对多区域网格节点进行耦合。

10.根据权利要求8所述的构建多精度非均匀地质网格曲面模型的方法，其特征在于：地质网格曲面为多精度的非均匀网格曲面，曲面模型能够以曲面网格线、等值线或渲染曲面形式显示。