CN111079217B - 一种基于bim的岩土工程综合勘察信息解译方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，实现了基于BIM技术的综合勘察成果三维解译，对勘察成果进行了三维可视化的整合。其技术方案为：包括建立统一的项目数据库，并存储数据；调入地形CAD数据；对数据进行自动解译，得到解译信息：对外业地质调查数据进行三维解译；根据高密度电法测线进行三维解译，建立区间地层分段三维解译多线段；根据地震波法设置反射系数值，建立反演三维等值面；读入钻探钻孔数据，根据地层属性建立三维钻孔模型；根据解译信息建立勘察成果综合模型，进行权重赋值及三维地质曲面插值拟合；根据地形面建立地质体，对地质曲面进行布尔运算获得分层分块的地质体。

Description

一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法及系统

技术领域

本发明涉及BIM技术领域，尤其涉及一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法及系统。

背景技术

目前BIM技术在工程基础设施建设的多个行业开展了广泛的技术应用和推广。各种CAD软件、三维建模软件在建筑、结构、公铁路桥、水利设施等领域开展了多方面的尝试，并提供了多种建模方法。但目前BIM应用多为对拟建构筑物的BIM建模应用，而缺乏对既有地质体的系统BIM建模方法，对勘察成果的BIM应用集中在钻探或物探成果的单一解析上，数据格式不同，信息交互不畅，没有基于同一种BIM软件的综合勘察成果的三维解译方法和软件系统。

虽然目前在油储矿藏等行业开展了一部分利用GOCAD等软件的三维地质建模的工作，但其空间尺度较基础设施工程勘察范围广，空间尺度大，勘察成果分辨率要求低、勘察工作习惯和工作思路也迥然不同，其目的多是为了找矿寻油，而不是工程勘察专业所面对的探明工程地质性质、解决工程地质问题。

发明人发现，现有岩土工程综合勘察成果三维解译主要存在以下问题：(1)目前并没有通过BIM软件开发实现多种勘探手段进行综合勘察成果三维解译的方法和应用；(2)勘察工作采用钻探、物探成果应用软件相对独立，算法和技术实现依赖的开发环境和数据格式存在较大差异，不能通用；(3)物探解译软件多为独有算法封装，三维解译成果与BIM软件通用性较差；(4)现有的BIM软件主要对钻探钻孔数据进行了部分三维建模功能的实现，缺乏物探数据的接入。钻探、物探的勘察数据没有实现统一的数据库化管理，缺乏综合解译的数据交互。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法及系统，实现了基于BIM技术的综合勘察成果三维解译，对勘察成果进行了三维可视化的整合；便于人工干预和编辑，同时实现了各种手段的实时可视和互相验证，能更好的服务于勘察工作。

本发明采用下述技术方案：

一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，包括：

建立统一的项目数据库，并存储数据；

调入地形CAD数据；

对数据进行自动解译，得到解译信息：

对外业地质调查数据进行三维解译；根据高密度电法测线进行三维解译，建立区间地层分段三维解译多线段；根据地震波法设置反射系数值，建立反演三维等值面；读入钻探钻孔数据，根据地层属性建立三维钻孔模型；

根据解译信息建立勘察成果综合模型，进行权重赋值及三维地质曲面插值拟合；根据地形面建立地质体，对地质曲面进行布尔运算获得分层分块的地质体。

进一步的，预先从CAD软件中读取数据库数据进行数据准备，并对数据实际空间位置进行统一。

进一步的，所述数据库数据包括钻探钻孔数据、地球物理勘探的高密度电法/地震波法数据、外业地质调查数据。

进一步的，地球物理勘探的数据需通过地面线数据和起始测点测线数据进行空间位置矫正，确保所有数据采用统一的工程坐标，在进入数据库后对相对坐标数据进行统一计算处理。

进一步的，根据地形图CAD数据创建三维地形面，通过导入测绘单位提供的地形图CAD数据，利用Delaunay三角剖分算法进行三维地形面的曲面建立。

进一步的，读取外业地质调查数据，根据不良地质范围的三维空间点数据建立三维多线段，根据地质产状信息建立产状面；根据构造信息建立地质构造面，建立调查点的三维位置。

进一步的，读取高密度电法数据，选择测线名称，并根据测线的电阻率范围，自动根据测线坐标建立解译结果分层的三维多线段。

进一步的，读取地震波法数据，选择测点名称，并根据反演解译结果选择反射系数，自动根据测点坐标建立解译结果的三维等势面。

进一步的，通过用户干预和区域地质经验进行地质分层综合判别，将地质产状、构造信息作为控制信息，钻孔、高密度电法、地震波法数据作为已知探测数据，分别赋予权重系数；然后进行地质曲面的三维插值拟合，根据用户经验选择改进的离散光滑插值或者改进的经验贝叶斯克里金方法进行插值，建立各层的地质曲面。

一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译系统，包括：

数据存储模块，用于存储数据；

数据提取模块，用于调入地形CAD数据；

解译模块，用于对数据进行自动解译，得到解译信息：

地质体构建模块，用于根据解译信息建立勘察成果综合模型，进行权重赋值及三维地质曲面插值拟合；根据地形面建立地质体，对地质曲面进行布尔运算获得分层分块的地质体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明将多种勘察手段基于同一种BIM软件进行数据整合和综合解译，便于人工干预和编辑；通过多种手段互相验证，提高了勘察成果的可信度和工程地质勘察成果的精度。

(2)本发明实现了多源勘察数据的中心化管理和工程勘察成果的三维可视化BIM应用，能与工程勘察基础设计、上部结构设计实现无损信息传递和BIM应用对接；

(3)本发明实现对离散光滑插值方法的改进，利用基于贝叶斯统计的先验函数干预，能够结合工程地质经验更好的适用于工程地质专业的曲面拟合计算；对经验贝叶斯克里金插值的统计计算方法采用了根据计算机算力进行并行分配的方案，能够提高计算效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例二的系统结构示意图；

图2为本发明实施例一的地形曲面创建流程图；

图3为本发明实施例一的Delaunay三角剖分算法流程图；

图4为本发明实施例一的外业地质调查三维数据建模流程图；

图5为本发明实施例一的高密度电法数据处理流程图；

图6为本发明实施例一的电法数据三维等值多线段拟合插值流程图；

图7为本发明实施例一的地震法数据处理流程图；

图8为本发明实施例一的MarchCube算法流程图；

图9为本发明实施例一的综合解译地层曲面拟合流程图；

图10为本发明实施例一的改进的离散光滑插值DSI方法流程图；

图11为本发明实施例一的改进的经验贝叶斯克里金方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

BIM:建筑信息模型(Building Information Modeling)是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。

综合勘察成果：是指利用钻探、地球物理勘探等多种手段对同一区域进行勘察勘探，以探明该区的工程地质特性。

实施例一：

下面结合附图2-图11对本发明进行详细说明，具体的，结构如下：

本实施例提供了一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，包括以下步骤：

(1)建立统一的项目数据库，并存储数据：

首先，获取勘察钻探钻孔数据、地球物理勘探的高密度电法、地震波法数据，外业地质调查数据。

根据工程勘察项目建立勘察项目信息表，包括工程勘察单位、负责人、参与人、开始时间、勘察阶段、工点ID及名称列表、项目地层总表、地质时代表等信息。

钻探钻孔数据包括所属工点ID、钻孔ID及名称、勘察钻孔的基本工作信息、位置信息、钻孔地层信息、钻孔地层参数、钻孔原位测试、地下水位、室内试验数据等信息。

外业地质调查数据包括所属工点ID、调查点ID及名称、外业调查点位置信息、工作信息、天气日志、地质产状、地质构造信息、地质素描信息、既有资料信息、不良地质调查范围坐标点信息等。

高密度电法数据包括所属工点ID、测线ID及名称、测线基本位置信息、地面线信息、反演参数信息、电阻率值信息等；地震波法数据包括所属工点ID、测点ID及名称，地震激发工作参数信息、测点位置信息、反射系数信息、测点信息等。

然后，建立统一集中的项目数据库，对各种类型数据建立数据表，分配字段，存储数据。由于地球物理勘探过程多数采用的是相对坐标，通过地面线数据和起始测点测线数据对物探数据进行空间位置矫正，确保所有数据采用统一的工程坐标，在进入数据库后对相对坐标数据进行统一计算处理。

(2)调入地形CAD数据：

打开系统，通过用户确认连接数据库，进入三维解译系统界面，根据地形图CAD数据创建三维地形面，地形曲面创建过程如图2所示，等高线转换成等高点，通过等高点、高程点得到地形高程点集。

通过导入地形图CAD数据，利用Delaunay三角剖分算法进行三维地形面的曲面建立。如图3所示，Delaunay三角剖分算法采用计算时间度较为优化的逐点插入法。

(3)对数据进行自动解译，得到解译信息：

如图4所示，读取外业地质调查数据(包括不良地质区域、地质产状、地质构造)，根据不良地质范围的三维空间点数据建立三维多线段，根据地质产状信息建立产状面，根据构造信息建立地质构造面，建立调查点的三维位置。作为区域地质控制信息，依次分配单独的图层进行管理。

如图5所示，读取高密度电法数据(包括位置数据、地面线数据、电法数据)，选择测线名称，根据测线的电阻率范围，自动根据测线坐标建立解译结果分层的三维多线段，其中，电法数据三维等值多线段拟合插值流程如图6所示。

如图7所示，读取地震波法数据(包括位置数据、震法数据)，选择测点名称；根据反演解译结果，选择反射系数，自动根据测点坐标建立解译结果的三维等势面，其中，MarchCube算法流程如图8所示。读取工点钻孔数据，根据工程坐标建立钻孔三维模型。至此完成勘察成果的基础数据建立和导入。

(4)根据解译信息建立勘察成果综合模型，进行权重赋值及三维地质曲面插值拟合；根据地形面建立地质体，对地质曲面进行布尔运算获得分层分块的地质体。

具体的，如图9所示，通过用户干预和区域地质经验进行地质分层综合判别，将地质产状，构造信息作为控制信息，钻孔、高密度电法、地震波法数据作为已知探测数据，分别赋予权重系数，然后进行地质曲面的三维插值拟合，根据用户经验选择改进的离散光滑插值(如图10所示)或者改进的经验贝叶斯克里金方法(如图11所示)进行插值，建立各层的地质曲面。

本实施例通过对离散光滑插值方法的改进，利用基于贝叶斯统计的先验函数干预，能够结合工程地质经验更好的适用于工程地质专业的曲面拟合计算；通过对离散光滑插值方法的改进，利用基于贝叶斯统计的先验函数干预，能够结合工程地质经验更好的适用于工程地质专业的曲面拟合计算。对经验贝叶斯克里金插值的统计计算方法采用了根据计算机算力进行并行分配的方案，能够提高计算效率。

由于勘察成果的解译有很大的人工经验性，本实施例在同一种BIM软件下的数据整合，便于人工干预和编辑，同时实现了各种手段的实时可视和互相验证，能更好的服务于勘察工作。

实施例二：

本实施例提供了一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译系统，如图1所示，包括：

数据存储模块，用于存储数据，其中所述数据包括项目信息表、钻探钻孔数据、外业地质调查数据、高密度电法数据、地震波法数据。

数据提取模块，用于调入地形CAD数据。

解译模块，用于对数据进行自动解译，得到解译信息。

地质体构建模块，用于根据解译信息建立勘察成果综合模型，进行权重赋值及三维地质曲面插值拟合；根据地形面建立地质体，对地质曲面进行布尔运算获得分层分块的地质体。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，其特征在于，包括：

建立统一的项目数据库，并存储数据；

调入地形CAD数据；

通过用户确认连接数据库，进入三维解译系统界面，根据地形图CAD数据创建三维地形面，等高线转换成等高点，通过等高点、高程点得到地形高程点集；

通过导入地形图CAD数据，利用Delaunay三角剖分算法进行三维地形面的曲面建立，Delaunay三角剖分算法采用计算时间度优化的逐点插入法；

Delaunay三角剖分算法流程为：

（1）创建三角网MESH数据结构；

（2）创建能包括已知点集的超级三角形；

（3）逐点插入到超级三角形中；

（4）判断点是否在外接圆内：

如果点不在外接圆内则判断为好三角集，将好三角集添加到多边形中；

如果点在外接圆内则判断为坏三角集，继续判断边是否与其他坏三角共用，如果边与其他坏三角不共用则移除坏三角移除边，如果边与其他坏三角共用则添加边到多边形中；

（5）对多边形的每个边创建三角形；

（6）包含原三角形的顶点，如果包含则移除三角形，如果不包含则进入下一个点并返回（3）；

对数据进行自动解译，得到解译信息：

对外业地质调查数据进行三维解译；根据高密度电法测线进行三维解译，建立区间地层分段三维解译多线段；根据地震波法设置反射系数值，建立反演三维等值面；读入钻探钻孔数据，根据地层属性建立三维钻孔模型；

根据解译信息建立勘察成果综合模型，进行权重赋值及三维地质曲面插值拟合，通过对离散光滑插值方法的改进，利用基于贝叶斯统计的先验函数干预，结合工程地质经验适用于工程地质专业的曲面拟合计算；

改进的经验贝叶斯克里金方法流程为：

（1）地层点集，同时进行数量确认，根据主频、核心和时钟周期获取硬件计算能力值进行并行任务分配，进入步骤（2）和步骤（4）；

离散型地层点集，通过概率密度函数，以最大似然估计进入步骤（4）；

（2）通过点对获得半方差函数，进入步骤（6）

（3）确认插值密度，计算插值点位置，拟插值计算点集，确定新的插值点集；

（4）最大似然估计新的半方差函数；

（5）确认后获得先验概率函数，先验概率函数还通过专业技术人员知识经验干预，技术人员知识经验干预依靠于项目专家经验库、项目场区地层信息和地层点集；

（6）基于贝叶斯统计权重函数确认权重；

（7）获得连续变异函数；

根据地形面建立地质体，对地质曲面进行布尔运算获得分层分块的地质体。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，其特征在于，预先从CAD软件中读取数据库数据进行数据准备，并对数据实际空间位置进行统一。

3.根据权利要求2所述的一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，其特征在于，所述数据库数据包括钻探钻孔数据、地球物理勘探的高密度电法/和地震波法数据、外业地质调查数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，其特征在于，地球物理勘探的数据需通过地面线数据和起始测点测线数据进行空间位置矫正，确保所有数据采用统一的工程坐标，在进入数据库后对相对坐标数据进行统一计算处理。

5.根据权利要求1所述的一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，其特征在于，读取外业地质调查数据，根据不良地质范围的三维空间点数据建立三维多线段，根据地质产状信息建立产状面；根据构造信息建立地质构造面，建立调查点的三维位置。

6.根据权利要求1所述的一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，其特征在于，读取高密度电法数据，选择测线名称，并根据测线的电阻率范围，自动根据测线坐标建立解译结果分层的三维多线段。

7.根据权利要求1所述的一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，其特征在于，读取地震波法数据，选择测点名称，并根据反演解译结果选择反射系数，自动根据测点坐标建立解译结果的三维等势面。

8.根据权利要求1所述的一种基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法，其特征在于，通过用户干预和区域地质经验进行地质分层综合判别，将地质产状、构造信息作为控制信息，钻孔、高密度电法、地震波法数据作为已知探测数据，分别赋予权重系数；然后进行地质曲面的三维插值拟合，根据用户经验选择改进的离散光滑插值或者改进的经验贝叶斯克里金方法进行插值，建立各层的地质曲面。

9.一种采用1-8任意所述的基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译方法的基于BIM的岩土工程综合勘察信息解译系统，其特征在于，包括：

数据存储模块，用于存储数据；

数据提取模块，用于调入地形CAD数据；

解译模块，用于对数据进行自动解译，得到解译信息：

地质体构建模块，用于根据解译信息建立勘察成果综合模型，进行权重赋值及三维地质曲面插值拟合；根据地形面建立地质体，对地质曲面进行布尔运算获得分层分块的地质体。