CN107918951B - 一种用于反映地形特征的覆盖次数分布图的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于反映地形特征的覆盖次数分布图的构建方法，包括：根据三维矢量地形图中各点与水平面内各网格点之间的对应关系，构建一张空间三角网；计算空间三角网中每个三角形的面积，并确定所有目标三角形；计算每个目标三角形的仰角值，并根据计算出的每个目标三角形的仰角值将所有目标三角形划分等级；将各等级中的全部目标三角形拟合为一个平面，并计算各平面的仰角值；根据计算出的各平面的仰角值，设定各平面的填充颜色，并将设定好的各平面的填充颜色填充到相应平面的全部目标三角形内；计算每个目标三角形三个顶点覆盖次数的平均值，并将计算出的每个目标三角形三个顶点覆盖次数的平均值贴入各平面相应的每个目标三角形内。

Description

一种用于反映地形特征的覆盖次数分布图的构建方法

技术领域

本发明涉及勘探领域中的数据质量监控与评价技术领域，尤其涉及一种用于反映地形特征的覆盖次数分布图的构建方法。

背景技术

随着勘探技术的不断发展，在勘探过程中如何选取合适的覆盖次数变得越来越重要。覆盖次数是指每个共深度点道集中的道数，可以提供多次叠加所需的共深度点道集。通过多次叠加能够有效压制干扰波、提高信噪比，从而实现高精度勘探。因此，精确显示勘探区域覆盖次数的分布，能够很好的为多次叠加效果提供分析依据，进而取得良好勘探效果。

目前，现有技术中多采用面元网格的方式显示勘探区域的覆盖次数分布。然而，这种方式并不能反映出地形特征，更不能精确的展现出起伏地形上的覆盖次数分布。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种用于反映地形特征的覆盖次数分布图的构建方法，用以最大限度地反映出地形真实特征和起伏地形上覆盖次数的分布。该方法包括以下步骤：

S10，根据三维矢量地形图中各点与水平面内各网格点之间的对应关系，构建一张空间三角网；

S20，计算所述空间三角网中每个三角形的面积，并确定所有目标三角形；

S30，计算每个目标三角形的仰角值，并根据计算出的每个目标三角形的仰角值将所有目标三角形划分等级；

S40，将各等级中的全部目标三角形拟合为一个平面，并计算各平面的仰角值；

S50，根据计算出的各平面的仰角值，设定各平面的填充颜色，并将设定好的各平面的填充颜色填充到相应平面的全部目标三角形内；

S60，计算每个目标三角形三个顶点覆盖次数的平均值，并将计算出的每个目标三角形三个顶点覆盖次数的平均值贴入各平面相应的每个目标三角形内，以显示勘探区域覆盖次数的分布。

根据本发明的实施例，上述步骤S10中，所述各网格点均匀分布在水平面内矩形中，并且沿矩形相临两边方向等步长排列；所述空间三角网为带起伏地形的三角网。

根据本发明的实施例，上述步骤S10包括以下步骤：

S10.1，将均匀分布在水平面内矩形中的所有相邻网格点连接起来，构成多个子矩形；

S10.2，将每个子矩形划分为两个三角形，构成一张三角形不相交的平面网；

S10.3，根据三维矢量地形图中投影在所述平面网中每个三角形顶点处的各点空间位置，将所述平面网中各网格点转化为相应的空间点，构成一张空间三角网。

根据本发明的实施例，上述步骤S20中，通过下式计算所述空间三角网中每个三角形的面积：

其中，A_m为三角形m的面积，X_m1、X_m2、X_m3分别为三角形m三个顶点在水平面正东方向坐标值，Y_m1、Y_m2、Y_m3分别为三角形m三个顶点在水平面正北方向坐标值，m的取值范围为1到M，M为空间三角网中所有三角形的个数。

根据本发明的实施例，上述步骤S20中，所述目标三角形为面积大于预设阈值的三角形。

根据本发明的实施例，上述步骤S30包括以下步骤：

S30.1，计算每个目标三角形的法线向量；

S30.2，根据计算出的每个目标三角形的法线向量，计算每个目标三角形的仰角值；

S30.3，计算所有目标三角形中最大仰角值和最小仰角值的差值，并将最大仰角值与最小仰角值的差值分为多个等级；

S30.4，根据每个等级中仰角值的范围，将所有目标三角形划分等级。

根据本发明的实施例，上述步骤S30.1中，通过下式计算所述每个目标三角形的法线向量：

其中，

为目标三角形k的法线向量，

分别为目标三角形k中的两边在空间所对应的向量，k的取值范围为1到K，K为所有目标三角形的个数。

根据本发明的实施例，上述步骤S30.2中，通过下式计算每个目标三角形的仰角值：

其中，Ang_k为目标三角形k的仰角值，n_k1、n_k2、n_k3分别为向量

在水平面正东方向的分量、在水平面正北方向的分量，在垂直水平面方向的分量。

根据本发明的实施例，上述步骤S40包括以下步骤：

S40.1，计算每个目标三角形三个顶点的坐标分量的平均值；

S40.2，根据每个目标三角形三个顶点的坐标分量的平均值，利用平面拟合式将各等级中全部目标三角形拟合为一个平面；

S40.3，计算拟合出的各平面的仰角值。

根据本发明的实施例，上述步骤S40.2中的平面拟合式为下式：

Z_qw＝α_qX_qw+β_qY_qw+γ_q

其中，Z_qw、X_qw、Y_qw分别为平面q中的目标三角形w三个顶点在垂直水平面方向的坐标平均值、在水平面正东方向的坐标平均值、在水平面正北方向的坐标平均值，α_q、β_q、γ_q为表示平面q的参数，q的取值范围为1到Q，Q为拟合出的平面的个数，w的取值范围为1到W，W为平面q中所有目标三角形的个数。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

1)本发明将空间三角网划分为不同平面，然后将各平面内目标三角形填充上相应的颜色和贴入相应的覆盖次数，能够最大程度地反映出地形真实的起伏特征，快速精确的展现出起伏地形上的覆盖次数分布，为取得良好勘探效果奠定了基础。

2)本发明将三角形面积的大小作为挑选目标三角形的条件，避免了面积过小的三角形对计算各平面参数造成的影响，提高了计算精度，并且运算速度非常快。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的实施例中用于反映地形特征的覆盖次数分布图的构建方法的流程图；

图2是图1所示实施例中步骤S10所示的构建空间三角网的方法的流程图；

图3是图2所示实施例中步骤S10.2所示的构成三角形不相交的平面网的示意图；

图4是图2所示实施例中步骤S10.3所示的构成空间三角网的示意图；

图5是图1所示实施例中步骤S30所示的将目标三角形划分等级的方法的流程图；

图6是图1所示实施例中步骤S40所示的计算各平面仰角值的方法的流程图。

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，以下结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明。

图1是本发明的实施例中用于反映地形特征的覆盖次数分布图的构建方法的流程图。下面结合图1详细地说明各个步骤及其原理。

步骤S10，根据三维矢量地形图中各点与水平面内各网格点之间的对应关系，构建一张空间三角网。

在该步骤中，各网格点均匀分布在水平面内矩形中，并且沿矩形相临两边方向等步长排列。空间三角网为带起伏地形的三角网。

图2示出了本发明的一个实施例中构建空间三角网的方法的流程图。具体过程如下：

步骤S10.1，将均匀分布在水平面内矩形中的所有相邻网格点连接起来，构成多个子矩形。

在本实施例中，通过将矩形中所有与g_i,j相邻的网格点g_i,j+1、g_i,j-1、g_i+1,j、g_i-1,j连接起来，构成多个子矩形。其中，i表示网格点在矩形中所位于的行，j表示网格点在矩形中所位于的列，g_i,j表示水平面内矩形中第i行第j列的网格点。

步骤S10.2，将每个子矩形划分为两个三角形，构成一张三角形不相交的平面网。

在本实施例中，可以优选地按照图3所示的示意图构成一张三角形不相交的平面网。将矩形中所有的网格点g_i,j和g_i+1,j+1连接起来，构成一张三角形不相交的平面网。其中，i表示网格点在矩形中所位于的行，j表示网格点在矩形中所位于的列，g_i,j表示水平面内矩形中第i行第j列的网格点。

步骤S10.3，根据三维矢量地形图中投影在所述平面网中每个三角形顶点处的各点空间位置，将所述平面网中各网格点转化为相应的空间点，构成一张空间三角网。

在本实施例中，可以优选地按照图4所示的示意图构成一张空间三角网。平面网中每个三角形顶点根据三维矢量地形图在相应位置处投影的空间位置值，获得每个三角形顶点在垂直该水平面方向的坐标值(每个三角形顶点由三个坐标值表示)，构成一张空间三角网，即形成一张带起伏地形的三角网。

步骤S20，计算所述空间三角网中每个三角形的面积，并确定所有目标三角形。在该步骤中：

首先可以优选地采用下式计算空间三角网中每个三角形的面积：

式中，A_m为三角形m的面积，X_m1、X_m2、X_m3分别为三角形m三个顶点在水平面正东方向坐标值，Y_m1、Y_m2、Y_m3分别为三角形m三个顶点在水平面正北方向坐标值，m的取值范围为1到M，M为空间三角网中所有三角形的个数。

然后为了避免平面参数计算受三角形面积太小的影响，本发明优选地设定面积大于预设阈值的三角形才纳入后续处理，即目标三角形。将三角形面积大小作为挑选目标三角形的条件，其隐含的意义在于面积太小的三角形所计算出来的法线方向可能不精确。更进一步地说，三角形面积大小的考虑在于挑选足够好的法线向量作为平面参数计算依据。这样提高了计算精度，并且减少了计算时间。

应当说明的是，对于不同勘探区域，设定的用来挑选目标三角形的面积预设阈值大小可以不一样。在具体实施过程中，本领域技术人员可以根据实际需要设定该面积预设阈值。进一步地，本发明不局限于用三角形面积的大小来挑选目标三角形。

步骤S30，计算每个目标三角形的仰角值，并根据计算出的每个目标三角形的仰角值将所有目标三角形划分等级。

图5示出了本发明的一个实施例中将目标三角形划分等级的方法的流程图。具体过程如下：

步骤S30.1，计算每个目标三角形的法线向量。

在本实施例中，可以优选地通过向量

与向量

的向量积计算每个目标三角形的法线向量：

a_k1＝X_k3-X_k1

a_k2＝Y_k3-Y_k1

a_k3＝Z_k3-Z_k1

b_k1＝X_k2-X_k1

b_k2＝Y_k2-Y_k1

b_k3＝Z_k2-Z_k1

式中，

为目标三角形k的法线向量，

分别为目标三角形k中的两边在空间所对应的向量，a_k1为向量

在水平面正东方向的分量，a_k2为向量

在水平面正北方向的分量，a_k3为向量

在垂直水平面方向的分量，b_k1为向量

在水平面正东方向的分量，b_k2为向量

在水平面正北方向的分量，b_k3为向量

在垂直水平面方向的分量，X_k1、X_k2、X_k3分别为目标三角形k三个顶点在水平面正东方向的坐标值，Y_k1、Y_k2、Y_k3分别为目标三角形k三个顶点在水平面正北方向的坐标值，Z_k1、Z_k2、Z_k3分别为目标三角形k三个顶点在垂直水平面方向的坐标值，k的取值范围为1到K，K为所有目标三角形的个数。

步骤S30.2，根据计算出的每个目标三角形的法线向量，计算每个目标三角形的仰角值。

在本实施例中，法线向量表示法在分析上不易看出其特性。进一步地，为了利于法线向量的分析，可以优选地将法线向量转换成相对于水平面的仰角表示。法线相对于水平面的仰角Ang_k计算式如下：

式中，Ang_k为目标三角形k的仰角值，n_k1为向量

在水平面正东方向的分量，n_k2为向量

在水平面正北方向的分量，n_k3为向量

在垂直水平面方向的分量，k的取值范围为1到K，K为所有目标三角形的个数。

步骤S30.3，计算所有目标三角形中最大仰角值和最小仰角值的差值，并将最大仰角值与最小仰角值的差值分为多个等级。

在本实施例中，根据计算出的每个目标三角形的仰角值，获得仰角的最大值和最小值，并求其差值。优选地可以把此差值分成1000个等份，即分为1000个等级。

步骤S30.4，根据每个等级中仰角值的范围，将所有目标三角形划分等级。

在本实施例中，根据每个等份中仰角值的范围，统计出各等份中的目标三角形，即将所有目标三角形划分为1000个等级。

步骤S40，将各等级中的全部目标三角形拟合为一个平面，并计算各平面的仰角值。

图6示出了本发明的一个实施例中计算各平面仰角值的方法的流程图。具体过程如下：

步骤S40.1，计算每个目标三角形三个顶点的坐标分量的平均值。

本实施例中，通过下式计算每个目标三角形三个顶点的坐标分量的平均值：

式中，X_k1、X_k2、X_k3分别为目标三角形k三个顶点在水平面正东方向的坐标值，Y_k1、Y_k2、Y_k3分别为目标三角形k三个顶点在水平面正北方向的坐标值，Z_k1、Z_k2、Z_k3分别为目标三角形k三个顶点在垂直水平面方向的坐标值，X_k为目标三角形k三个顶点在水平面正东方向的坐标平均值，Y_k为目标三角形k三个顶点在水平面正北方向的坐标平均值，Z_k为目标三角形k三个顶点在垂直水平面方向的坐标平均值，(X_k，Y_k，Z_k)为目标三角形k的中心坐标，k的取值范围为1到K，K为所有目标三角形的个数。

步骤S40.2，根据每个目标三角形三个顶点的坐标分量的平均值，利用平面拟合式将各等级中全部目标三角形拟合为一个平面。

在本实施例中，将各等级中全部目标三角形拟合为一个平面，即拟合1000个不同的平面。根据各平面内的每个目标三角形的中心坐标，可以优选地通过平面拟合式拟合出各等级的平面方程。属于同一平面内的目标三角形都应该满足下式的平面拟合式：

Z_qw＝α_qX_qw+β_qY_qw+γ_q

式中，(X_qw，Y_qw，Z_qw)为平面q中的目标三角形w的中心坐标，α_q、β_q、γ_q为表示平面q的参数，q的取值范围为1到1000，w的取值范围为1到W，W为平面q中所有目标三角形的个数。

进一步地，以矩阵的形式表示为：

L_q＝B_qS_q

式中，L_q为由平面q中每个目标三角形三个顶点在垂直水平面方向的坐标平均值组成的列矩阵，B_q为由平面q中每个目标三角形三个顶点在水平面正东方向的坐标平均值、每个目标三角形三个顶点在水平面正北方向的坐标平均值和数值1组成的矩阵，S_q为由表示平面q的参数组成的列矩阵，(X_qw，Y_qw，Z_qw)为平面q中的目标三角形w的中心坐标，α_q、β_q、γ_q为表示平面q的参数，q的取值范围为1到1000，w的取值范围为1到W，W为平面q中所有目标三角形的个数。

其中，利用线性代数知识可以计算出表示平面q的参数α_q、β_q、γ_q，从而得到平面q。

步骤S40.3，计算拟合出的各平面的仰角值。在该步骤中：

首先根据算出的1000个平面，计算1000个平面的法线向量。

然后根据仰角计算式和各平面的法线向量，计算各平面的仰角值，获得1000个平面的仰角值。

步骤S50，根据计算出的各平面的仰角值，设定各平面的填充颜色，并将设定好的各平面的填充颜色填充到相应平面的全部目标三角形内。

在本实施例中，统计出1000个平面中的仰角最大值和最小值，并求其差值。进一步地，可以优选地根据仰角差值，设定各平面的填充颜色，并且将设定好的各平面的填充颜色填充到1000个平面中相应平面的全部目标三角形内。

步骤S60，计算每个目标三角形三个顶点覆盖次数的平均值，并将计算出的每个目标三角形三个顶点覆盖次数的平均值贴入各平面相应的每个目标三角形内，以显示勘探区域覆盖次数的分布。

需要说明的是，只要不构成冲突，可以以不同于上述的逻辑顺序执行上面所描述的步骤(例如，步骤S60可以在步骤S50之前执行)。

以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于反映地形特征的覆盖次数分布图的构建方法，包括以下步骤：

S10，根据三维矢量地形图中各点与水平面内各网格点之间的对应关系，构建一张空间三角网；

S20，计算所述空间三角网中每个三角形的面积，并确定所有目标三角形；

S30，计算每个目标三角形的仰角值，并根据计算出的每个目标三角形的仰角值将所有目标三角形划分等级；

S40，将各等级中的全部目标三角形拟合为一个平面，并计算各平面的仰角值；

S50，根据计算出的各平面的仰角值，设定各平面的填充颜色，并将设定好的各平面的填充颜色填充到相应平面的全部目标三角形内；

S60，计算每个目标三角形三个顶点覆盖次数的平均值，并将计算出的每个目标三角形三个顶点覆盖次数的平均值贴入各平面相应的每个目标三角形内，以显示勘探区域覆盖次数的分布；

其中，步骤S30包括以下步骤：

S30.1，计算每个目标三角形的法线向量；

S30.2，根据计算出的每个目标三角形的法线向量，计算每个目标三角形的仰角值；

S30.3，计算所有目标三角形中最大仰角值和最小仰角值的差值，并将最大仰角值与最小仰角值的差值分为多个等级；

S30.4，根据每个等级中仰角值的范围，将所有目标三角形划分等级；

其中，步骤S30.1中通过下式计算所述每个目标三角形的法线向量：

其中，

为目标三角形k的法线向量，

分别为目标三角形k中的两边在空间所对应的向量，k的取值范围为1到K，K为所有目标三角形的个数；

其中，步骤S30.2中通过下式计算每个目标三角形的仰角值：

其中，Ang_k为目标三角形k的仰角值，n_k1、n_k2、n_k3分别为向量

在水平面正东方向的分量、在水平面正北方向的分量，在垂直水平面方向的分量。

2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤S10中所述各网格点均匀分布在水平面内矩形中，并且沿矩形相临两边方向等步长排列；所述空间三角网为带起伏地形的三角网。

3.根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤S10包括以下步骤：

S10.1，将均匀分布在水平面内矩形中的所有相邻网格点连接起来，构成多个子矩形；

S10.2，将每个子矩形划分为两个三角形，构成一张三角形不相交的平面网；

S10.3，根据三维矢量地形图中投影在所述平面网中每个三角形顶点处的各点空间位置，将所述平面网中各网格点转化为相应的空间点，构成一张空间三角网。

4.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤S20中通过下式计算所述空间三角网中每个三角形的面积：

其中，A_m为三角

形m的面积，X_m1、X_m2、X_m3分别为三角形m三个顶点在水平面正东方向坐标值，Y_m1、Y_m2、Y_m3分别为三角形m三个顶点在水平面正北方向坐标值，m的取值范围为1到M，M为空间三角网中所有三角形的个数。

5.根据权利要求4所述的构建方法，其特征在于，步骤S20中所述目标三角形为面积大于预设阈值的三角形。

6.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤S40包括以下步骤：

S40.1，计算每个目标三角形三个顶点的坐标分量的平均值；

S40.2，根据每个目标三角形三个顶点的坐标分量的平均值，利用平面拟合式将各等级中全部目标三角形拟合为一个平面；

S40.3，计算拟合出的各平面的仰角值。

7.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，步骤S40.2中的平面拟合式为下式：

Z_qw＝α_qX_qw+β_qY_qw+γ_q

其中，Z_qw、X_qw、Y_qw分别为平面q中的目标三角形w三个顶点在垂直水平面方向的坐标平均值、在水平面正东方向的坐标平均值、在水平面正北方向的坐标平均值，α_q、β_q、γ_q为表示平面q的参数，q的取值范围为1到Q，Q为拟合出的平面的个数，w的取值范围为1到W，W为平面q中所有目标三角形的个数。

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