CN111627112B - 三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法 - Google Patents
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Abstract
一种三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法，包括依次进行的如下步骤：地质区域建模和城市地下空间建模步骤，地质区域表层建模和城市地下空间表层建模步骤，三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合步骤，可以实现快速高效将三维地质模型与城市地下空间三维模型进行融合，有效地减少存储量，运行速度更高有效地减轻了服务器端的负担，有效地提高了效率，节约传输资源，模型更加全面，且更贴近真实。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探处理技术领域，具体涉及一种三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法。
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。
城市地下空间的开发与利用对城市的健康、生态、节约、智能发展具有重要的现实意义。查明城市地下空间资源开发利用有关的地质条件、地层结构以及存在的相关地质问题，建立地下空间三维地质结构模型，获取与地下空间开发利用相关的关键数据和地质信息，建设地下空间开发利用政府决策支撑平台，将有效支撑成都市地下空间资源协同开发利用与城市空间布局优化。
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)。
然而，目前对于三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术算法复杂，对于其建模区域的表层结构并未进行处理，不能有效精确的体现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法，可以实现快速高效将三维地质模型与城市地下空间三维模型进行融合，有效地减少存储量，运行速度更高有效地减轻了服务器端的负担，有效地提高了效率，节约传输资源，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，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，模型在不需要完全更新时，进行部分更新即可，提高了效率。
本发明提供了一种三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法，其包括依次进行的如下步骤：
1)地质区域建模和城市地下空间建模步骤；
2)地质区域表层建模和城市地下空间表层建模步骤，包括：
2.1)获取地质区域表层的深度数据和拍摄数据；其中，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；
其中，还包括对城市地下空间表层的拍摄数据进行校正的步骤，具体的包括：
2.1.1)基于连续的两个时刻，将两个时刻拍摄的图像记为第一表层图像和第二表层图像，并计算第一表层图像和第二表层图像的视角差，同时分别计算针对第一表层图像和第二表层图像的第一平均畸变角度和第二平均畸变角度；
2.1.2)利用第一平均畸变角度和第二平均畸变角度分别校正第一表层图像和第二表层图像；
2.1.3)基于校正后的第二表层图像、视角差及旋转计算公式，生成对应的旋转图像；
2.1.4)基于校正后的第一表层图像和旋转图像，计算两者之间的相关度，并基于相关度确定旋转中心，实现旋转校正；
2.2)基于步骤2.1)中获取的地质区域表层和城市地下空间表层的深度数据和拍摄数据，分别进行转换得到两组表层建模点集合，每组表层建模点集合分别包括多个表层建模点，同时分别确定地质区域表层和城市地下空间表层，以及其对应的表层建模点的位置；
2.3)基于地质区域表层和城市地下空间表层，以及其对应的表层建模点的位置，分别构建地质区域表层和城市地下空间表层模型；
2.4)将地质区域表层和城市地下空间表层模型进行融合；
3)三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合步骤：
进一步地，所述步骤1)具体包括：
1.1)获取地质区域和城市地下空间的钻孔数据，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，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；
1.2)在同一类钻孔数据中，选择此类钻孔数据中的标准钻孔数据，计算此类钻孔数据中的其他钻孔数据与标准钻孔数据的异同值，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进行处理，转换得到多个建模点，基于建模点构建地质区域模型；
1.4)将地质区域模型和城市地下空间模型进行融合。
进一步地，所述步骤3)具体为将步骤1.4)中融合后的地质区域和城市空间模型以及步骤2.4) 中融合后的地质区域表层和城市地下空间表层模型的进行融合。
进一步地，所述步骤2.1)中拍摄图像在拍摄视频的同一周期内进行具体为在同一个周期内拍摄图像和拍摄视频穿插进行。
进一步地，拍摄视频采用30帧/s，拍摄图像采用3帧/s。
进一步地，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。
本发明的三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法，可以实现：
1)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；
2)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；
3)实现地质区域模型和地质表层模型的融合，三维地质模型与城市地下空间三维模型无缝衔接，融合后进行建模，模型更加全面，且更贴近真实，模型在不需要完全更新时，进行部分更新即可，提高了效率；
4)解决在拍摄的过程中容易出现图片偏差的问题，即出图形畸形的情况，保证了拍摄图像的还原度高且连续拍摄的图像一致性高。
附图说明
图1为三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法流程图。
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。
本发明提供了一种三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法，如图1所示，其为三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法的流程示意图，下面对三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法进行具体地介绍。
本发明提供了一种三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法，其具体包括依次进行的如下步骤：
首先，其包括1)地质区域建模和城市地下空间建模步骤，包括：
1.1)获取地质区域和城市地下空间的钻孔数据，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进行处理，分别转换得到关于地质区域建模和城市地下空间建模对应的两组建模点集合，每组建模点集合中包括多个建模点，分别基于每组建模点构建地质区域模型和城市地下空间模型。
1.4)将地质区域模型和城市地下空间模型进行融合；
其次，还包括2)地质区域表层建模和城市地下空间表层建模步骤，包括：
2.1)分别获取地质区域表层和城市地下空间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。
其中，由于城市地下空间表层上具有的突出物多，且形状和高度各异，因此在拍摄的过程中容易出现图片偏差，即出图形畸形的情况，为了保证拍摄图像的还原度高且连续拍摄的图像一致性高，因此需要对这些图像进行校正，因此，步骤2.1)中还包括对城市地下空间表层的拍摄数据进行校正的步骤，具体的包括：
2.1.1)基于连续的两个时刻，将两个时刻拍摄的图像记为第一表层图像和第二表层图像，并计算第一表层图像和第二表层图像的视角差，同时分别计算针对第一表层图像和第二表层图像的第一平均畸变角度和第二平均畸变角度；
2.1.2)利用第一平均畸变角度和第二平均畸变角度分别校正第一表层图像和第二表层图像；
2.1.3)基于校正后的第二表层图像、视角差及旋转计算公式，生成对应的旋转图像；
2.1.4)基于校正后的第一表层图像和旋转图像，计算两者之间的相关度，并基于相关度确定旋转中心，从而实现图像的旋转校正。
2.2)基于步骤2.1)中获取的地质区域表层和城市地下空间表层的深度数据和拍摄数据，分别进行转换得到两组表层建模点集合，每组表层建模点集合分别包括多个表层建模点，同时分别确定地质区域表层和城市地下空间表层，以及其对应的表层建模点的位置；
2.3)基于地质区域表层和城市地下空间表层，以及其对应的表层建模点的位置，分别构建地质区域表层和城市地下空间表层模型，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。
2.4)将地质区域表层和城市地下空间表层模型进行融合；
最后，包括3)三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合步骤：
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 (4)
1.一种三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合技术方法，其特征在于，其包括依次进行的如下步骤：
1)地质区域建模和城市地下空间建模步骤；
2)地质区域表层建模和城市地下空间表层建模步骤，包括：
2.1)获取地质区域表层的深度数据和拍摄数据；其中，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；
其中，还包括对城市地下空间表层的拍摄数据进行校正的步骤，具体的包括：
2.1.1)基于连续的两个时刻，将两个时刻拍摄的图像记为第一表层图像和第二表层图像，并计算第一表层图像和第二表层图像的视角差，同时分别计算针对第一表层图像和第二表层图像的第一平均畸变角度和第二平均畸变角度；
2.1.2)利用第一平均畸变角度和第二平均畸变角度分别校正第一表层图像和第二表层图像；
2.1.3)基于校正后的第二表层图像、视角差及旋转计算公式，生成对应的旋转图像；
2.1.4)基于校正后的第一表层图像和旋转图像，计算两者之间的相关度，并基于相关度确定旋转中心，实现旋转校正；
2.2)基于步骤2.1)中获取的地质区域表层和城市地下空间表层的深度数据和拍摄数据，分别进行转换得到两组表层建模点集合，每组表层建模点集合分别包括多个表层建模点，同时分别确定地质区域表层和城市地下空间表层，以及其对应的表层建模点的位置；
2.3)基于地质区域表层和城市地下空间表层，以及其对应的表层建模点的位置，分别构建地质区域表层和城市地下空间表层模型；
2.4)将地质区域表层和城市地下空间表层模型进行融合；
3)三维地质模型与城市地下空间三维模型的融合步骤：
所述步骤1)具体包括：
1.1)获取地质区域和城市地下空间的钻孔数据，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，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；
1.2)在同一类钻孔数据中，选择此类钻孔数据中的标准钻孔数据，计算此类钻孔数据中的其他钻孔数据与标准钻孔数据的异同值，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进行处理，转换得到多个建模点，基于建模点构建地质区域模型；
1.4)将地质区域模型和城市地下空间模型进行融合；
其中，步骤3)具体为将步骤1.4)中融合后的地质区域和城市地下空间模型以及步骤2.4)中融合后的地质区域表层和城市地下空间表层模型进行融合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2.1)中拍摄图像在拍摄视频的同一周期内进行具体为在同一个周期内拍摄图像和拍摄视频穿插进行。
3.如权利要求2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。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：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。
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