CN109614691B - 一种随机裂隙网络的生成方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种随机裂隙网络的生成方法和装置。其中，所述方法包括：根据裂隙组数和每组裂隙的裂隙数量，生成各裂隙中心点；根据各裂隙中心点的坐标，确定各裂隙中心点的概率值；根据各裂隙中心点的概率值，对所述裂隙中心点进行筛选；根据筛选的各裂隙中心点的坐标，绘制所述裂隙网络。本发明实施例提出的一种裂隙网络的生成方法和装置，提供了一种存在空间关联的随机裂隙网络生成方法，实现了不均匀分布形态的随机裂隙网络的生成。

Description

一种随机裂隙网络的生成方法和装置
技术领域
本发明涉及数值模拟技术领域，尤其涉及一种随机裂隙网络的生成方法和装置。
背景技术
目前，在进行地下水的数值模拟过程中，会涉及大量的裂隙地下水水流模型，裂隙地下水数值模拟通常是基于裂隙网络开展的，而对于裂隙地下水数值模拟研究，只有生成了裂隙网络之后才能开展如地下水污染调查、地下水污染修复等研究工作。
目前主要采用随机生成法来生成裂隙网络，即在某一个固定模拟区域内随机生成不同组数的裂隙，每组裂隙由输入的中心点位置、隙宽、际长等参数控制，利用该方法生成的是均匀分布形态的裂隙网络，然而，在自然条件下，裂隙的分布通常呈现的是一种不均匀的分布形态，因而，该方法生成的裂隙网络和实际的裂隙网络存在一定的偏差。
发明内容
本发明提供一种随机裂隙网络的生成方法和装置，以实现生成不均匀分布形态的裂隙网络。
第一方面，本发明实施例提供了一种随机裂隙网络的生成方法，包括：
根据裂隙组数和每组裂隙的裂隙数量，生成各裂隙中心点；
根据各裂隙中心点的坐标，确定各裂隙中心点的概率值；
根据各裂隙中心点的概率值，对所述裂隙中心点进行筛选；
根据筛选的各裂隙中心点的坐标，绘制所述裂隙网络。
第二方面，本发明实施例还提供了一种随机裂隙网络的生成装置，所述生成装置包括：
裂隙中心点生成模块，用于根据裂隙组数和每组裂隙的裂隙数量，生成各裂隙中心点；
中心点概率值确定模块，用于根据各裂隙中心点的坐标，确定各裂隙中心点的概率值；
裂隙中心点筛选模块，用于根据各裂隙中心点的概率值，对所述裂隙中心点进行筛选；
裂隙网络绘制模块，用于根据筛选的各裂隙中心点的坐标，绘制所述裂隙网络。
本发明通过求解每组裂隙中各裂隙中心点坐标的概率值，并根据求得的概率值对裂隙中心点进行筛选来得到实际的裂隙中心点坐标，依据筛选的各裂隙中心点坐标来进行裂隙网络的绘制，提供了一种存在空间关联的裂隙网络生成方法，实现了不均匀分分布形态的裂隙网络的生成。
附图说明
图1A为现有技术提供的裂隙网络生成效果图；
图1B为现有技术提供的裂隙地下水模拟计算结果图；
图2为本发明实施例一提供的一种随机裂隙网络的生成方法的流程图；
图3是本发明实施例二提供的一种随机裂隙网络的生成方法的流程图；
图4A是本发明实施例二提供的裂隙网络生成效果图；
图4B是本发明实施例二提供的裂隙地下水模拟计算结果图；
图5是本发明实施例三提供的一种随机裂隙网络的生成装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图2为本发明实施例一提供的一种随机裂隙网络的生成方法的流程图，本实施例可适用于进行裂隙网络生成的情况，该方法可以由裂隙网络的生成装置来执行，该方法可用在进行地下水的数值模拟中。如图2所示，所述方法具体可以包括如下步骤：
步骤110、根据裂隙组数和每组裂隙的裂隙数量，生成各裂隙中心点。
首先，以原点为中心，通过设定长度chang和宽度kuan生成裂隙网络的模拟区域范围，在该模拟区域范围之内，假设生成第k组裂隙，对应的裂隙数量为nk，可选的，针对该组裂隙及对应的裂隙数量，在模拟区域范围内首先随机生成2nk个均匀分布的裂隙中心点作为甄选实际中心点的数据池，进一步的，根据生成的裂隙中心点坐标对应生成2nk×1的裂隙中心点坐标数组。
步骤120、根据各裂隙中心点的坐标，确定各裂隙中心点的概率值。
具体的，设上述裂隙中心点坐标数组中的某一坐标点为(x,y)，分别计算Rx和Ry，具体的计算公式为Rx＝x+chang/2，Ry＝y+chang/2，Rx和Ry为和空间坐标值相关的数值，该公式是为了保证用于计算的坐标值大于零值，从而简化后续概率值的计算。进一步的，根据上述中心点坐标的计算值，以及预设的二次项系数、一次项系数和常数，分别计算各裂隙中心点在x方向和y方向的类概率值，裂隙中心点在x方向的类概率计算公式为：SPx＝Ax×Rx2+Bx×Rx+Cx，裂隙中心点在y方向的类概率计算公式为：SPy＝Ay×Ry2+By×Ry+Cy，其中Ax、Bx和Cx分别为x方向类概率值计算所预设的二次项系数、一次项系数和常数，Ay、By和Cy分别为y方向类概率值计算所预设的二次项系数、一次项系数和常数。其中，上述类概率值的大小用来表示裂隙中心点(x,y)在该点出现的概率相对值。
进一步的，为了方便计算，在确定各裂隙中心点的类概率值之后，用每一裂隙中心点的类概率值，除以各裂隙中心点的类概率值之和来计算各裂隙中心点的出现概率值，从而将上述生成的类概率值进行归一化处理，具体的，对于数据池中的第i个裂隙中心点，该裂隙中心点在x方向的出现概率值的计算公式为：
Figure BDA0001896929030000041
裂隙中心点在y方向的出现概率值的计算公式为/>
Figure BDA0001896929030000042
其中，j为0到2nk之间的变量。/>
步骤130、根据各裂隙中心点的概率值，对所述裂隙中心点进行筛选。
进一步的，根据各裂隙中心点计算所得到的出现概率值的大小，对裂隙中心点进行筛选，选取数据池中出现概率值较大的中心点作为实际的中心点坐标数组，具体的，实际中心点的选取数量为nk个。
步骤140、根据筛选的各裂隙中心点的坐标，绘制所述裂隙网络。
根据筛选的各裂隙中心点的坐标、裂隙走向以及裂隙际长等数据，来绘制裂隙网络，其中，裂隙走向和裂隙际长等数据均可通过给定均值和标准差生成正态分布的数据数组。
本实施例的技术方案，通过求解每组裂隙中各裂隙中心点坐标的概率值，并根据求得的概率值对裂隙中心点进行筛选来得到实际的裂隙中心点坐标，依据筛选的各裂隙中心点坐标来进行裂隙网络的绘制，提供了一种存在空间关联的裂隙网络生成方法，实现了不均匀分分布形态的裂隙网络的生成。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的一种随机裂隙网络的生成方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上，对裂隙网络的生成方法进行进一步优化。如图3所示，具体可以包括如下步骤：
步骤210、输入裂隙组数number，裂隙数目n，裂隙分布参数，以及空间相关性参数。
其中，每组裂隙对应设置数目为n的裂隙，裂隙分布参数为裂隙际长、裂隙走向以及裂隙的隙宽等数据，空间相关性参数为上述计算类概率值中对应的系数Ax、Bx和Cx以及Ay、By和Cy，进一步的，上述参数均为根据实际需要进行人为设置。
步骤220、设置循环条件，分别对每组裂隙进行求解。
步骤230、随机生成2n个均匀分布的裂隙中心点。
实例性的，针对每组设定的裂隙数目n，对应的在模拟区域随机生成2n个均匀分布的裂隙中心点。
步骤240、计算各中心点的SPx、Spy、Px、Py的值并分别生成各中心点的坐标数组。
其中，SPx、SPy分别为中心点在x方向和y方向的类概率值，Px、Py分别为中心点分别在x方向和y方向的出现概率值，首先计算各裂隙中心点的类概率值来表示中心点在该点处出现的概率相对值，再通过出现概率值的计算来得到中心点在该点出现的概率值，通过上述计算得到的出现概率值来对裂隙中心点进行筛选，得到n组实际的裂隙中心点坐标。
步骤250、根据输入参数，使用正态分布生成裂隙际长、走向和隙宽的数组。
进一步的，根据上述的输入的裂隙际长、裂隙走向以及裂隙的隙宽等参数，使用正态分布生成裂隙际长、走向和隙宽的数据数组。
步骤260、绘制该组裂隙。
具体的，根据上述从2n个裂隙中心点坐标的数据池中筛选得到的n个实际的中心点坐标数组，以及上述使用正态分布生成的裂隙际长、走向和隙宽的数据数组来绘制该组的裂隙。
步骤270、判断当前计算的裂隙组数是否在设定的裂隙组数number之内，若在，则继续进行下一组裂隙的绘制，若不在，则表明所有的裂隙组数已经绘制完毕，即当前模拟区域内的裂隙网络已经生成，执行步骤280。
步骤280、保存相应的裂隙信息、模型信息和裂隙网络图。
图4A为采用本实施例的方法得到的裂隙网络生成效果图，图1A为现有技术提供的裂隙网络生成效果图，从图中可以看出，采用本实施例的方法生成的是不均匀的中心聚集的裂隙网络，而采用现有的随机生成法所生成的是均匀的裂隙网络，因此，采用本实施例的技术方案所得到的裂隙网络是存在空间关联的，和现有技术相比，能够获取更加真实的裂隙网络。
参见图4B，如4B为采用本实施例技术方案的裂隙地下水模拟计算结果图，是根据上述生成的裂隙网络计算得到的地下水渗流场，其中，横纵坐标分别表明了裂隙网络的模型区域的长和宽分别在-50米到50米之间，地下水渗流场的水位在99米到100米之间，从图中可知，计算得到的地下水渗流场明显的两侧梯度较大，中间梯度较小，呈不均匀分布，进一步参照图1B，图1B现有技术提供的裂隙地下水模拟计算结果图，从图中可以明显的看出，该方法得到的地下水渗流场分布均匀，因此，采用本实施例的技术方案模拟得到的地下水渗流场和空间存在关联，能够更加真实准确的反应地下水渗流场。
本实施例的技术方案，通过计算每组裂隙中各中心点的类概率值和出现概率值，通过出现概率值来对各裂隙中心点进行筛选，根据筛选得到的每组的实际的裂隙中心点的坐标、裂隙际长、走向等数据来绘制裂隙网络，并根据生成的非均匀的裂隙网络进行地下水模拟，得到了和空间关联的非均匀分布的地下水渗流场。
实施例三
图5本发明实施例三所提供的一种随机裂隙网络的生成装置的结构图。可执行本发明任意实施例所提供的随机裂隙网络的生成方法，参见图5，本发明实施例提供的随机裂隙网络的生成装置包括：裂隙中心点生成模块310和裂隙中心点的概率值确定模块320、裂隙中心点筛选模块330和裂隙网络绘制模块340。
其中，裂隙中心点生成模块310，用于根据裂隙组数和每组裂隙的裂隙数量，生成各裂隙中心点。
中心点概率值确定模块320，用于根据各裂隙中心点的坐标，确定各裂隙中心点的概率值。
裂隙中心点筛选模块330，用于根据各裂隙中心点的概率值，对所述裂隙中心点进行筛选。
裂隙网络绘制模块340，用于根据筛选的各裂隙中心点的坐标，绘制所述裂隙网络。
本发明实施例的技术方案，通过计算每组裂隙中各中心点的类概率值和出现概率值，通过出现概率值来对各裂隙中心点进行筛选，根据筛选得到的每组的实际的裂隙中心点的坐标、裂隙际长、走向等数据来绘制裂隙网络，并根据生成的非均匀的裂隙网络进行地下水模拟，得到了和空间关联的非均匀分布的地下水渗流场。
在上述实施例的基础上，中心点概率值确定模块具体用于，根据各裂隙中心点的坐标，以及预设的二次项系数、一次性系数和常数，确定各裂隙中心点的类概率值。
在上述实施例的基础上，所述中心点概率值确定模块还用于将每一裂隙中心点的类概率值，除以各裂隙中心点的类概率值之和，得到各裂隙中心点的出现概率值。
在上述实施例的基础上，所述裂隙中心点生成模块具体用于，随机生成均匀分布的各裂隙中心点，所述各裂隙中心点数量至少为所述每组裂隙的裂隙数量的二倍。
在上述实施例的基础上，所述裂隙网络绘制模块具体用于，根据筛选的各裂隙中心点的坐标、裂隙走向以及裂隙际长，来绘制裂隙网络。
本发明实施例所提供的随机裂隙网络的生成装置可执行本发明任意实施例所提供的裂隙网络的生成方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种随机裂隙网络的生成方法，其特征在于，包括：
根据裂隙组数和每组裂隙的裂隙数量，生成各裂隙中心点；
根据各裂隙中心点的坐标，确定各裂隙中心点的概率值；
根据各裂隙中心点的概率值，对所述裂隙中心点进行筛选；
根据筛选的各裂隙中心点的坐标，绘制所述裂隙网络；
根据各裂隙中心点的坐标，确定各裂隙中心点的概率值，包括：
根据各裂隙中心点的坐标，以及预设的二次项系数、一次项系数和常数，确定各裂隙中心点的类概率值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定各裂隙中心点的类概率值之后，还包括：
将每一裂隙中心点的类概率值，除以各裂隙中心点的类概率值之和，得到各裂隙中心点的出现概率值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据裂隙组数和每组裂隙的裂隙数量，生成各裂隙中心点，包括：
随机生成均匀分布的各裂隙中心点，所述各裂隙中心点数量至少为所述每组裂隙的裂隙数量的二倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据筛选的各裂隙中心点的坐标，绘制所述裂隙网络，包括：
根据筛选的各裂隙中心点的坐标、裂隙走向以及裂隙际长，来绘制裂隙网络。
5.一种随机裂隙网络的生成装置，其特征在于，所述生成装置包括：
裂隙中心点生成模块，用于根据裂隙组数和每组裂隙的裂隙数量，生成各裂隙中心点；
中心点概率值确定模块，用于根据各裂隙中心点的坐标，确定各裂隙中心点的概率值；
裂隙中心点筛选模块，用于根据各裂隙中心点的概率值，对所述裂隙中心点进行筛选；
裂隙网络绘制模块，用于根据筛选的各裂隙中心点的坐标，绘制所述裂隙网络；
所述中心点概率值确定模块具体用于：
根据各裂隙中心点的坐标，以及预设的二次项系数、一次性系数和常数，确定各裂隙中心点的类概率值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述中心点概率值确定模块还用于：
将每一裂隙中心点的类概率值，除以各裂隙中心点的类概率值之和，得到各裂隙中心点的出现概率值。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述裂隙中心点生成模块具体用于：
随机生成均匀分布的各裂隙中心点，所述各裂隙中心点数量至少为所述每组裂隙的裂隙数量的二倍。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述裂隙网络绘制模块具体用于：
根据筛选的各裂隙中心点的坐标、裂隙走向以及裂隙际长，来绘制裂隙网络。
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