CN107564101B - 一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法 - Google Patents

一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,其过程如下:步骤一、收集数据资料。步骤二、建立坐标系。步骤三、创建基本实体通过对平面视图中的各种图形进行拉伸后得出的基本中心线进行扫掠得出模型的基本实体。步骤四、三维实体的编辑根据拉伸、扫掠的基本实体模拟真实的钻孔需要建立两个半径不同、一大一小的两个圆来进行差集运算,从而模拟出真实的钻孔轨迹。本方法通过野外实测的地质勘探数据来进行拉伸和布尔运算,建立钻孔及断层位置、构造、地层分界线及属性等信息的三维地质模型,把地质结构信息通过三维可视化具体体现出来,为煤矿防治水工作的分析研究等提供一种新的手段和方法。

Description

一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法
技术领域
本发明属于煤矿防治水领域,尤其是涉及一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法。
背景技术
在传统的煤矿防治水研究工作中,地质、水文地质资料的分析和解释一般只局限于二维、静态的表达方式,它描述空间地质体起伏变化和直接性差,往往不能充分显示其空间变化规律,不易直接、完整、准确的理解和感受地下三维地质情况。如今,计算机技术的飞速发展以及数字地质学的深入研究,使得三维地质建模及显示成为了现实。现在三维地质建模及可视化技术在水利水电工程、石油工程和岩土工程中的成功应用,为在煤矿防治水工作领域中的应用带来了许多可借鉴的成功经验。因此,研发一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,应用三维地质建模及可视化技术建立煤矿地质体模型,可以让地质工作者直观地掌握在煤矿防治水工作中所需要的各种信息(如隔水顶、底板薄弱带的分布、导水断层的展布情况、疏排水工程的最佳区域等等)是个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,可以把地质结构信息通过三维可视化具体体现出来。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,其过程如下:
步骤一、收集数据资料
通过对相应矿区地质资料及水文地质资料的收集,分析出研究区深埋岩溶在垂向上及顺层方向上随埋深所具有的发育特征,并结合区域构造断裂控制情况,总结出研究区深埋岩溶发育程度及分布规律;通过野外实测的地质勘探数据来进行拉伸和布尔运算,建立钻孔及断层位置、构造、地层分界线及属性等信息的三维地质模型;
步骤二、建立坐标系
利用AutoCAD软件中UCS来建立一个新的坐标系,便于利用已知的坐标建立模型大体的位置;
步骤三、创建基本实体
通过对平面视图中的各种图形进行拉伸后得出的基本中心线进行扫掠得出模型的基本实体;创建基本实体的过程如下:
1)在平面视图中用矩形命令绘制矩形;
2)设置视点;
3)对矩形进行拉伸;
4)点击“绘图”工具栏三维多段线,图标沿钻孔的中心线画线,在测点上要有一点,以此来确定这一点的标高;
5)依据各测点的标高,来确定所画三维多段线上各界标点的标高;
6)按规定尺寸画钻孔中心线用多段线或其他线组合,生成面域,将其移到所画路径的端点,进行两次旋转,使其与所画的路径完全垂直;
步骤四、三维实体的编辑
根据拉伸、扫掠的基本实体模拟真实的钻孔需要建立两个半径不同、一大一小的两个圆来进行差集运算,从而模拟出真实的钻孔轨迹。
进一步的,在步骤一中收集的数据包括地质、水文地质资料,地层的结构,煤层的稳定程度、厚度和埋藏深度以及断层的分布情况;首采区内构造裂隙带、陷落柱的发育和分布特征;钻孔的分布位置及坐标。
进一步的,在步骤二中,用户坐标系允许修改坐标原点的位置及X、Y、Z轴的方向。
进一步的,在步骤三中,实体模型具有线、表面、体的全部信息,对于此类模型,能够区分对象的内部及外部,进行打孔、切槽和添加材料布尔运算,对实体装配进行干涉检查,分析模型的质量特性,对于计算机辅助加工,利用三维实体模型的数据生成数控加工代码,进行数控刀具轨迹仿真加工。
进一步的,在步骤四中,采取旋转该断面的方法,实现两个钻孔的完整衔接。
进一步的,在绘图的过程中,三维模型的建立依据的是采掘工程平面图,图中钻孔内的测点并不是完全在钻孔的中心,绘制拉伸路径时默认钻孔内所有测点均在钻孔的中线上,测点两侧数据按照整条钻孔的倾斜规律变化,可以满足煤矿矿井生产的需要。
相对于现有技术,本发明所述的建模方法具有以下优势:本方法通过野外实测的地质勘探数据来进行拉伸和布尔运算,建立钻孔及断层位置、构造、地层分界线及属性等信息的三维地质模型,把地质结构信息通过三维可视化具体体现出来,利用其可视性进而直观的指导其煤矿生产和防治水工作,为煤矿防治水工作的分析研究等提供一种新的手段和方法,有效的分析指导煤矿防治水。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明的流程图。
图2-图4为在对绘制的三维实体编辑时两个钻孔的示意图。
图5为邢东矿区域奥灰治理工程钻孔轨迹图。
图6为邢东矿区域奥灰治理工程钻孔轨迹实体模型。
附图标记说明:
1-钻孔1;2-钻孔2
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,其过程如下:
一、收集数据资料
通过对相应矿区地质资料及水文地质资料的收集,分析出研究区深埋岩溶在垂向上及顺层方向上随埋深所具有的发育特征,并结合区域构造断裂控制情况,总结出研究区深埋岩溶发育程度及分布规律。
收集的数据包括地质、水文地质资料,地层的结构,煤层的稳定程度、厚度和埋藏深度以及断层的分布情况;首采区内构造裂隙带、陷落柱的发育和分布特征;钻孔的分布位置及坐标。
二、建立坐标系
利用AutoCAD软件中UCS来建立一个新的坐标系,便于利用已知的坐标建立模型大体的位置。同时,用户坐标系允许修改坐标原点的位置及X、Y、Z轴的方向,这样可以减少绘制三维对象时的计算量
三、创建基本实体
通过对平面视图中的各种图形进行拉伸后得出的基本中心线进行扫掠得出模型的基本实体。
实体模型具有线、表面、体的全部信息,对于此类模型,可以区分对象的内部及外部,对它进行打孔、切槽和添加材料等布尔运算,对实体装配进行干涉检查,分析模型的质量特性,如质心、体积和惯性矩,对于计算机辅助加工,还可利用实体模型的数据生成数控加工代码,进行数控刀具轨迹仿真加工等。
四、三维实体的编辑
根据拉伸、扫掠的基本实体模拟真实的钻孔需要建立两个半径不同、一大一小的两个圆来进行差集运算,可采取旋转该断面的方法,实现两个钻孔的完整衔接,从而模拟出真实的钻孔轨迹。
在绘图的过程中,三维模型的建立依据的是采掘工程平面图,图中钻孔内的测点并不是完全在钻孔的中心,绘制拉伸路径时默认钻孔内所有测点均在钻孔的中线上,测点两侧数据按照整条钻孔的倾斜规律变化,这样处理误差不大,可以满足煤矿矿井生产的需要。
五、观察三维图形
在绘制三维图形过程中,常常要从不同方向观察图形,AutoCAD默认视图是XY平面,方向为Z轴的正方向,看不到物体的高度。AutoCAD提供了多种创建3D视图的方法沿不同的方向观察模型,比较常用的是用标准视点观察模型和三维动态旋转方法。
本方法利用实体模型来建立三维地质模型,即以线架结构显示出来,该软件的拉伸与布尔运算等命令相结合,参数化的实心体模型支持夹点拖动自由变形,增加放样(LOFT)、扫掠(SWEEP)、螺旋体等高级建模命令,内置与3DS MAX一致的材质编辑器与Mentalray渲染引擎,新的漫游与飞行功能用于模型的动态观察与体验等。从而生成实体的方法,使表面模型及实体模型的真实性表现出来。
下面以邢东矿区域奥灰治理工程钻孔轨迹实体模型为实例,详细说明。
AutoCAD创建三维模型包括:三维线框模型、三维曲面模型、三维实体模型。使用实体对象构建模型比线框和曲面对象更为直观,而且信息完整,歧异最少。AutoCAD创建实体目前主要共有四种方法:系统预定义基本实体、通过拉伸创建实体、通过旋转创建实体、通过布尔运算建立复杂实体。本次主要采用拉伸与布尔运算相结合生成实体的方法构建实体模型。
一、收集数据资料
通过对邢台矿区邢东矿奥灰岩溶地质资料及水文地质资料进行收集,分析出研究区深埋岩溶在垂向上及顺层方向上随埋深所具有的发育特征,并结合区域构造断裂控制情况,总结出研究区深埋岩溶发育程度及分布规律。
二、建立坐标系
①菜单:“工具”-“新建UCS”子菜单。“新建UCS”子菜单。
②“UCS”工具栏中的有关按钮。
三、创建基本实体
1.在平面视图中用矩形命令绘制矩形;
2.设置视点;单击菜单“视图”-“三维视图”-“西南等轴测”;
3.对矩形进行拉伸,单击“拉伸”命令按数据要求进行拉伸;
4.点击“绘图”工具栏三维多段线,图标沿钻孔的中心线画线,在测点上要有一点,以此来确定这一点的标高;
5.依据各测点的标高,来确定所画三维多段线上各界标点的标高。选中一条多段线;
6.按规定尺寸画钻孔中心线用多段线或其他线组合,生成面域,将其移到所画路径的端点,进行两次旋转,使其与所画的路径完全垂直。这是因为在平面图中显示垂直,并不代表真正空间意义上的垂直,所以路径是与中心线不垂直的,不能直接进行拉伸,必须进行旋转使中心线垂直于拉伸路径。
四、三维实体的编辑
1.进行拉伸点击实体工具栏上的拉伸或者在命令行输入EXT选择对象选择钻孔中心线指定拉伸高度或[路径(p)](输入p,回车)选择拉伸路径,完成拉伸。
2.为了使绘制的基线接近接近圆弧,采用直线逼近圆弧,即在圆弧处画连续的短的直线来代替圆弧,在钻孔拐弯处,采用上述方法可以使所拉伸的钻孔接近圆弧。
3.通过拉伸的钻孔为实体,即不是中空的,与实际钻孔不符,为了模拟真实钻孔,可以通过两实体差集来实现。采用这种方法时,需拉伸两个钻孔,实现两实体差集。进行差集运算,①“实体编辑”工具栏-“差集”按钮;②菜单:“修改”-“实体编辑”-“差集”。激活差集命令后,AutoCAD提示及操作过程如下:①命令:subtract;②选择要从中删除的实体或面域;选择对象:(选择被剪的实体)③选择对象:(按回车键)④选择要删除的实体或面域;选择对象:(选择要减去的一组实体,按回车键结束选取,完成差集运算。)
4.对绘制的三维实体的编辑
如图2中,1、2两钻孔,实际的交叉关系并不是图中所示,钻孔1与钻孔2的交叉关系如图3但是采用拉伸断面的方法,会产生如图4的情况,即钻孔1与钻孔2脱离的现象。以往遇到这种情况时,①采取多次拉伸该断面,给定不同的拉伸距离,比较其中最为接近的一种②重新画拉伸路径,进行拉伸。经过不断的尝试,遇到这种情况时,在不影响钻孔衔接的前提下,采取旋转该断面的方法,也可以实现钻孔1与钻孔2的完整衔接。具体操作新建以断面中心为原点的坐标系,然后将坐标系移到端面的角点,便于旋转。
(1)点击实体编辑工具栏上的旋转命令
(2)选择面(选择实体上的断面)输入R,(除去多余的面)
(3)指定轴点或[经过对象的轴](选择选项Y)
(4)指定旋转原点,<0.0.0>,指定左下角一点
(5)指定旋转角度或[参照(R)],45(可以是其他角度),回车,最终结果见图4。
5.在绘图的过程中,三维模型的建立依据的是采掘工程平面图,图中钻孔内的测点并不是完全在钻孔的中心,绘制拉伸路径时默认钻孔内所有测点均在钻孔的中线上,测点两侧数据按照整条钻孔的倾斜规律变化,这样处理误差不大,可以满足煤矿矿井生产的需要。
本次利用AutoCAD软件的三维建模技术设计并完成了对邢东矿区域奥灰探查治理工程,通过上述方法构建出邢东矿区域奥灰治理工程钻孔轨迹实体模型如图5、6所示。
通过观察、分析地质模型,给邢东煤矿提出了以下几点防治水建议:
1、邢东井田以开采上组煤层为主,主要矿井充水水源是2#煤顶板砂岩含水层,2#煤埋藏深度大,断裂发育,存在导通奥灰水的危险,因此在采掘过程中,2#煤顶板泥岩势必被破坏,隔水性能失效。因此疏排水是十分必要的。
2、对水位、水力坡度及降落漏斗分布情况分析,在含水层较厚区域,此区域采用地面疏排水工程。在采掘工作接近此区域时,同时应进行超前探放水。
3、对2#煤顶板砂岩裂隙含水层露头进行观察、分析,建议地下疏水工程多布置在露头附近,截断该含水层的补给,以达到疏干的目的。
通过对邢东煤矿实际的防治水工作情况的了解,发现邢东煤矿采用的方法和以上的建议吻合。这也证明了利用AutoCAD三维地质模型来指导矿井防治水是可行的,前景广阔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,其特征在于,其过程如下:
步骤一、收集数据资料
通过对相应矿区地质资料及水文地质资料的收集,分析出研究区深埋岩溶在垂向上及顺层方向上随埋深所具有的发育特征,并结合区域构造断裂控制情况,总结出研究区深埋岩溶发育程度及分布规律;通过野外实测的地质勘探数据来进行拉伸和布尔运算,建立钻孔及断层位置、构造、地层分界线及属性等信息的三维地质模型;
步骤二、建立坐标系
利用AutoCAD软件中UCS来建立一个新的坐标系,便于利用已知的坐标建立模型大体的位置;
步骤三、创建基本实体
通过对平面视图中的各种图形进行拉伸后得出的基本中心线进行扫掠得出模型的基本实体;创建基本实体的过程如下:
1)在平面视图中用矩形命令绘制矩形;
2)设置视点;
3)对矩形进行拉伸;
4)点击“绘图”工具栏三维多段线,图标沿钻孔的中心线画线,在测点上要有一点,以此来确定这一点的标高;
5)依据各测点的标高,来确定所画三维多段线上各界标点的标高;
6)按规定尺寸画钻孔中心线用多段线或其他线组合,生成面域,将其移到所画路径的端点,进行两次旋转,使其与所画的路径完全垂直;
步骤四、三维实体的编辑
根据拉伸、扫掠的基本实体模拟真实的钻孔需要建立两个半径不同、一大一小的两个圆来进行差集运算,从而模拟出真实的钻孔轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,其特征在于:在步骤一中收集的数据包括地质、水文地质资料,地层的结构,煤层的稳定程度、厚度和埋藏深度以及断层的分布情况;首采区内构造裂隙带、陷落柱的发育和分布特征;钻孔的分布位置及坐标。
3.根据权利要求1所述的一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,其特征在于:在步骤二中,用户坐标系允许修改坐标原点的位置及X、Y、Z轴的方向。
4.根据权利要求1所述的一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,其特征在于:在步骤三中,实体模型具有线、表面、体的全部信息,对于此类模型,能够区分对象的内部及外部,进行打孔、切槽和添加材料布尔运算,对实体装配进行干涉检查,分析模型的质量特性,对于计算机辅助加工,利用三维实体模型的数据生成数控加工代码,进行数控刀具轨迹仿真加工。
5.根据权利要求1所述的一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,其特征在于:在步骤四中,采取旋转该断面的方法,实现两个钻孔的完整衔接。
6.根据权利要求1所述的一种基于AutoCAD建立可视化三维地质模型的方法,其特征在于:在绘图的过程中,三维模型的建立依据的是采掘工程平面图,图中钻孔内的测点并不是完全在钻孔的中心,绘制拉伸路径时默认钻孔内所有测点均在钻孔的中线上,测点两侧数据按照整条钻孔的倾斜规律变化,可以满足煤矿矿井生产的需要。
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