CN106846481B - 一种地质剖面图的生成方法 - Google Patents

一种地质剖面图的生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种地质剖面图的生成方法，该方法基于地质知识建立协同克立格方程组矩阵；根据协同克立格方程组矩阵建立二维地质剖面图；根据协同克立格方程组矩阵建立三维地质模型剖面图。本发明首先基于地质知识建立协同克立格方程组矩阵，然后根据协同克立格方程组矩阵分别建立了二维地质剖面图和三维地质模型剖面图，克服了传统采用计算机辅助绘制地质剖面图的生成速度慢、精度低以及动态可更新性差等特点。

Description

一种地质剖面图的生成方法
技术领域
本发明涉及地质建模技术领域，特别是涉及一种地质剖面图的生成方法。
背景技术
地质切剖面是地质图的重要组成部分，地质人员常常需要在任意地点、任意方向上切制一定比例的剖面图，用以了解地质体在垂向剖面上的结构、构造及其相互关系的图件。随着社会的不断进步，人们对地质现象的理解日益深入，因此对地质图和地质剖面图的要求也越来越高，由于二维地质图“缺乏真实性”以及三维地质模型“不透明性”，所以设计既适用于二维地质图又适合三维地质模型剖面图的生成方法是必要的。
目前，生成地质剖面图主要有两种方法，第一种是手工编绘剖面图，但手工编绘剖面图困难，不可能快速地制作出任意方向和任意内容的剖面图，只能制作一些约定的，通过该种方法绘制地质剖面图具有代表性方向和确定性内容。第二种是利用计算机辅助绘制剖面图，但此方法具有以下缺点：①.效率低。一幅正规的地质图都附有2-3条切过全区的地质切剖面，帮助了解和分析全区地质概况，如用CAD或者GIS绘图软件来完成，耗时巨大。②.图件结果因人而异。由于绘制剖面时，已知深部信息较少，需要由地质人员依据地质知识进行合理的推断，因此，不同地质工作人员绘制的地质图会有显著差异。③.图件不易修改。随着地质资料收集方式与技术手段的不断更新，地质剖面图绘制成型之后，仍然需要不断更新，而地质人员应用CAD软件或者GIS平台绘制剖面图，其动态可更新性差，修改剖面时需面临着大量的重复性工作。
针对上述传统的地质剖面图的生成方法中存在的不足，如何设计一种地质剖面图的生成方法，该方法既适用于生成二维地质剖面图又适用于生成三维地质模型剖面图且生成速度、精度高、动态可更新性好，是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种地质剖面图的生成方法，该方法既适用于生成二维地质剖面图又适用于生成三维地质模型剖面图，以提高剖面图的生成速度、生成精度和动态可更新性。
为实现上述目的，本发明提供了一种地质剖面图的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于地质知识建立协同克立格方程组矩阵；
根据所述协同克立格方程组矩阵建立二维地质剖面图；
根据所述协同克立格方程组矩阵建立三维地质模型剖面图。
可选的，所述基于地质知识建立协同克立格方程组矩阵具体步骤为：
设有N个变量构成协同区域化变量集合{Zk(x),k＝1,2,…N}；假设一阶矩和二阶矩存在且平稳：
其中：E(Zk(x))为表示区域化变量Zk(x)的数学期望；mk为为常数；
设k0为k＝0,1,2…N中某一数值，计算中心点在x0处的承载上估计变量的平均值
表示变量x0的变化域；
满足二阶平稳的协同区域化变量必须每一个区域化变量Zk(x)的期望存在且平稳，交叉协方差函数为：
Ckk′(h)＝E[Zk′(x+h)·Zk(x)] (3)；
根据权重系数和交叉协方差函数Ckk′(h)确定协同克立格方程组，具体公式如下：
其中，βk′为样本标号；nk′为样品个数；为权系数；为点承载；μk为拉格朗日参数；为协方差；为变量的变化域；
对公式(4)进行线性变换，得到协同克立格方程组矩阵为：
kλ＝M (5)；
其中：
其中，λ矩阵权系数向量；M矩阵为样本数据和待观察点的协方差矩阵；K矩阵为样本数据间的协方差矩阵。
可选的，所述根据所述协同克立格方程组矩阵建立二维地质剖面图的具体步骤为：
基于地质数据建立地质属性数据库；
定义地质对象之间的时空关系；
根据所述地质属性数据库和所述时空关系采用协同克立格方程组矩阵构建第一势场；
根据二维地质剖面图的位置和所述第一势场构建第一地质边界线；
根据所述第一地质边界线的地质属性确定二维地质剖面图。
可选的，所述地质数据包括：产状、地层边界、构造、验证钻孔、实测剖面和露头。
可选的，所述第一势场中任意两点应满足以下公式：
其中，T*(p)表示任意点的势值；T*(p0)表示已知点的势值；M表示测量点的个数；N表示测量产状的个数；μα表示测量点的权值；vβ表示产状点的权值；T(pα)表示序号为α的一个势值；T(p′α)表示序号为α的另一个势值。
可选的，所述根据所述协同克立格方程组矩阵建立三维地质模型剖面图的具体步骤为：
采用网格索引与包围盒碰撞检测算法优化欧式距离；
根据优化后的所述欧式距离，采用协同克立格方程组矩阵构建第二势场；
根据所述第二势场和三维地质模型剖面的位置构建第二地质边界线；
根据所述第二地质边界线的地质属性确定三维地质模型剖面图。
可选的，所述根据所述第二势场和三维地质剖面的位置构建第二地质边界线具体包括：
针对实体模型时，根据所述第二势场和三维地质剖面的位置直接追踪获得第二地质边界线；
针对表面体模型时，先建三角网格，然后在所述三角网格上根据所述第二势场和三维地质剖面的位置追踪获得第二地质边界线。
可选的，所述实体模型包括：四面体模型或者六面体模型。
可选的，所述欧式距离的公式为：
其中，(x0,y0,z0)为空间坐标一点，A、B、C、D为系数。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明首先基于地质知识建立协同克立格方程组矩阵，然后根据协同克立格方程组矩阵分别建立了二维地质剖面图和三维地质模型剖面图，克服了传统采用计算机辅助绘制地质剖面图的生成速度慢、精度低以及动态可更新性差等特点。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例地质剖面图的生成方法的流程图；
图2为本发明实施例时空关系图；
图3为本发明实施例构建第一地质边界线示意图；
图4为本发明实施例构建第二地质边界线示意图；
图5为本发明实施例二维地质剖面图；
图6为本发明实施例四面体模型剖面图；
图7为本发明实施例六面体模型剖面图；
图8为本发明实施例表面体模型剖面图。
具体实施方式
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做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。
本发明的目的是提供一种地质剖面图的生成方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例地质剖面图的生成方法的流程图，详见图1。
本发明的地质剖面图的生成方法包括以下步骤：
步骤1：基于地质知识建立协同克立格方程组矩阵。
步骤2：根据协同克立格方程组矩阵建立二维地质剖面图。
步骤3：根据协同克立格方程组矩阵建立三维地质模型剖面图。
下面对各个步骤进行详细的介绍：
步骤1：基于地质知识建立协同克立格方程组矩阵。
设有N个变量构成协同区域化变量集合{Zk(x),k＝1,2,…N}；假设一阶矩和二阶矩存在且平稳：
其中：E(Zk(x))为表示区域化变量Zk(x)的数学期望；mk为为常数。
设k0为k＝0,1,2…N中某一数值，计算中心点在x0处的承载上估计变量的平均值
其中，表示变量x0的变化域。
样品有效数据集是而是确定在承载上的平均值：
其中，为为权系数；为样品有效数据集。
确定待估样本点的无偏最优估计值，必须满足两个最小方差无偏估计要求：
第一，无偏条件，即
第二，估计方差最小性，即其中为方差；
满足二阶平稳的协同区域化变量必须每一个区域化变量Zk(x)的期望存在且平稳，互协方差函数也存在且平稳，所以交叉变异函数为：
其中：h为滞后矩；Zk′(x+h)为区域化变量Zk′(x)在x+h处的样品值。
交叉协方差函数为：
Ckk′(h)＝E[Zk′(x+h)·Zk(x)] (5)。
根据权重系数和交叉协方差函数Ckk′(h)确定协同克立格方程组，具体公式如下：
其中，βk′为样本标号；nk′为样品个数；为权系数；为点承载；μk为拉格朗日参数；为协方差；为变量的变化域。
对公式(6)进行线性变换，得到协同克立格方程组矩阵为：
kλ＝M (7)；
其中：
其中，λ矩阵权系数向量；M矩阵为样本数据和待观察点的协方差矩阵；K矩阵为样本数据间的协方差矩阵。
步骤2：根据协同克立格方程组矩阵建立二维地质剖面图。
步骤21：基于地质数据建立地质属性数据库；所述地质数据包括：产状、地层边界、构造、验证钻孔、实测剖面和露头；所述地质属性库详见表1。
表1.地质属性库
步骤22：定义地质对象之间的时空关系；所述时空关系详见图2。
步骤23：根据所述地质属性数据库和所述时空关系采用协同克立格方程组矩阵构建第一势场；所述第一势场中任意两点应满足以下公式：
其中，T*(p)表示任意点的势值；T*(p0)表示已知点的势值；M表示测量点的个数；N表示测量产状的个数；μα表示测量点的权值；vβ表示产状点的权值；T(pα)表示序号为α的一个势值；T(p′α)表示序号为α的另一个势值。
步骤24：确定二维地质剖面图的位置。
所述二维地质剖面图的位置是根据需求任意确定的。
步骤25：根据所述二维地质剖面图的位置和所述第一势场构建第一地质边界线；详见图3。
步骤26：根据所述第一地质边界线的地质属性确定二维地质剖面图。
步骤3：根据协同克立格方程组矩阵建立三维地质模型剖面图。
步骤31：采用网格索引与包围盒碰撞检测算法优化欧式距离；所述欧式距离的公式为：
其中，(x0,y0,z0)为空间坐标一点，A、B、C、D为系数。
步骤32：根据优化后的所述欧式距离，采用协同克立格方程组矩阵构建第二势场。
步骤33：确定三维地质模型剖面的位置。
所述三维地质模型剖面的位置是根据需求任意确定的。
步骤34：根据所述第二势场和三维地质模型剖面的位置构建第二地质边界线。
针对表面体模型时，先建三角网格，然后在所述三角网格上根据所述第二势场和所述三维地质剖面的位置追踪获得第二地质边界线；详见图4中(a)部分、(b)部分。
针对实体模型时，根据所述第二势场和所述三维地质剖面的位置直接追踪获得第二地质边界线；所述实体模型包括：四面体模型或者六面体模型；详见图4中的(c)部分、(d)部分。
步骤35：根据所述第二地质边界线的地质属性确定三维地质模型剖面图。
具体举例：
本发明采用上述步骤分别手机两大类4中不同类型的数据，详见表2.
表2.数据类型简介
数据类型 比例尺 数据描述
地质图 1:50,000 产状、地层、以及断层
地形图 1:50,000 等高线
六面体 —— 立方体储量估算三维模型
四面体 —— 四面体地层模型
表面模型提 —— 铅锌矿床三维模型.
根据表2中的数据，采用协同克立格方程组矩阵建立二维地质剖面图和三维地质模型剖面图，详见图5、图6、图7、图8，其中图5为本发明实施例二维地质剖面图；图6为本发明实施例四面体模型剖面图；图7为本发明实施例六面体模型剖面图；图8为本发明实施例表面体模型剖面图。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种地质剖面图的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于地质知识建立协同克立格方程组矩阵；
根据所述协同克立格方程组矩阵建立二维地质剖面图和三维地质模型剖面图；
所述根据所述协同克立格方程组矩阵建立二维地质剖面图的具体步骤为：
基于地质数据建立地质属性数据库；
定义地质对象之间的时空关系；
根据所述地质属性数据库和所述时空关系采用协同克立格方程组矩阵构建第一势场；
根据二维地质剖面图的位置和所述第一势场构建第一地质边界线；
根据所述第一地质边界线的地质属性确定二维地质剖面图；
所述根据所述协同克立格方程组矩阵建立三维地质模型剖面图的具体步骤为：
采用网格索引与包围盒碰撞检测算法优化欧式距离；
根据优化后的所述欧式距离，采用协同克立格方程组矩阵构建第二势场；
根据所述第二势场和三维地质模型剖面的位置构建第二地质边界线；
根据所述第二地质边界线的地质属性确定三维地质模型剖面图。
2.根据权利要求1所述的地质剖面图的生成方法，其特征在于，所述地质数据包括：产状、地层边界、构造、验证钻孔、实测剖面和露头。
3.根据权利要求1所述的地质剖面图的生成方法，其特征在于，所述根据所述第二势场和三维地质剖面的位置构建第二地质边界线具体包括：
针对实体模型时，根据所述第二势场和三维地质剖面的位置直接追踪获得第二地质边界线；
针对表面体模型时，先建三角网格，然后在所述三角网格上根据所述第二势场和三维地质剖面的位置追踪获得第二地质边界线。
4.根据权利要求3所述的地质剖面图的生成方法，其特征在于，所述实体模型包括：四面体模型或者六面体模型。
5.根据权利要求1所述的地质剖面图的生成方法，其特征在于，所述欧式距离的公式为：
<mrow> <mi>d</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>Ax</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>By</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>Cz</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>D</mi> <mo>|</mo> </mrow> <msqrt> <mrow> <msup> <mi>A</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>B</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>C</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中，(x0,y0,z0)为空间坐标一点，A、B、C、D为系数。
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