CN105205864A - 基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法和系统，包括步骤：S1，数据源输入，即定义数据输入规则并从工程地质数据库中查询符合规则的数据；S2，数据格式转换，即将输入的多种数据源转换为统一格式，并构建基础数据集；S3，确定建模数据，即对数据源的数据真伪进行判断，提取符合条件的数据构建建模数据集；S4，确定产状要素，即通过建模数据集拟合和修正结构面建模产状要素；S5，结构面建模，即根据建模数据集及结构面产状要素建立结构面三维模型，并对三维模型附加相应的地质属性。解决了地质结构面数据源的数据真伪判断和地质结构面三维模型的自动建模过程，提高了地质结构面三维建模的准确率和效率。

Description

基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法和系统

技术领域

本发明属于工程地质领域，涉及一种地质信息处理技术领域，尤其涉及一种基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法和系统。主要用于水电地质、水利地质、石油地质、海洋地质、煤炭地质、地质勘察等领域。

背景技术

随着计算机图形学技术的不断发展和三维空间数据处理理论研究的不断深入，为建立地质结构面三维模型提供了信息技术条件。通过建立地质结构面三维模型，不仅可以形象直观地表达地质构造的形态特征以及构造要素的空间关系，而且结合三维可视化模型的空间分析功能，可以使工程地质分析更为直观、准确。

地质结构面的三维建模，目前应用较为广泛的方法是利用传统的“出露点、出露线+结构面产状”构建地质结构面三维模型，这种建模方法对地质结构面基础源数据进行了模糊处理或地质推演处理，所建立的地质结构面三维模型不能够全面真实的反映地质结构面发育状态。

地质结构面的勘察数据源较为广泛，包括地质测绘数据、钻探勘察数据、洞室勘察数据、竖井勘察数据、物理勘探数据等，传统的地质结构面建模方法很难充分利用这些数据源，即使通过辅助手段将这些数据源推演到结构面的出露线上，也很难对数据源的数据真伪进行判断，因此地质结构面传统三维建模方法的效率和准确率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，以解决地质结构面数据源的数据真伪判断和地质结构面三维模型的自动建模，提高地质结构面三维建模的准确率和效率，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：

一种基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，包括以下步骤：

S1，数据源输入，即定义数据输入规则并从工程地质数据库中查询符合规则的数据；

S2，数据格式转换，即将输入的多种数据源转换为统一格式，并构建基础数据集；

S3，确定建模数据，即对数据源的数据真伪进行判断，提取符合条件的数据构建建模数据集；

S4，确定产状要素，即通过建模数据集拟合和修正结构面建模产状要素；

S5，结构面建模，即根据建模数据集及结构面产状要素建立结构面三维模型，并对三维模型附加相应的地质属性。

优选的，步骤S1包括以下步骤：

S11，定义数据输入规则；

S12，数据库数据查询；

其中步骤S11中的规则定义结合所涉及的数据源属性组织实施，所定义的规则为步骤S12中数据查询的依据。

优选的，步骤S2包括以下步骤：

S21，数据源分类转换；

S22，构建初始数据集；

其中步骤S21中的输入条件来自于步骤S12，根据数据源的不同类别选择合适的数据转换方式，步骤S22中根据步骤S21的输出成果构建初始数据集。

优选的，步骤S3包括以下步骤：

S31，数据真伪判断；

S32，构建建模数据集；

其中步骤S31中通过进行循环数据拟合计算对数据集进行去伪存真操作，步骤S32根据步骤S31中输出的成果构建建模数据集。

优选的，步骤S4包括以下步骤：

S41，产状要素拟合计算；

S42，建模产状要素修正；

其中步骤S41实现根据步骤S32中输出的数据进行结构面产状要素拟合计算，步骤S42实现结合基础数据源的现场量测或估算产状要素，对步骤S41输出的成果进行修正，确定结构面建模产状要素。

优选的，步骤S5包括以下步骤：

S51，结构面三维建模；

S52，三维模型地质属性赋值；

其中步骤S51实现基于步骤S32确定的建模数据集和步骤S42确定的结构面建模产状进行地质结构面建模过程，步骤S52对构建的三维地质结构面模型附加地质属性。

优选的，步骤S51既可对步骤S32确定的建模数据集的每个数据源指定结构面建模产状，也可统一采用步骤S42确定的结构面建模产状进行建模；所建立的地质结构面三维模型与建模数据源的空间位置完全重合。

优选的，步骤S52中根据预设的数据结构对地质结构面的三维模型附加地质属性，所述地质属性包含的元素为预设数据结构的全部字段或子集。

优选的，步骤S31数据真伪判断包括以下步骤：

S311，数据输入；

S312，结构面拟合；

S313，真伪判断；

S314，数据输出；

其中步骤S313真伪判断中的阀值t按照拟合结构面的产状要素、发育规模和数据源可靠度综合取值。

一种基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模系统，包括：

数据源输入模块，用于定义数据输入规则并从工程地质数据库中查询符合规则的数据；

数据格式转换模块，用于将输入的多种数据源转换为统一格式，并构建基础数据集；

建模数据确定模块，用于对数据源的数据真伪进行判断，提取符合条件的数据构建建模数据集；

产状要素确定模块，用于通过建模数据集拟合和修正结构面建模产状要素；

结构面建模模块，用于根据建模数据集及结构面产状要素建立结构面三维模型，并对三维模型附加相应的地质属性。

本发明的有益效果是：

通过本发明的基于多源数据的地质结构面自动建模方法和系统，解决了地质结构面数据源的数据真伪判断和地质结构面三维模型的自动建模过程，提高了地质结构面三维建模的准确率和效率。

附图说明

图1是本发明的方法具体实施例的步骤流程示意图；

图2是本发明的具体实施例中数据真伪判断步骤的步骤流程示意图；

图3是本发明的具体实施例中三维模型地质属性数据结构；

图4是本发明的具体实施例中地质结构面三维模型建模成果示意图。

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。

本发明公开了一种基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法和系统，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

1、数据源输入A，用于定义数据输入规则并从工程地质数据库中查询符合规则的数据；

2、数据格式转换B，用于将输入的多种数据源转换为统一格式，并构建基础数据集；

3、确定建模数据C，用于对数据源的数据真伪进行判断，提取符合条件的数据构建建模数据集；

4、确定产状要素D，用于通过建模数据集拟合和修正结构面建模产状要素；

5、结构面建模E，根据建模数据集及结构面产状要素建立结构面三维模型，并对三维模型附加相应的地质属性。

所述数据源输入A包含定义数据输入规则A-1、数据库数据查询A-2两个子过程，其中A-1过程的规则定义结合所涉及的数据源属性组织实施，所定义的规则为A-2过程数据查询的依据。

所述数据格式转换B包含数据源分类转换B-1、构建初始数据集B-2两个子过程，其中B-1子过程的输入条件来自于A-2，根据数据源的不同类别选择合适的数据转换方式，B-2子过程根据B-1子过程的输出成果构建初始数据集。

所述确定建模数据C包含数据真伪判断C-1、构建建模数据集C-2两个子过程，其中C-1通过进行循环数据拟合计算对数据集进行去伪存真操作，C-2根据C-1输出成果构建建模数据集。

所述确定产状要素D包含产状要素拟合计算D-1、建模产状要素修正D-2两个子过程，D-1子过程实现根据C-2的输出数据进行结构面产状要素拟合计算，D-2子过程实现结合基础数据源的现场量测或估算产状要素，对D-1输出成果进行修正，确定结构面建模产状要素。

所述结构面建模E包含结构面三维建模E-1、三维模型地质属性赋值E-2两个子过程，E-1实现基于C-2确定的建模数据集和D-2确定的结构面建模产状进行地质结构面建模过程，E-2对构建的三维地质结构面模型附加地质属性。

所述确定建模数据C包含的子过程数据真伪判断C-1，其特征在于包含图2所示的步骤，即数据输入F、结构面拟合G、真伪判断H、数据输出I；真伪判断H的阀值t按照拟合结构面的产状要素、发育规模、数据源可靠度等因素综合取值。

所述结构面建模E包含的子过程结构面三维建模E-1，其特征在于既可对C-2确定的建模数据集的每个数据源指定结构面建模产状，也可统一采用D-2确定的结构面建模产状进行建模；所建立的地质结构面三维模型与建模数据源的空间位置完全重合，保证三维模型与数据源的统一性，三维模型的准确率较高。

所述结构面建模E包含的子过程三维模型地质属性赋值E-2，其特征在于根据预设的数据结构对地质结构面的三维模型附加地质属性，数据结构如图3所示，地质属性包含的元素为预设数据结构的全部字段或子集。

以下结合图1通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

本实施例中，地质结构面三维模型建模数据源存储在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。

本实施例包括数据源输入A、数据格式转换B、确定建模数据C、确定产状要素D和结构面建模E五个过程。

1、数据源输入A过程：

本步骤通过交互界面选择结构面的数据源，数据源既可以是工程地质勘察数据，例如地质测绘的地质结构面出露点和出露线、钻孔数据、平洞数据、探井数据、探坑数据、物探测试数据等；也可以是工程地质分析数据，例如工程地质剖面图和平切图中对地质结构面出露线的解译分析数据等。

数据源的输入可根据工程区信息、结构面外业编号、结构面性状、结构面产状要素等定义数据规则(子过程A-1)，该过程定义从数据库中查询数据源的查询条件，然后进行数据库查询A-2子过程，即根据数据输入规则查询数据库，确定建模结构面可能采用的数据源，建模结构面的数据源定义可选择一种或多种数据源。

2、数据格式转换B过程：

本发明的结构面建模数据源类型较为复杂，本例选择地表出露点、出露线、平洞数据三个有代表性的数据源辅助说明该过程。

数据源分类转换B-1子过程按照数据源类别，对数据格式进行转换。本发明统一采用大地坐标系的三维矢量点数据格式作为转换后的数据格式，地表出露点需要根据数据源的平面坐标投影地表模型的高程信息；地表出露线需要将三维线投影到地表三维模型，提取包含内插点在内的所有点的高程信息；平洞数据源需要根据勘探平洞的几何位置及结构面出露洞深，计算出洞内结构面出露点的三维坐标。

构建数据集B-2子过程将上述转换后的统一格式数据进行分类汇总，按照特定数据结构构建建模数据集，数据集包含所有可能参与建模的三维矢量点集。

3、确定建模数据C过程：

数据格式转换B过程形成的数据集是地质结构面建模可能用到的数据，需要对数据的真伪进行判断。本发明采用图2的过程进行数据判断。基本思路是先根据可能建模数据集对结构面进行初步平面拟合，然后根据建模的实际需求人工提供阀值，通过分析判断三维矢量点与拟合结构面的距离同阀值的大小关系对数据真伪进行判断。在剔除伪数据后，将保留的真数据重新分类构建建模数据集(C-2子过程)。

4、确定产状要素D子过程：

本过程首先利用建模数据C过程生成的数据集进行结构面产状要素拟合计算(D-1子过程)，基本方法是利用数据集中包含的三维矢量点拟合平面，通过解译平面方程，根据结构面产状要素与平面方程的数学关系计算产状要素。

产状要素拟合计算D-1计算的结构面产状要素只能反映结构面的整体发育状态，需要根据局部数据源中现场量测的结构面产状信息对建模产状要素进行修正(D-2子过程)。基本思路是对于模糊数据源直接采用拟合计算的产状要素；对于有确定量测数据的数据源，根据量测数据对结构面建模产状要素(走向、倾向、倾角)分别进行修正，确定单一数据源所在位置的建模产状要素。

5、结构面建模E过程：

结构面建模E过程包含结构面三维建模E-1子过程和三维模型地质属性赋值E-2两个子过程，其中E-1子过程根据过程C和过程D形成的数据信息构建地质结构面三维模型，其基本思路是对每个数据源，按照修正后的结构面建模产状要素，构建局部区域的结构面模型，然后将多个局部区域的结构面模型进行组合，形成某一结构面的综合三维模型。

结构面三维模型仅仅是一个空间三维对象，只有对其附加相应的工程地质属性才具有实际工程意义。本发明利用AutoCAD平台具有的扩展数据和扩展字典存储三维模型的地质属性，地质属性的数据来源为建模的基础地质数据库，工程地质属性按照图3所示的字段名称和字段内容进行赋值。

图4为本实施例构建的结构面三维模型成果示意图。

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：

通过本发明的基于多源数据的地质结构面自动建模方法和系统，解决了地质结构面数据源的数据真伪判断和地质结构面三维模型的自动建模过程，提高了地质结构面三维建模的准确率和效率。

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)

1.一种基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，数据源输入，即定义数据输入规则并从工程地质数据库中查询符合规则的数据；

S2，数据格式转换，即将输入的多种数据源转换为统一格式，并构建基础数据集；

S3，确定建模数据，即对数据源的数据真伪进行判断，提取符合条件的数据构建建模数据集；

S4，确定产状要素，即通过建模数据集拟合和修正结构面建模产状要素；

S5，结构面建模，即根据建模数据集及结构面产状要素建立结构面三维模型，并对三维模型附加相应的地质属性。

2.根据权利要求1所述的基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：

S11，定义数据输入规则；

S12，数据库数据查询；

其中步骤S11中的规则定义结合所涉及的数据源属性组织实施，所定义的规则为步骤S12中数据查询的依据。

3.根据权利要求2所述的基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：

S21，数据源分类转换；

S22，构建初始数据集；

其中步骤S21中的输入条件来自于步骤S12，根据数据源的不同类别选择合适的数据转换方式，步骤S22中根据步骤S21的输出成果构建初始数据集。

4.根据权利要求1所述的基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：

S31，数据真伪判断；

S32，构建建模数据集；

其中步骤S31中通过进行循环数据拟合计算对数据集进行去伪存真操作，步骤S32根据步骤S31中输出的成果构建建模数据集。

5.根据权利要求4所述的基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，其特征在于，步骤S4包括以下步骤：

S41，产状要素拟合计算；

S42，建模产状要素修正；

其中步骤S41实现根据步骤S32中输出的数据进行结构面产状要素拟合计算，步骤S42实现结合基础数据源的现场量测或估算产状要素，对步骤S41输出的成果进行修正，确定结构面建模产状要素。

6.根据权利要求5所述的基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，其特征在于，步骤S5包括以下步骤：

S51，结构面三维建模；

S52，三维模型地质属性赋值；

其中步骤S51实现基于步骤S32确定的建模数据集和步骤S42确定的结构面建模产状进行地质结构面建模过程，步骤S52对构建的三维地质结构面模型附加地质属性。

7.根据权利要求6所述的基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，其特征在于，步骤S51既可对步骤S32确定的建模数据集的每个数据源指定结构面建模产状，也可统一采用步骤S42确定的结构面建模产状进行建模；所建立的地质结构面三维模型与建模数据源的空间位置完全重合。

8.根据权利要求6所述的基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，其特征在于，步骤S52中根据预设的数据结构对地质结构面的三维模型附加地质属性，所述地质属性包含的元素为预设数据结构的全部字段或子集。

9.根据权利要求4所述的基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模方法，其特征在于，步骤S31数据真伪判断包括以下步骤：

S311，数据输入；

S312，结构面拟合；

S313，真伪判断；

S314，数据输出；

其中步骤S313真伪判断中的阀值t按照拟合结构面的产状要素、发育规模和数据源可靠度综合取值。

10.一种基于多源数据的地质结构面三维模型自动建模系统，其特征在于，包括：

数据源输入模块，用于定义数据输入规则并从工程地质数据库中查询符合规则的数据；

数据格式转换模块，用于将输入的多种数据源转换为统一格式，并构建基础数据集；

建模数据确定模块，用于对数据源的数据真伪进行判断，提取符合条件的数据构建建模数据集；

产状要素确定模块，用于通过建模数据集拟合和修正结构面建模产状要素；

结构面建模模块，用于根据建模数据集及结构面产状要素建立结构面三维模型，并对三维模型附加相应的地质属性。