CN111627109A - 一种多尺度隐式构造界面建模方法 - Google Patents

Abstract

一种多尺度隐式构造界面建模方法，包括依次进行的如下步骤：地质数据提取及地质数据预处理步骤，三维空间数据场构建步骤，地质区域建模步骤，地质表层建模步骤，三维地质界面建模步骤，利用空间插值与拟合算法进行了插值预处理，进行等值面提取，模型构建数据连续性增强，建模曲面更加平滑且连续，数据还原度更高，且有效地减少存储量，减轻了服务器端的负担，可以更快和准确的去建立表层建模点，提高了效率。

Description

一种多尺度隐式构造界面建模方法

技术领域

本发明涉及地质勘探处理技术领域，具体涉及一种多尺度隐式构造界面建模方法。

背景技术

三维地学建模是由勘探地质学、数学地质、地球物理、矿山测量、矿井地质、GIS、图形图像学、科学可视化等学科交叉形成的一门新型学科，是对复杂的地质现象经过抽象化处理后，通过复杂的建模算法模拟出地质模型数据，用三维可视化的方式最终表达地下的地质情况。过去的十几年中，国内外众多学者对三维地学建模从理论上进行了较深入的研究，提出了多种三维地学空间模型或建模方法。从三维建模方法的基本元素来看，可以分为基于面表示的模型、基于体元的模型和混合数据模型。

目前，地质建模一般流程包括三个阶段，即“专业数据源处理—结构建模—三维应用”，这种建模方式称为地质地学“静态建模”。由于地质静态建模中的交互建模先要将建模区分割成多个建模单元分别建模，最后合并成整个结构模型，这样会造成建模数据量大、分块手动交互建模、投入人员多、建模周期长、模型更新困难等问题。并且数据一致性及完整性无法保证(原始专业模型与建模成果模型分离)。隐式建模，是指基于空间散乱采样数据点，通过空间插值函数拟合空间实体表面的曲面方程，再采用移动立方体、移动四面体等方法进行显式表达，其优点是过程自动化，基本不需要人工交互，缺点是计算量巨大，且合适的空间插值函数是控制空间实体表面局部形态的关键。

已有的建模方法依据数据来源可将其分为基于钻孔剖面及多源数据混合的建模方法，钻孔数据在一定程度上能够直接反映研究区域的地下构造情况，但也仅限于有限的区域。而地质体的实际分布是延续的钻孔之间存在的盲区，需要通过钻孔之间存在的盲区，需要通过相互比较和分析来形成剖面，才能够较好地反映钻孔之间地层和构造的变化采用多源数据进行模型的构建，虽然可以提高模型的精度，但却因为资料的获取途径、数据标准的不同而不可避免地会产生一定的信息冲突，这便需要有更好的机制来协调、融合多源异构地质数据，使其更好地为后期的三维建模服务。

地质体三维可视化主要是在地质勘探工程中对地质体和地质环境的空间变化进行可视化描述，把其中的矿体或者地层等的空间分布特征以及趋势分析用图像的方式表达出来直观展现给地质勘测人员，便于相关工作者对矿山地质矿体进行更好的管理与开采。三维地质建模与可视化表达具有显著的优越性，不仅能够对地质体和地质环境进行逼真的三维动态显示效果而且具有强大的可视化分析功能，用户可根据需要对地质体和地质环境进行不同角度、多种方式的观察，提高对复杂地质体和地质环境的理解与认识，如何将隐式结构进行直观的可视化成为了研究的重点。并且，现有的三维地质模型建模过程大都基于建模区域的钻孔数据，对于其建模区域的表层结构并未进行处理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多尺度隐式构造界面建模方法，可以利用空间插值与拟合算法进行了插值预处理，进行等值面提取，模型构建数据连续性增强，建模曲面更加平滑且连续，数据还原度更高，且有效地减少存储量，减轻了服务器端的负担，可以更快和准确的去建立表层建模点，提高了效率。

本发明提供了一种多尺度隐式构造界面建模方法，其包括依次进行的如下步骤：

1)地质数据提取及地质数据预处理步骤；

2)三维空间数据场构建步骤，包括：

2.1)利用空间插值与拟合算法对地质数据库中经过稀疏采样得到的离散地预处理的钻孔数据进行插值处理；

2.2)推断和预测地质体信息的分布趋势，构建三维规则空间数据场；

3)地质区域建模步骤，包括：

3.1)基于隐式算法对三维规则数据场中的地质体进行等值面提取，得到由无数小三角片面组成的地质矿体等值面；

3.2)并基于地质矿体等值面转换得到多个建模点，基于建模点构建地质区域模型。

4)地质表层建模步骤，包括：

4.1)获取地质区域表层的深度数据和拍摄数据；

4.2)基于步骤4.1)中获取的地质区域表层的深度数据和拍摄数据，转换得到多个表层建模点，同时确定地质区域表层和表层建模点的位置；

4.3)基于地质区域表层和表层建模点的位置，构建地质表层模型；

5)三维地质界面建模步骤，包括

将步骤3)构建的地质区域模型和步骤4)构建的地质表层模型进行融合，完成三维地质界面模型的构建。

进一步地，所述步骤1)具体为：

1.1)获取地质区域的钻孔数据，将钻孔数据按照钻孔的类别编号和钻孔数据容量进行分类；

1.2)在同一类钻孔数据中，选择这类中的标准钻孔数据，计算这类中的其他钻孔数据与标准钻孔数据的差值，将标准钻孔数据和异同值按照预设的格式存储于服务器中；

1.3)将服务器中存储的钻孔数据经过预处理后转录入到地质数据库。

进一步地，所述步骤1.1)中在进行分类的过程中，按照类别编号和钻孔数据容量具有一致性的数据分为一类。

进一步地，所述步骤4.1)种的深度数据和拍摄数据是在地质区域的上空采集。

进一步地，所述上空采集是通过航空测量的方式得到。

进一步地，所述步骤4.1)还包括：在拍摄数据时，通过在拍摄视频时采用第一帧率和第一分辨率，拍摄图像采用十分之一的第一帧率以及大于第一分辨率的第二分辨率，并且拍摄图像在拍摄视频的同一周期内进行。

进一步地，拍摄视频采用30帧/s，拍摄图像采用3帧/s，且拍摄图像采用超高清的分辨率拍摄，拍摄视频采用相对较低的分辨率拍摄。

进一步地，所述步骤4.3)种具体地地质表层模型构建时，通过利用表层建模点获取对应的表层面的角度信息。

进一步地，所述角度信息为倾斜角度和倾斜方向中的至少一种。

本发明的多尺度隐式构造界面建模方法，可以实现：

1)利用空间插值与拟合算法进行了插值预处理，并利用分布趋势，构建三维规则空间数据场，同时基于隐式算法对三维规则数据场中的地质体进行等值面提取，基于此构建地质区域模型，模型构建数据连续性增强，建模曲面更加平滑且连续，数据还原度更高；

2)可以有效地减少存储量，使得在相同的存储空间下，在不提高成本和更换设备的情况下实际增大了存储数据量。对于后期服务器端和地质数据库端在大批量的数据进行的查询传输，计算处理以及建模等过程则因为数据的简化和减量，处理则变的相对简单，运行速度更高，分散式的处理方式有效地减轻了服务器端的负担，有效地提高了效率；

3)既保证了可以有高分辨率的超清图像，也可以满足实时的视频传输的要求，传输时，二者可以采用两个传输通道进行传输，从而提高效率，节约传输资源。此外，高清图像的处理不需要进行过多的后期算法来处理，因此有解决了显示处理一端进行后期的处理，处理数据量大且算法复杂的问题，从而可以更快和准确的去建立表层建模点；

4)实现地质区域模型和地质表层模型的融合，模型更加全面，且更贴近真实，提高了效率。

附图说明

图1为多尺度隐式构造界面建模方法流程图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种多尺度隐式构造界面建模方法，如图1所示，其为多尺度隐式构造界面建模方法的流程示意图，下面对多尺度隐式构造界面建模方法进行具体地介绍。

本发明提供了一种多尺度隐式构造界面建模方法，其具体包括依次进行的如下步骤：

首先，其包括1)地质数据提取及地质数据预处理步骤，包括：

1.1)获取地质区域的钻孔数据，将钻孔数据按照钻孔的类别编号和钻孔数据容量进行分类，其中在进行分类的过程中，按照类别编号和钻孔数据容量具有一致性(根据实际的情况，按照其数据的类似性进行选择)的数据分为一类；

1.2)在步骤1.1)中进行了分类，每一类具有高的一致性，即每一类中的不同钻孔数据具有的差异数据较少，例如可以是坐标差异较小，编号靠近，地质属性的数据差异较小等，这些可以根据实际的数据情况或者根据经验进行选择，此处不再赘述。那么，在步骤1.1)中进行了分类的基础上，在同一类钻孔数据中，选择这类中的标准钻孔数据，计算这类中的其他钻孔数据与标准钻孔数据的异同值(例如差值)，将标准钻孔数据和异同值按照预设的格式存储于服务器中。由于在同一类钻孔数据中，异同值的数据量小，因此可以有效地减少存储量，使得在相同的存储空间下，在不提高成本和更换设备的情况下实际增大了存储数据量。此处，需要说明的是，将钻孔数据按照钻孔的类别编号和钻孔数据容量进行分类的时候，每一类中的钻孔数据不宜过多，例如5-8个即可，数据过多会对分类过程提高数据的处理负担，并且虽然前期对钻孔数据进行了分类，异同计算等处理，提高了此过程的数据计算量，但是这些计算的过程都是较为简单的计算，数据处理速度很快，而后存储的数量较小，对于后期服务器端大批量的数据进行的查询传输，计算处理以及建模等过程则因为数据的简化和减量，处理则变的相对简单，运行速度更高，因此这种分散式的处理方式有效地减轻了服务器端的负担，有效地提高了效率。

1.3)将服务器中存储的钻孔数据经过预处理后转录入到地质数据库。由于地质空间在三维空间中为连续变化，然而，获取的钻孔数据是一些离散且少量的数据，需要对这些数据进行预处理，从而提取出用于进行地质体三维建模的相关数据，例如进行坐标系统一、数据转换等操作，在二维和三维的空间上对数据进行空间标注等；

其次，还包括2)三维空间数据场构建步骤，包括：

2.1)利用空间插值与拟合算法对地质数据库中经过稀疏采样得到的离散地预处理的钻孔数据进行插值处理；

2.2)推断和预测地质体信息的分布趋势，构建三维规则空间数据场；

再次，包括3)地质区域建模步骤，包括：

3.1)基于隐式算法对三维规则数据场中的地质体进行等值面提取，得到由无数小三角片面组成的地质矿体等值面；

3.2)并基于地质矿体等值面转换得到多个建模点，基于建模点构建地质区域模型。

然后，还包括4)地质表层建模步骤，包括：

4.1)获取地质区域表层的深度数据和拍摄数据，其中深度数据和图片数据可以是在地质区域的上空采集，例如通过航空测量的方式得到。此处需要说明的是，拍摄数据的获取通常是通过高清摄像头获得，然而高清的图片和视频虽然具有高的清晰度，但是其数据量大，受到软件和硬件的性能影响，如果要实时传输视频和图片，则需要降低拍摄的分辨率，在视频中截取图片的方式，使得数据量减小，从而满足传输的需要，但是这样就需要显示处理一端进行后期的处理，处理数据量大且算法复杂。基于此，本发明通过在拍摄数据时，通过在拍摄视频时采用第一帧率和第一分辨率，拍摄图像采用十分之一的第一帧率以及大于第一分辨率的第二分辨率，并且拍摄图像在拍摄视频的同一周期内进行，即在同一个周期内拍摄图像和拍摄视频穿插进行，例如拍摄视频采用30帧/s，拍摄图像采用3帧/s，且拍摄图像采用超高清的分辨率拍摄，拍摄视频采用相对较低的分辨率拍摄，这样既保证了可以有高分辨率的超清图像，也可以满足实时的视频传输的要求，传输时，二者可以采用两个传输通道进行传输，从而提高效率，节约传输资源。此外，高清图像的处理不需要进行过多的后期算法来处理，因此有解决了显示处理一端进行后期的处理，处理数据量大且算法复杂的问题，从而可以更快和准确的去建立表层建模点。

4.2)基于步骤4.1)中获取的地质区域表层的深度数据和拍摄数据，转换得到多个表层建模点，同时确定地质区域表层和表层建模点的位置；

4.3)基于地质区域表层和表层建模点的位置，构建地质表层模型，其中具体地模型构建时，可以通过利用表层建模点获取对应的表层面的角度信息，例如倾斜角度，倾斜方向等，从而基于此来构建地质表层模型。

最后，还包括5)三维地质界面建模步骤，包括

将步骤3)构建的地质区域模型和步骤4)构建的地质表层模型进行融合，完成三维地质界面模型的构建。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (9)

1.一种多尺度隐式构造界面建模方法，其特征在于，其包括依次进行的如下步骤：

1)地质数据提取及地质数据预处理步骤；

2)三维空间数据场构建步骤，包括：

2.1)利用空间插值与拟合算法对地质数据库中经过稀疏采样得到的离散地预处理的钻孔数据进行插值处理；

2.2)推断和预测地质体信息的分布趋势，构建三维规则空间数据场；

3)地质区域建模步骤，包括：

3.1)基于隐式算法对三维规则数据场中的地质体进行等值面提取，得到由无数小三角片面组成的地质矿体等值面；

3.2)并基于地质矿体等值面转换得到多个建模点，基于建模点构建地质区域模型。

4)地质表层建模步骤，包括：

4.1)获取地质区域表层的深度数据和拍摄数据；

4.2)基于步骤4.1)中获取的地质区域表层的深度数据和拍摄数据，转换得到多个表层建模点，同时确定地质区域表层和表层建模点的位置；

4.3)基于地质区域表层和表层建模点的位置，构建地质表层模型；

5)三维地质界面建模步骤，包括

将步骤3)构建的地质区域模型和步骤4)构建的地质表层模型进行融合，完成三维地质界面模型的构建。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)具体为：

1.1)获取地质区域的钻孔数据，将钻孔数据按照钻孔的类别编号和钻孔数据容量进行分类；

1.2)在同一类钻孔数据中，选择这类中的标准钻孔数据，计算这类中的其他钻孔数据与标准钻孔数据的差值，将标准钻孔数据和异同值按照预设的格式存储于服务器中；

1.3)将服务器中存储的钻孔数据经过预处理后转录入到地质数据库。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤1.1)中在进行分类的过程中，按照类别编号和钻孔数据容量具有一致性的数据分为一类。

4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于：所述步骤4.1)种的深度数据和拍摄数据是在地质区域的上空采集。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述上空采集是通过航空测量的方式得到。

6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于：所述步骤4.1)还包括：在拍摄数据时，通过在拍摄视频时采用第一帧率和第一分辨率，拍摄图像采用十分之一的第一帧率以及大于第一分辨率的第二分辨率，并且拍摄图像在拍摄视频的同一周期内进行。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：拍摄视频采用30帧/s，拍摄图像采用3帧/s，且拍摄图像采用超高清的分辨率拍摄，拍摄视频采用相对较低的分辨率拍摄。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤4.3)种具体地地质表层模型构建时，通过利用表层建模点获取对应的表层面的角度信息。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述角度信息为倾斜角度和倾斜方向中的至少一种。

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