CN112685519B - 基于地质灾害地下岩层平面分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于地质灾害地下岩层平面分析方法。该方法包括步骤如下：S1：制作shapefile点格式文件；S2：导入数据；S3：空间分析运算；本发明无需人工进行绘制，完全实现自动化分析；用户可在任意处简单绘制一个多边形范围，即可获得想要的岩溶平面三维成像，方便快捷。

Description

基于地质灾害地下岩层平面分析方法

技术领域

本发明涉及电子地理信息处理技术领域，尤其涉及基于地质灾害地下岩层平面分析方法。

背景技术

地质体建模对于了解地下岩性和地质特征具有重要意义。由于区域性的地质体建模范围大，数据庞杂，建立地质体模型较为复杂。

目前，地质灾害地下岩层剖面分析按照数据来源可分两类：

第一类是基于钻孔数据建模，即直接将钻孔相关数据导入建模工具，自动生成地质体模型。该方法适用于大比例尺下的地质体建模，当在小比例尺下时，建模精度及准确度不高；

第二类基于剖面数据建模，即利用钻孔、物探等资料及专家知识布置、描绘剖面，再利用剖面建立地质体模型，模型的精度取决于布置剖面的数量，该方法不能较好的利用剖面线以外的地质数据，而且建模工作量较大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足而提供基于地质灾害地下岩层平面分析方法。该基于地质灾害地下岩层平面分析方法中用户可在任意处简单绘制一个多边形范围，即可获得想要的岩溶平面三维成像，方便快捷。

本发明的技术方案如下：

基于地质灾害地下岩层平面分析方法，该方法包括步骤如下：

S1：制作shapefile点格式文件：将勘探钻孔记录点图层利用ArcGIS桌面软件制作成支持(x,y,z)三个坐标轴的shapefile点格式文件，(x,y)用来表示在二维地平面上的经度和纬度坐标位置，z轴表示基于地球基准海平面的高度；

S2：导入数据：将勘探钻孔记录点导入到PostgreSQL空间数据库表中；

S3：空间分析运算：利用标准SQL及其PostGIS空间分析扩展函数支持进行空间分析运算，最后将地下岩层平面图显示于显示器上并标示出各字段的数据以及最终成像效果图。

上述步骤S3具体包括如下步骤：

S31：从Cesium三维地球上，利用其画线API接口，在勘探工程范围内任意位置绘制一个多边形范围，依次输入起点、第2点、第3点···闭合点，从而构成一个多边形范围；

S32：将上述多边形坐标转用WKT规范表述，并通过HTTP请求传输到服务器接口进行分析处理；

S33：服务器接收到上述多边形范围后，首先筛选出位于多边形范围内的所有钻孔样本数据记录；然后再沿着多边形的起点，把每个拐点处的钻孔样本数据记录也分析出来。

上述字段包括钻孔编号、地质时代、地质成因、孔口标高、底层标高、底层深度、分层厚度、分层序号、岩土编号、岩土类别、岩土名称以及颜色等。

本发明的有益效果：

1.无需人工进行绘制，完全实现自动化分析；

2.用户可在任意处简单绘制一个多边形范围，即可获得想要的岩溶平面三维成像，方便快捷。

附图说明

图1为本发明勘探工程钻孔记录点示意图；

图2为本发明基于地质灾害地下岩层剖面图；

图3为三角剖分定义示意图；

图4为Delaunay三角剖分示意图(左侧图不符合空圆特性，右侧图符合空圆特性)；

图5为Delaunay三角网剖分算法具体实现示意图；

图6为本发明最终成像后的岩溶土层平面三维效果示意图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明，现结合实施例及附图作进一步的说明。

如图1至5所示，基于地质灾害地下岩层平面分析方法，该方法包括步骤如下：

(1)将勘探钻孔记录点图层利用ArcGIS桌面软件制作成支持(x,y,z)三个坐标轴的shapefile点格式文件，(x,y)用来表示在二维地平面上的经度和纬度坐标位置，z轴表示基于地球基准海平面的高度；

表1：shapefile格式数据表

勘探钻孔记录点图层各主要字段说明：

gcmc–勘探工程名称；

dirllcode-钻孔编号；

kkbg-孔口标高；

zksd-钻孔深度；

zklx-钻孔类型；

x-x坐标；

y-y坐标；

dzsd-地质时代；

dzcy-地质成因；

cdsd-底层深度；

cdbg-底层标高；

fchd-分层厚度；

fcxh-分层序号；

ytbh-岩土编号；

ytlm-岩土类别；

color-岩土颜色(用RGB值表示)。

其中，地质时代和地质成因这两个字段组合确定岩溶地层标准数据记录的唯一性。

(2)将勘探钻孔记录点导入到PostgreSQL空间数据库表中，此处设导入后的表名为drillRecord；从Cesium三维地球上，利用其画多边形的API接口，在勘探钻孔记录工程范围内任意位置绘制一个多边形范围，依次输入起点、第2点、第3点···闭合点(即回到起点)，构成一个多边形范围，此处假设输入的是一块矩形，坐标点为[114.02 22.54,114.0422.54,114.02 22.50,114.02 22.50,114.02 22.54]，如图5中矩形所示：将这个多边形的坐标[114.02 22.54,114.04 22.54,114.02 22.50,114.02 22.50,114.02 22.54]转用WKT规范表达，即“POLYGON((114.02 22.54,114.04 22.54,114.02 22.50,114.02 22.50,114.02 22.54))”并通过HTTP请求传输到后台服务接口进行分析处理；服务器接收到这个多边形范围后，首先筛选出位于多边形范围内的所有钻孔样本数据记录，如图5中所示的D5、D6、D7和D8四个钻孔样本记录；然后再沿着多边形的起点，把每个拐点处的钻孔样本数据记录也分析出来，如图5中所示的P1～P4四个拐点对应的钻孔样本数据记录为D1～D4。

其中，针对某个拐点取钻孔样本数据的算法，可利用标准SQL及PostGIS空间分析扩展函数来进行运算。

具体的，针对每一个拐点，如“起点P1”，分别与钻孔记录表中的每一个钻孔坐标位置进行平面直线距离计算，然后将所有钻孔记录按计算后的直线距离从小到大排序，最后取出第一条钻孔记录，就是距离“起点P1”直线距离最短的钻孔记录。由于这个钻孔是离我们待测的“起点P1”坐标点最近的，因此，我们就可以认为这个钻孔采样信息点就代表了我们待测“起点P1”坐标点的样本数据。

表2：符合某钻孔编号的地质信息结果示意表

dr_id	drillcode	gcmc	kkbg	zksd	zklx	x	y	ytbh
									1	Z131K1	知已工业区园	24.12	17.6	标准贯入试验孔	114.4227531	22.6273377	2-1
1	Z131K1	知已工业区园	24.12	17.6	标准贯入试验孔	114.4227531	22.6273377	2-2
									1	Z131K1	知已工业区园	24.12	17.6	标准贯入试验孔	114.4227531	22.6273377	2-3
1	Z131K1	知已工业区园	24.12	17.6	标准贯入试验孔	114.4227531	22.6273377	2-4

以上示意结果表明，钻孔“Z131K1”编号对应有四种图层，分别为“人工填土、粉质粘土、粉质粘土、微风化灰岩”。

为了区分不同图层，计算机成像时，可以针对每一种图层定义成一个标准颜色，也就是表中的“rock_color”字段。如此处找到的岩溶地层对应的“岩土编号(ytbh)”为“2-1”的地质层颜色为“29,29,29”，其中，每个逗号分隔的一组数字对应RGB值中的一个值，分解一下即R＝29，G＝29，B＝29。

根据上面的步骤方法，可以依次把所有钻孔下的所有地质层数据全部运算出来。

最终的结果表所含有的字段有：钻孔编号(dirllcode)、地质时代(dzsd)、地质成因(dzcy)、孔口标高(kkbg)、底层标高(cdgb)、底层深度(cdsd)、分层厚度(fchd)、分层序号(fcxh)、岩土编号(ytbh)、岩土类别(ytlm)、岩土名称(ytmc)、rock_color(颜色RGB代码)。

特别需要说明的是，其中几个主要字段的含义如下：

孔口标高(kkbg)：基于大地海平面的标高，即钻孔最顶端紧贴地面的孔口处标高；

底层标高(cdbg)：基于大地海平面的标高，即岩溶每一土层的底部标高；

底层深度(cdsd)：基于孔口处的相对深度；

分层厚度(fchd)：岩溶每一土层的厚度。

底层深度(cdsd)＝孔口标高(kkbg)-底层标高(cdgb)；

分层厚度(fchd)＝当前行底层深度(cdsd)-上一行底层深度(cdsd)；其中，第一行时减0。

以上各字段在图形上的含义，如图2所示。

(3)由于每一个钻孔采样后得岩溶土层都不尽相同，所以在构造每层土层的平面三角网之前，需要综合所有钻孔的土层分布情况，然后确保每一个钻孔都有对应的土层信息。具体方法如下：

假设以表1为参考，从这个表里面的“ytlm”字段综合起来统计，一共包含了“粗砾砂、粉质粘土、微风化灰岩、卵石、人工填土”五种岩溶土层类型；

根据这五种类型，逐个钻孔去比对，若某个钻孔A没有对应的土层类型，那么就要从离这个钻孔最近的另一个有该土层类型的钻孔B上去拿，并将该土层类型信息插到这个钻孔A上来作为钻孔A的补充；

经过以上两个步骤处理完后，所有钻孔都将拥有完整的五种类型土层信息；

根据五种岩溶类型，从每一个钻孔对应的土层信息中，进行平面三角网计算，以“人工填土“土层并结合表1为例，具体步骤如下：

从表1中统计出钻孔数量，可得一共有四个钻孔，分别为“Z131K1、Z131K2、Z136K2、Z137K1”；

分别把每一个钻孔“人工填土”的(x，y，z)坐标计算出来，其中x，y可以直接取得，z值计算公式为z＝层底标高(cdbg)+分层厚度(fchd)，最后得出“人工填土”各钻孔对应的坐标如下：

Z131K1：x＝114.4227531,y＝22.6273377,z＝20.12+4＝24.12

Z131K2：x＝114.4230000,y＝22.6273410,z＝22.72+1.9＝24.62

Z136K2：x＝114.4289027,y＝22.6227059,z＝30.04+2＝32.04

Z137K1：x＝114.4199399,y＝22.6378821,z＝28.31+0.5＝28.81

用同样的方法，把每层岩溶土层对应的所有钻孔的(x，y，z)坐标都计算出来。

(4)以“人工填土”岩溶土层为例，采用如图3所示Delaunay三角网剖分算法进行平面三角网计算。

三角剖分定义：

假设V是二维实数域上的有限点集，边e是由点集中的点作为端点构成的封闭线段,E为e的集合。那么该点集V的一个三角剖分T＝(V,E)是一个平面图G，该平面图满足以下条件：

除了端点，平面图中的边不包含点集中的任何点；

没有相交边；

平面图中所有的面都是三角面，且所有三角面的合集是散点集V的凸包。

Delaunay三角剖分定义如图4所示：

假设E中的一条边e(两个端点为a,b)，e；

若满足下列条件，则称之为Delaunay边：存在一个圆经过a,b两点，圆内(注意是圆内，圆上最多三点共圆)不含点集V中任何其他的点，这一特性又称空圆特性；如果点集V的一个三角剖分T只包含Delaunay边，那么该三角剖分称为Delaunay三角剖分。

具体实现：

构造一个超级三角形，包含所有散点，放入三角形链表；

将点集中的散点依次插入，在三角形链表中找出外接圆包含插入点的三角形(称为该点的影响三角形)，删除影响三角形的公共边，将插入点同影响三角形的全部顶点连接起来，完成一个点在Delaunay三角形链表中的插入；

根据优化准则对局部新形成的三角形优化。将形成的三角形放入Delaunay三角形链表；

循环执行上述第2步，直到所有散点插入完毕；

把最终完成后的三角形链表数据，按照[x1,y1,z1,x2,y2,z2,x3,y3,z3…]的组织结构传递给前端渲染页面，并利用Cesium的三角面绘制api，按照三个一组的数据顺序，依次绘制即可得到每一个岩溶土层的平面三维图像；

以上算法的关键的第2步图5所示。

图6为最终成像后的岩溶土层平面三维效果示意图。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.基于地质灾害地下岩层平面分析方法，其特征在于：该方法包括步骤如下：

S1：制作shapefile点格式文件：将勘探钻孔记录点图层利用ArcGIS桌面软件制作成支持(x,y,z)三个坐标轴的shapefile点格式文件，(x,y)用来表示在二维地平面上的经度和纬度坐标位置，z轴表示基于地球基准海平面的高度；

S2：导入数据：将勘探钻孔记录点导入到PostgreSQL空间数据库表中；

S3：空间分析运算：利用标准SQL及其PostGIS空间分析扩展函数支持进行空间分析运算，最后将地下岩层平面图显示于显示器上并标示出各字段的数据以及最终成像效果图；

所述步骤S3具体包括如下步骤：

S31：从Cesium三维地球上，利用其画线API接口，在勘探工程范围内任意位置绘制一个多边形范围，依次输入起点、第2点、第3点···闭合点，从而构成一个多边形范围；

S32：将上述多边形范围的各个坐标转用WKT规范表述，并通过HTTP请求传输到服务器接口进行分析处理；

S33：服务器接收到上述多边形范围后，首先筛选出位于多边形范围内的所有钻孔样本数据记录；然后再沿着多边形的起点，把每个拐点处的钻孔样本数据记录也分析出来。

2.根据权利要求1所述基于地质灾害地下岩层平面分析方法：其特征在于：所述字段包括钻孔编号、地质时代、地质成因、孔口标高、底层标高、底层深度、分层厚度、分层序号、岩土编号、岩土类别、岩土名称以及颜色。

Images