CN111899341B - 长大带状线性工程三维地质快速建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种长大带状线性工程三维地质快速建模方法，所述方法包括以下步骤：获取基础数据；划分建模单元；绘制勘探剖面草图；线框模型建模；地质界面建模；地质体建模；特殊地质体建模；地质体后处理；三维地质模型总装。本发明通过深度解析线路线条的曲线要素数据，实现对地质建模区域的快速精准分块；通过提前预设共享剖面保证地质体块接头处地层的联系性；针对复杂特殊结构地质体，采用了灵活、快捷的交互式建模方式，极大提高建模效率，解决了手工无法创建的问题；本发明为多人开展地质建模的协同问题提供解决方案，依照此方法可开展大规模地质建模工作，提高工作效率，保证建模质量。

Description

长大带状线性工程三维地质快速建模方法

技术领域

本发明涉及工程地质勘查技术领域，具体涉及一种长大带状线性工程三维地质快速建模方法。

背景技术

三维地质建模是在各种原始数据的基础上，以适当的数据模型建立地质特征的数学模型，通过对地质体的几何形态、地质体间的关系和物性特征的计算机模拟，最后形成复杂整体三维模型的过程。三维地质建模可以直观地表达地质体的空间形态与特征，能够进行真三维的空间操作与分析，较大程度地促进地质信息的科学管理与共享，随着计算机技术的发展和三维地质建模技术的成熟，国外开发研制了许多较为成熟的商业化软件，但是既有的商用三维地质建模工具多是针对某个场区的三维地质建模且交互工作量大，难于满足线性工程快速高效的建模需求，在实际的工程应用方面，主要存在以下方面制约：

(1)建模效率问题。线性工程，尤其是铁路工程，一般项目均在百公里以上，一些长大干线达3～4百公里，在全线开展三维地质BIM设计的情况下，涉及建模规模宏大，同时工程建设的勘察设计节奏快、周期短，如何快速高效的完成整个项目的三维地质建模工作成为地质BIM推广应用的“首当其冲”的问题。

(2)建模质量问题。带状工程在具体实施过程中，由于建模工作量大，常常采取多人多段落分块实施方法，在建模过程中存在大量的地质体接头处，如何保证地质模型拼装后的地层联系性，也是影响建模质量的重要因素之一。

(3)特殊地质体建模难度大的问题。透镜体、溶洞群、滑坡及崩塌等特殊地质体，由于其空间形态的复杂性以及不确定性，难于用简单的平移旋转等操作完成建模，特殊地质体的建模工作严重制约地质建模效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种长大带状线性工程三维地质快速建模方法，满足长大带状线性工程建模效率以及建模质量的要求。

本发明所采用的技术方案为：

长大带状线性工程三维地质快速建模方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤001、获取基础数据；

步骤002、划分建模单元；

步骤003、绘制勘探剖面草图；

步骤004、线框模型建模；

步骤005、地质界面建模；

步骤006、地质体建模；

步骤007、特殊地质体建模；

步骤008、地质体后处理；

步骤009、三维地质模型总装。

步骤001中，基础数据包括开展某一项目的地质建模的地形模型、调绘数据、勘探数据、线路实体、线路曲线要素数据；

地形模型为Grid或Tin格式的网格模型；

调绘数据是通过现场实际调绘工作，采集的各类地质界线信息，包括：地层岩性、地质构造、不良地质、特殊岩土的内容；

勘探数据是采用各种勘探手段揭示的地表以下的地层岩性、构造、岩土特征、水文地质特征数据；

线路实体为线路实体对象，包括线条、里程标注、线路参数；

线路曲线要素数据主要包括曲线表、坡度表和断链表。

步骤002具体为：

1)划分建模单元，设置公共剖面：将一个项目划分为N个建模单元，扣除项目起点和终点，共设置N-1个共享剖面；

2)划分建模子单元，设置公共剖面：将一个建模单元划分为N’个建模子单元，扣除单元起点和终点，共设置N’-1个共享剖面；

3)确定克里金插值边界：针对每个建模子单元，设置克里金插值边界，共设置N’个插值边界，每个插值边界为封闭多边形，其中克里金插值边界范围需大于建模子单元范围；

4)划分若干体积块：在每个建模子单元内，可以划分M个体积块。全线体块共计N×N’×M个。每个体积块通过垂直拉伸封闭多边形创建，体积块顶标高、底标高通过人机交互方式设置，其中顶标高需大于该区域地形面标高的最大值；

5)布尔运算形成地形体块；将体积块逐个与地形模型进行布尔剪切，将体积块一分为二，删除地形面以上地形体，保留地形面以下地形体；

6)以上1)～4)步均利用冠号、里程及偏移量实现封闭多边形的快速精准绘制。方法如下：加载线路曲线要素数据，通过交点法解析线路数据，输入起点和终点的冠号、里程、左右侧偏移量，绘制一个封闭多边形，该多边形两端与线路线条垂直、上下两边与线路线条平行。

步骤003具体为：

1)绘制勘探线：

A，参数化绘制地质纵断面勘探线，输入起点和终点的冠号、里程，通过交点法解析线路数据，重构线路平面线条，截取起点和终点之间的线路线条并转化为线串，实现A类勘探线的快速精准绘制；

B，参数化绘制地质横断面勘探线，输入横断面勘探线与线路线条交点的冠号、里程、左右偏移量，通过空间旋转平移确定左偏移点和右偏移点，连接左右偏移点形成直线，实现B类勘探线的快速精准绘制；

C，人机交互绘制任意地质剖面勘探线；

2)绘制勘探线剖面图：

设置水平向比例尺和垂直向比例尺，通过三维到二维的空间坐标转换，水平向标注冠号和里程信息，垂直向标注高程信息，同时加载勘探线附近一定距离钻孔的分层信息，并在剖面图上标注与平面地质调绘相对应的分界点信息，以及与相交勘探线交点以下的分层信息，完成勘探线剖面图及地质数据源的准备工作；

3)绘制地层界线：

通过人工解译或者计算机辅助的方式完成各类地质界线的绘制，然后对各类地质界线进行数据点加密，最后给地质界线添加空间分组属性，空间分组即同一种性质的地层岩性，在空间位置中从上至下重复出现时，在三维设计时应赋于不同的空间分组编号，即地层岩性编号+空间分组编号。

步骤004具体为：

通过空间坐标转换，将勘探剖面草图的各类地质界线从二维空间批量转换到三维空间中；然后再录入与该建模子单元相邻的共享剖面。

步骤005具体为：

1)A，贯通型地质界面建模：提取线框模型中同一空间分组内的地质界线，再提取界线上的点集合，通过克里金插值算法形成边界范围内中的地质界面，地质界面类型包括主层地质界面、风化界面、地下水位面；

2)B，局部型地质界面建模：先通过克里金插值算法生成覆盖层的底面，然后将二维覆盖层边界即Z＝0先平行扩大△x，将扩大后的封闭边界投影到地形面上，再将投影线垂直向上抬升△y，最后用覆盖层底面与抬升后的边界线进行点网格重构，形成一个穿透体的地形面，该类型地质界面包括冲洪积地层底界面、覆盖层底界面；

3)C，大倾角地质界面建模：大倾角地质界面包括出露型和非出露型，出露型为地表有迹线，例如断层、裸露基岩界面；非出露型为迹线被土层覆盖，地表无迹线出露；

(1)出露型大倾角地质界面建模方法有：a，扫略法；b，参数创建法；

①a，扫略法：利用线框模型地质界线沿出露的三维迹线扫略形成空间曲面，调整空间曲面形态，保证穿透地形体块，最后转换为网格面；

②b，参数创建法：输入地质界面的产状、选择出露的三维迹线，在三维迹线中等步长拾取若干个点，绘制线框模型的地质界线，自动拟合生成空间曲面，通过人机交互拉伸该空间曲面，保证穿透地形体块，最后转换为网格面，完成大倾角地质界面的创建，主要类型包括：断层界面、较陡的岩层界面；

(2)非出露型大倾角地质界面建模方法：首先将线框模型中的地质界线延伸至地表，然后推演出地表的出露迹线，最后利用扫略法或者参数创建法生成地质界面；

4)判断生成的地质界面是否符合地质规律，如果符合，则开展地质体建模；如果不符合，则返回到绘制勘探剖面草图中，调整地质界线，只到满足要求为止。

步骤006具体为：

将地质界面与地形体进行布尔运算，形成包围体；剪切顺序先主后次，先生成地层岩性的时代分层，再生成岩性分层，最后生成岩性的不同状态分层。

步骤007具体为：

1)A，透镜体形态地质体：首先将透镜体线框模型的上边界线绕垂直平分线等弧度旋转180°，即将上边界线串旋转复制n份，每份旋转角度为180°/n，提取透镜体线框模型的上边界线的点集，利用点网格重构，形成狄洛尼三角网，即透镜体上部地质界面；利用相同方法生成透镜体下部地质界面，最后将透镜体的上下边界通过网格缝合，形成网格包围体；

2)B，溶洞群、地下暗河：在勘探剖面草图中绘制溶洞群或者地下暗河的洞轴线，通过空间坐标转换，形成三维空间中的洞轴线，通过人机交互绘制洞轴线某点处的溶洞剖面，即封闭的多边形，将沿洞轴线的多个封闭多边形拟合成封闭曲面，然后再转换为网格包围体，最后形成溶洞群或者地下暗河模型；

3)C，滑坡、崩塌的不良地质：通过绘制快速辅助剖面，绘制不良地质底面界线，加密底面界线形成点集，转化到三维空间，通过克里金插值形成覆盖层底面，再通过不良地质封闭边界切割地形面，形成覆盖层顶面，将底面与顶面通过网格缝合，形成网格包围体。

步骤008具体为：

1)地质体赋属性：通过人机交互方式给地质体添加多维度地质信息，主要包括：地层岩性、地质构造、地下水、不良地质；

2)地质体赋材质：通过人机交互或计算机辅助方式给地质体添加真实材质；

3)地质体三维标注：获取地质体的基本属性信息，包括地层、成因、岩性、风化、断层名称的字段，将字符串标注信息通过人机交互方式标注于地质体侧面，字符串垂直于XOY平面，字符串走向基本与线路走向平行，然后将字符串炸开，垂直拉伸一定厚度，将字符串转换为三维实体。

步骤009具体为：

1)子单元模型的拼装：将N’个子单元模型拼装后，形成1个单元模型；

2)单元模型的拼装：将N个单元地质模型拼装后，形成1个项目模型，最终完成全线三维地质模型的拼装工作；

3)模型拼装方法如下：创建一个主文件，将子单元模型参考、合并到主文件，完成每个单元模型的拼装；再创建一个主文件，将每个单元地质模型参考、合并到主文件，完成一个项目模型的拼装。

本发明具有以下优点：

(1)针对长大带状线性工程地质条件复杂、建模规模大的特点，通过与线路曲线要素数据的深度集成，实现对地质建模区域的快速精准分块、地质勘探剖面的快速绘制，缩短了地质建模数据前处理的所消耗的时间。

(2)通过提前预设共享剖面保证地质体块接头处地层的联系性，保证了带状工程地质建模质量。

(3)针对复杂特殊结构地质体，采用了灵活、快捷的交互式建模方式，提高建模效率，解决了手工无法创建的问题。

(4)通过对地质模型的后处理及拼装，实现地质模型美观真实的展示，并具备完整的地质属性信息，达到带状工程三维地质模型交付标准，为BIM模型的全生命周期应用提供数据基础。

(5)本发明为多人开展地质建模的协同问题提供解决方案，依照此方法可开展大规模地质建模工作，提高工作效率，保证建模质量。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明针对长大带状线性工程地质条件复杂、建模规模大的特点，提供了一种满足建模效率以及建模质量的三维地质快速建模方法。通过深度解析线路线条的曲线要素数据，实现对地质建模区域的快速精准分块；通过提前预设共享剖面保证地质体块接头处地层的联系性；针对复杂特殊结构地质体，采用了灵活、快捷的交互式建模方式，极大提高建模效率，解决了手工无法创建的问题。本发明为多人开展地质建模的协同问题提供解决方案，依照此方法可开展大规模地质建模工作，提高工作效率，保证建模质量。

所述方法具体包括以下步骤：

步骤001、基础数据处理；具体为：开展某一项目的地质建模的基础数据有地形模型、调绘数据、勘探数据、线路实体、线路曲线要素数据。地形模型为Grid或Tin格式的网格模型，调绘数据是通过现场实际调绘工作，采集的各类地质界线信息，包括：地层岩性、地质构造、不良地质、特殊岩土等内容。勘探数据是采用各种勘探手段揭示的地表以下的地层岩性、构造、岩土特征、水文地质特征等，以钻探为主。线路实体为线路实体对象，包括线条、里程标注、线路参数等；线路曲线要素数据主要包括曲线表、坡度表和断链表。

步骤002、划分建模单元；具体为：

1)划分建模单元，设置公共剖面：将一个项目划分为N个建模单元，扣除项目起点和终点，共设置N-1个共享剖面(shareProfile)；

2)划分建模子单元，设置公共剖面：将一个建模单元划分为N’个建模子单元，扣除单元起点和终点，共设置N’-1个共享剖面(shareProfile)；

3)确定克里金(kriging)插值边界：针对每个建模子单元，设置克里金(kriging)插值边界，共设置N’个插值边界，每个插值边界为封闭多边形(shape)，其中kriging插值边界范围需大于建模子单元范围。

4)划分若干体积块：在每个建模子单元内，可以划分M个体积块。全线体块共计N×N’×M个。每个体积块通过垂直拉伸封闭多边形创建，体积块顶标高(maxZ)、底标高(minZ)通过人机交互方式设置，其中顶标高需大于该区域地形面标高的最大值(max)。

5)布尔运算形成地形体块；将体积块逐个与地形模型进行布尔剪切，将体积块一分为二，删除地形面以上地形体，保留地形面以下地形体。

6)以上1)～4)步均利用冠号、里程及偏移量实现封闭多边形(shape)的快速精准绘制。方法如下：加载线路曲线要素数据，通过交点法解析线路数据，输入起点(starPoint)和终点(endPoint)的冠号、里程、左右侧偏移量，绘制一个封闭多边形(shape)，该多边形两端与线路线条垂直、上下两边与线路线条平行。

步骤003、绘制勘探剖面草图；具体为：勘探剖面包括以下三种类型：A，地质纵断面勘探线；B，地质横断面勘探线；C任意地质剖面勘探线。

1)绘制勘探线：

A，参数化绘制地质纵断面勘探线，输入起点(starPoint)和终点(endPoint)的冠号、里程，通过交点法解析线路数据【计算原理与步骤002,6)一致】，重构线路平面线条，截取起点和终点之间的线路线条并转化为线串(lineString)，实现A类勘探线的快速精准绘制；

B，参数化绘制地质横断面勘探线，输入横断面勘探线与线路线条交点(intersectPoint)的冠号、里程、左右偏移量，通过空间旋转平移确定左偏移点(leftOffsetPoint)和右偏移点(rightOffsetPoint)，连接左右偏移点形成直线(line)，实现B类勘探线的快速精准绘制；

C，人机交互绘制任意地质剖面勘探线；

2)绘制勘探线剖面图，设置水平向比例尺(xScale)和垂直向比例尺(yScale)，通过三维(3Dmodel)到二维(2Dmodel)的空间坐标转换，水平向标注冠号和里程信息，垂直向标注高程信息，同时加载勘探线附近一定距离(distance)钻孔的分层信息，并在剖面图上标注与平面地质调绘相对应的分界点信息，以及与相交勘探线交点以下的分层信息，完成勘探线剖面图及地质数据源的准备工作；

3)绘制地层界线。通过人工解译或者计算机辅助的方式完成各类地质界线的绘制，然后对各类地质界线进行数据点加密，最后给地质界线添加空间分组属性，空间分组即同一种性质的地层岩性，在空间位置中从上至下重复出现时，在三维设计时应赋于不同的空间分组编号，即地层岩性编号+空间分组编号。

步骤004、线框模型建模；具体为：通过空间坐标转换，将勘探剖面草图的各类地质界线从二维空间(2Dmodel)批量转换到三维空间(3Dmodel)中；然后再录入与该建模子单元相邻的共享剖面(shareProfile)；

步骤005、地质界面建模；具体为：地质界面分三种类型：A，贯通型地质界面；B，局部型地质界面；C，大倾角地质界面。通过克里金(kriging)插值算法或者扫略形成空间曲面(surface)形成各类地质界面。

1)A，贯通型地质界面建模：提取线框模型中同一空间分组内的地质界线(lineString)，再提取界线上的点集合(points)，通过克里金(kriging)插值算法形成边界【来源于步骤002,3)】范围内中的地质界面，地质界面类型包括主层地质界面、风化界面、地下水位面等；

2)B，局部型地质界面建模：先通过克里金(kriging)插值算法生成覆盖层的底面，然后将二维覆盖层边界(Z＝0)先平行扩大△x，将扩大后的封闭边界投影到地形面mesh上，再将投影线垂直向上抬升△y，最后用覆盖层底面与抬升后的边界线进行点网格重构，形成一个穿透体的mesh面，该类型地质界面包括冲洪积地层底界面、覆盖层底界面等；

3)C，大倾角地质界面建模：大倾角地质界面包括出露型和非出露型，出露型为地表有迹线，例如断层、裸露基岩界面等；非出露型为迹线被土层覆盖，地表无迹线出露。

(1)出露型大倾角地质界面建模方法有a，扫略法；b，参数创建法。

①a，扫略法：利用线框模型地质界线沿出露的三维迹线扫略形成空间曲面(surface)，调整空间曲面形态，保证穿透地形体块，最后转换为网格面(mesh)；

②b，参数创建法：输入地质界面的产状(示例：NαE/βS)、选择出露的三维迹线(lineString)，在三维迹线中等步长拾取若干个点(points)，绘制线框模型的地质界线，自动拟合生成空间曲面(surface)，通过人机交互拉伸该空间曲面，保证穿透地形体块，最后转换为网格面(mesh)，完成大倾角地质界面的创建，主要类型包括：断层界面、较陡的岩层界面等；

(2)非出露型大倾角地质界面建模方法：首先将线框模型中的地质界线延伸至地表，然后推演出地表的出露迹线，最后利用扫略法或者参数创建法生成地质界面；

4)判断生成的地质界面是否符合地质规律，如果符合，则开展地质体建模；如果不符合，则返回到绘制勘探剖面草图中，调整地质界线，只到满足要求为止；

步骤006、地质体建模；具体为：将地质界面与地形体进行布尔运算，形成mesh包围体。剪切顺序先主后次，先生成地层岩性的时代分层，再生成岩性分层，最后生成岩性的不同状态分层；

步骤007、特殊地质体建模；具体为：特殊地质体主要包括：A，透镜体形态地质体；B，溶洞群、地下暗河；C，滑坡、崩塌等不良地质体；

1)A，透镜体形态地质体：首先将透镜体线框模型的上边界线(lineString)绕垂直平分线等弧度旋转180°，即将lineString旋转复制n份，每份旋转角度为180°/n，提取透镜体线框模型的上边界线(lineString)的点集，利用点网格重构，形成狄洛尼(Delaunay)三角网，即透镜体上部地质界面(mesh)；利用相同方法生成透镜体下部地质界面(mesh)，最后将透镜体的上下边界通过网格缝合(stitch)，形成网格包围体(mesh)。

2)B，溶洞群、地下暗河：在勘探剖面草图(2Dmodel)中绘制溶洞群或者地下暗河的洞轴线，通过空间坐标转换，形成三维空间(3Dmodel)中的洞轴线(lineString)，通过人机交互绘制洞轴线某点处的溶洞剖面，即封闭的多边形(shape)，将沿洞轴线的多个封闭多边形(shape)拟合成封闭曲面(surface)，然后再转换为网格包围体(mesh)，最后形成溶洞群或者地下暗河模型。

3)C，滑坡、崩塌等不良地质：通过绘制快速辅助剖面，绘制不良地质底面界线(lineString)，加密底面界线形成点集(points)，转化到三维空间，通过克里金(kriging)插值形成覆盖层底面，再通过不良地质封闭边界(shape)切割地形面，形成覆盖层顶面，将底面与顶面通过网格缝合(stitch)，形成网格包围体(mesh)；

步骤008、地质体后处理；具体为：主要包括以下三部分内容：

1)地质体赋属性：通过人机交互方式给地质体添加多维度地质信息，主要包括：地层岩性、地质构造、地下水、不良地质等；

2)地质体赋材质：通过人机交互或计算机辅助方式给地质体添加真实材质；

3)地质体三维标注：获取地质体的基本属性信息，包括地层、成因、岩性、风化、断层名称等字段，将字符串(string)标注信息通过人机交互方式标注于地质体侧面，字符串(string)垂直于XOY平面，字符串走向基本与线路走向平行，然后将字符串炸开(drop)，垂直拉伸一定厚度(thickness)，将字符串转换为三维实体(smartSolid)；

步骤009、三维地质模型总装；具体为：主要分为1)～2)两步，

1)子单元模型的拼装：将N’个子单元模型拼装后，形成1个单元模型；

2)单元模型的拼装：将N个单元地质模型拼装后，形成1个项目模型，最终完成全线三维地质模型的拼装工作；

3)模型拼装方法如下：创建一个主文件，将子单元模型参考、合并到主文件，完成每个单元模型的拼装。再创建一个主文件，将每个单元地质模型参考、合并到主文件，完成一个项目模型的拼装。

为更进一步说明本方法，以连接陕西省东南部和湖北省西北部某高铁项目为例，实施长大带状线性工程三维地质快速建模方法，具体步骤如下：

S1、基础数据处理；

在开展三维地质建模设计之前，需收集的资料有：地形模型(1：2000DEM)、调绘数据(DWG格式)、勘探数据(MDB格式)、线路身体(DWG格式)、线路曲线要素数据(MDB格式)。线路曲线要素数据主要涉及曲线表、坡度表和断链表。

S2、划分建模单元：

本项目全线约260km，划分为10个建模单元，每建模单元长度20～30km，共设置9个单元与单元之间的共享剖面；每个建模单元依照工程设置情况、地貌特征或者地质特征设置N’个建模子单元，此时设置的共享剖面的个数为N’-1个；确定克里金插值边界，在每个子单元内建立M个体积块；将体积块与地形模型进行布尔剪切形成初始地形体；以上封闭多边形的绘制方法均为参数驱动，加载线路曲线要素数据表，输入起终点冠号、里程、偏移量(示例：起点DK10+000、左侧100m、右侧100m；终点DK11+000、左侧100m、右侧100m，形成长1000m，宽幅200m封闭多边形)，快速绘制封闭多边形。

S3、绘制勘探剖面草图：

一般一个建模子单元内剖面类型包括地质纵断面勘探线、地质横断面勘探线以及任意地质剖面勘探线。通过输入起终点冠号、里程(示例：起点DK1+100，终点DK2+100)，实现纵断面勘探线绘制；通过横断面与纵断面勘探线交点冠号、里程、偏移量(示例：交点DK1+500、左侧50m，右侧50m)，实现横断面勘探线绘制；任意地质剖面勘探线通过人机交互方式绘制。

绘制勘探剖面图。先设置水平向比例尺(示例：1:5000)和垂直向比例尺(1:1000)，通过三维到二维的空间坐标转换，水平向标注冠号里程，垂直向标注高程，同时加载勘探线附近一定距离钻孔的分层信息，并在剖面图上标注与平面地质调绘相对应的分界点信息，以及与相交勘探线交点以下的分层信息，完成勘探线剖面图及地质数据源的准备工作。

绘制地层界线。通过人工解译或者计算机辅助的方式完成各类地质界线的绘制，然后对各类地质界线进行数据点加密，最后给地质界线添加空间分组属性(示例：空间分组编号：Q4al砂质黄土1、K1砂岩强风化1，最后一位阿拉伯数字为空间分组序号)。

S4、线框模型建模

通过空间坐标转换，将勘探剖面草图的各类地质界线从二维空间(2Dmodel)批量转换到三维空间(3Dmodel)中，然后再录入与该建模子单元相邻的共享剖面(shareProfile)，形成某一个建模子单元的线框模型。

S5、地质界面建模

地质界面主要包括三大类型：A，贯通型地质界面；B，局部型地质界面；C，大倾角地质界面。

A，贯通型地质界面建模：提取线框模型中同一空间分组内的地质界线(示例：所有属性为Q4al砂质黄土1的地质界线)，再提取界线上的点集合，通过克里金插值算法形成边界范围内中的地质界面，地质界面类型包括主层地质界面、风化界面、地下水位面等。

B，局部型地质界面：先通过克里金插值算法生成覆盖层的底面，然后将二维覆盖层边界进行扩大、投影、抬升、重构，形成一个穿透体的mesh面，该类型地质界面包括冲洪积地层底界面、覆盖层底界面等；

C，大倾角地质界面建模：

大倾角地质界面包括出露型和非出露型。

出露型大倾角地质界面建模方法有a，扫略法；b，参数创建法。

a，扫略法：利用线框模型地质界线沿出露的三维迹线扫略形成空间曲面(surface)，编辑空间曲面，保证穿透地形体块，最后转换为网格面(mesh)。

b，参数创建法：输入地质界面的产状(示例：N45°E/80°S)、选择出露的三维迹线，自动拟合生成空间曲面，编辑空间曲面，保证穿透地形体块，最后转换为网格面，完成大倾角地质界面的创建，主要类型包括：断层界面、较陡的岩层界面等；

非出露型大倾角地质界面建模方法：首先将线框模型中的地质界线延伸至地表，然后推演出地表的出露迹线，最后利用扫略法或者参数创建法生成地质界面；

判断生成的地质界面是否符合地质规律，如果符合，则开展地质体建模；如果不符合，则返回到绘制勘探剖面草图中，调整地质界线，只到满足要求为止；

S6、地质体建模

将各类地质界面与地形体进行布尔运算，形式mesh包围体。剪切顺序先生成主层、再生成亚层、最后生成次亚层。

S7、特殊地质体建模

特殊地质体主要包括：A，透镜体形态地质体；B，溶洞群、地下暗河；C，滑坡、崩塌等不良地质体；

A，透镜体形态地质体创建：首先将透镜体线框模型的上边界线旋转复制5份，每份旋转角度为36°，提取透镜体线框模型的上边界线的点集，利用点网格重构，形成狄洛尼三角网，即透镜体上部地质界面；利用相同方法生成透镜体下部地质界面，最后将透镜体的上下边界通过网格缝合，形成透镜体包围体。

B，溶洞群、地下暗河建模：在勘探剖面草图中绘制溶洞群或者地下暗河的洞轴线，通过空间坐标转换，形成三维空间中的洞轴线，通过人机交互绘制洞轴线某点处的溶洞剖面，即封闭的多边形，将沿洞轴线的多个封闭多边形拟合成封闭空间曲面，然后再转换为网格包围体，最后形成溶洞群或者地下暗河模型。

C，滑坡、崩塌等不良地质体建模：通过绘制快速辅助剖面，绘制不良地质底面界线，加密底面界线形成点集，转化到三维空间，通过克里金插值形成覆盖层底面，再通过不良地质封闭边界切割地形面，形成覆盖层顶面，将底面与顶面通过网格缝合，形成网格包围体；

S8、地质体后处理

地质体的后处理工作主要包括以下三部分内容：赋属性、赋材质、三维标注；添加的主要属性信息包括：定位码、最小构件编码(IFD)、时代、成因、岩土名称、潮湿程度、密实程度、塑性状态、风华程度、土石等级、基本承载力等；材质库主要为地层岩性的标准高清图片；三维标注为将文字转换为三维实体，并标注于地质体块合适位置，为将文字炸开后，沿文字走向的垂直方向拉伸一定厚度后，形成的三维实体。

S9、三维地质模型总装

创建一个主文件，将子单元模型参考、合并到主文件，完成每个单元模型的拼装。再创建一个主文件，将每个单元地质模型参考、合并到主文件，完成一个项目模型的拼装。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.长大带状线性工程三维地质快速建模方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤001、获取基础数据；

步骤002、划分建模单元；

步骤003、绘制勘探剖面草图；

步骤004、线框模型建模；

步骤005、地质界面建模；

步骤006、地质体建模；

步骤007、特殊地质体建模；

步骤008、地质体后处理；

步骤009、三维地质模型总装；

步骤001中，基础数据包括开展某一项目的地质建模的地形模型、调绘数据、勘探数据、线路实体、线路曲线要素数据；

地形模型为Grid或Tin格式的网格模型；

调绘数据是通过现场实际调绘工作，采集的各类地质界线信息，包括：地层岩性、地质构造、不良地质、特殊岩土的内容；

勘探数据是采用各种勘探手段揭示的地表以下的地层岩性、构造、岩土特征、水文地质特征数据；

线路实体为线路实体对象，包括线条、里程标注、线路参数；

线路曲线要素数据主要包括曲线表、坡度表和断链表；

步骤002具体为：

1）划分建模单元，设置公共剖面：将一个项目划分为N个建模单元，扣除项目起点和终点，共设置N-1个共享剖面；

2）划分建模子单元，设置公共剖面：将一个建模单元划分为N’个建模子单元，扣除单元起点和终点，共设置N’-1个共享剖面；

3）确定克里金插值边界：针对每个建模子单元，设置克里金插值边界，共设置N’个插值边界，每个插值边界为封闭多边形，其中克里金插值边界范围需大于建模子单元范围；

4）划分若干体积块：在每个建模子单元内，划分M个体积块；全线体块共计N×N’×M个；每个体积块通过垂直拉伸封闭多边形创建，体积块顶标高、底标高通过人机交互方式设置，其中顶标高需大于该区域地形面标高的最大值；

5）布尔运算形成地形体积块；将体积块逐个与地形模型进行布尔剪切，将体积块一分为二，删除地形面以上地形体，保留地形面以下地形体；

6）以上1）～4）步均利用冠号、里程及偏移量实现封闭多边形的快速精准绘制；方法如下：加载线路曲线要素数据，通过交点法解析线路数据，输入起点和终点的冠号、里程、左右侧偏移量，绘制一个封闭多边形，该多边形两端与线路线条垂直、上下两边与线路线条平行；

步骤003具体为：

1）绘制勘探线：

A，参数化绘制地质纵断面勘探线，输入起点和终点的冠号、里程，通过交点法解析线路数据，重构线路平面线条，截取起点和终点之间的线路线条并转化为线串，实现A类勘探线的快速精准绘制；

B，参数化绘制地质横断面勘探线，输入横断面勘探线与线路线条交点的冠号、里程、左右偏移量，通过空间旋转平移确定左偏移点和右偏移点，连接左右偏移点形成直线，实现B类勘探线的快速精准绘制；

C，人机交互绘制任意地质剖面勘探线；

2）绘制勘探线剖面图：

设置水平向比例尺和垂直向比例尺，通过三维到二维的空间坐标转换，水平向标注冠号和里程信息，垂直向标注高程信息，同时加载勘探线附近一定距离钻孔的分层信息，并在剖面图上标注与平面地质调绘相对应的分界点信息，以及与相交勘探线交点以下的分层信息，完成勘探线剖面图及地质数据源的准备工作；

3）绘制地层界线：

通过人工解译或者计算机辅助的方式完成各类地质界线的绘制，然后对各类地质界线进行数据点加密，最后给地质界线添加空间分组属性，空间分组即同一种性质的地层岩性，在空间位置中从上至下重复出现时，在三维设计时应赋于不同的空间分组编号，即地层岩性编号+空间分组编号；

步骤004具体为：

通过空间坐标转换，将勘探剖面草图的各类地质界线从二维空间批量转换到三维空间中；然后再录入与该建模子单元相邻的共享剖面；

步骤005具体为：

1）A，贯通型地质界面建模：提取线框模型中同一空间分组内的地质界线，再提取界线上的点集合，通过克里金插值算法形成边界范围内中的地质界面，地质界面类型包括主层地质界面、风化界面、地下水位面；

2）B，局部型地质界面建模：先通过克里金插值算法生成覆盖层的底面，然后将二维覆盖层边界即Z=0先平行扩大△x，将扩大后的封闭边界投影到地形面上，再将投影线垂直向上抬升△y，最后用覆盖层底面与抬升后的边界线进行点网格重构，形成一个穿透体的地形面，该类型地质界面包括冲洪积地层底界面、覆盖层底界面；

3）C，大倾角地质界面建模：大倾角地质界面包括出露型和非出露型，出露型为地表有迹线；非出露型为迹线被土层覆盖，地表无迹线出露；

（1）出露型大倾角地质界面建模方法有：a，扫略法；b，参数创建法；

a，扫略法：利用线框模型地质界线沿出露的三维迹线扫略形成空间曲面，调整空间曲面形态，保证穿透地形体块，最后转换为网格面；

b，参数创建法：输入地质界面的产状、选择出露的三维迹线，在三维迹线中等步长拾取若干个点，绘制线框模型的地质界线，自动拟合生成空间曲面，通过人机交互拉伸该空间曲面，保证穿透地形体块，最后转换为网格面，完成大倾角地质界面的创建，主要类型包括：断层界面、较陡的岩层界面；

（2）非出露型大倾角地质界面建模方法：首先将线框模型中的地质界线延伸至地表，然后推演出地表的出露迹线，最后利用扫略法或者参数创建法生成地质界面；

4）判断生成的地质界面是否符合地质规律，如果符合，则开展地质体建模；如果不符合，则返回到绘制勘探剖面草图中，调整地质界线，直到满足要求为止；

步骤006具体为：

将地质界面与地形体进行布尔运算，形成包围体；剪切顺序先主后次，先生成地层岩性的时代分层，再生成岩性分层，最后生成岩性的不同状态分层；

步骤007具体为：

1）A，透镜体形态地质体：首先将透镜体线框模型的上边界线绕垂直平分线等弧度旋转180°，即将上边界线串旋转复制n份，每份旋转角度为180° /n，提取透镜体线框模型的上边界线的点集，利用点网格重构，形成狄洛尼三角网，即透镜体上部地质界面；利用相同方法生成透镜体下部地质界面，最后将透镜体的上下边界通过网格缝合，形成网格包围体；

2）B，溶洞群、地下暗河：在勘探剖面草图中绘制溶洞群或者地下暗河的洞轴线，通过空间坐标转换，形成三维空间中的洞轴线，通过人机交互绘制洞轴线某点处的溶洞剖面，即封闭的多边形，将沿洞轴线的多个封闭多边形拟合成封闭曲面，然后再转换为网格包围体，最后形成溶洞群或者地下暗河模型；

3）C，滑坡、崩塌的不良地质：通过绘制快速辅助剖面，绘制不良地质底面界线，加密底面界线形成点集，转化到三维空间，通过克里金插值形成覆盖层底面，再通过不良地质封闭边界切割地形面，形成覆盖层顶面，将底面与顶面通过网格缝合，形成网格包围体；

步骤008具体为：

1）地质体赋属性：通过人机交互方式给地质体添加多维度地质信息，主要包括：地层岩性、地质构造、地下水、不良地质；

2）地质体赋材质：通过人机交互或计算机辅助方式给地质体添加真实材质；

3）地质体三维标注：获取地质体的基本属性信息，包括地层、成因、岩性、风化、断层名称的字段，将字符串标注信息通过人机交互方式标注于地质体侧面，字符串垂直于XOY平面，字符串走向基本与线路走向平行，然后将字符串炸开，垂直拉伸一定厚度，将字符串转换为三维实体；

步骤009具体为：

1）子单元模型的拼装：将N’个子单元模型拼装后，形成1个单元模型；

2）单元模型的拼装：将N个单元地质模型拼装后，形成1个项目模型，最终完成全线三维地质模型的拼装工作；

3）模型拼装方法如下：创建一个主文件，将子单元模型参考、合并到主文件，完成每个单元模型的拼装；再创建一个主文件，将每个单元地质模型参考、合并到主文件，完成一个项目模型的拼装。