CN113487735B - 一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统及方法 - Google Patents

一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统与方法，包括2/3D协同可视化模块和体‑面‑体式交互建模模块，2/3D协同可视化模块包括数据管理模块、数据分析模块和数据可视化模块，所述体‑面‑体式交互建模模块由关键剖面建立模块、2D地质解释要素描绘模块、2.5D多面体重磁正演控制模块和多剖面解释要素3D拼接模块组成，并在Windows环境下基于C#与VTK可视化工具包自主搭建，建模过程依据三维重磁数据定量物性反演结果由用户自主形成地质解释要素断层、层位及地质体，体现了与地球物理解释过程的良好衔接与关联，灵活性较强，可融合多源多参量重磁观测数据，实现三维地球物理模型建立。

Description

一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统及 方法
技术领域
本发明属于基于地球物理学多源多参量重磁数据的协同可视化与建模技术领域，尤其涉及一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统及方法。
背景技术
长久以来，重磁方法解释人员更加倾向于人机交互的解释过程，解释人员常用简单且规则的形体模拟复杂地质体，其中剖面(2D)重磁异常人机交互建模解释方法及系统是较为成熟与常见的。在三维重磁解释过程中需要不断地对地质体模型进行编辑修改，因此交互建模方法成为系统的关键问题。以往研究人员通过“裹皮”建模技术和橡皮膜建模技术利用三角形组成三维地质体模型。
还有将各个剖面多边形连接成体的建模方法，给出地质模型正演计算方法。
经过以往调研与分析，为了进一步满足资源勘查对地球物理勘探精细化解释的需求，现有可视化与建模系统欠缺的一些问题：
1.三维可视化表达方面，缺乏完善的三维建模及场景控制、丰富的模型信息提取和模型集成能力；
2.地质模型建立过程欠考虑地球物理影响因素，多为二维剖面数据人机交互建模方案，综合三维地质要素断层、层位、地质体和地球物理要素钻孔数据、地震数据、物性资料、地球物理解释数据协同建模及可视化手段少见；
3.现有开源系统缺乏对多源多类型数据的统一管理及方法技术配套，缺乏较完善的三维场景控制与解释数据交互；多数不支持二、三维观测与解释数据协同可视化，且响应速度较慢，造成解释人员使用不便捷。
发明内容
本发明以直观形象的可视化方式融合多源多参量地球物理数据于同一空间展示，在保留传统的定性、二维、静态特征表达形式基础上，增加了定量、三维、动态灵活特点，能充分表达其内在联系，实现多类型、多要素数据的可交互绘制与显示，满足对复杂地球物理模型三维展示用户需求，为准确快速掌握地质构造和多种属性分布提供科学依据，最终服务于目标地质体三维建模，解决了以上问题。
具体的，本发明是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统，包括2/3D协同可视化模块和体-面-体式交互建模模块；
其中，所述2/3D协同可视化模块包括数据管理模块、数据分析模块和数据可视化模块，所述数据管理模块通过树型多级展开模式完成对线源、面源、体源数据的管理，所述数据分析模块由浏览模块和编译模块组成，完成数据的分析作业，所述数据可视化模块完成对数据的3D共网络和单维度视角的可视化作业；
所述体-面-体式交互建模模块由关键剖面建立模块、2D地质解释要素描绘模块、2.5D多面体重磁正演控制模块和多剖面解释要素3D拼接模块组成，所述关键剖面建立模块完成地质关键剖面的建立操作，然后通过2D地质解释要素描绘模块、2.5D多面体重磁正演控制模块和多剖面解释要素3D拼接模块生成3D地球物理模型，完成3D模型的建立。
进一步的，所述线源具体是井中物性资料、井中重磁数据以及重磁剖面数据，所述面源具体是重磁测网数据，所述体源具体是3D反演数据体和3D解释属性体。
进一步的，所述数据可视化模块具体是对直线、曲线以及散点、等值平面、等值曲面以及阈值、栅格、等值单元块、局部裁剪、等值包络的可视化处理作业。
进一步的，在体-面-体式交互建模模块中，所述2D地质解释要素描绘模块还能用于精细修正多剖面解释要素3D拼接模块，所述多剖面解释要素3D拼接模块还能用于多视角检查反馈2D地质解释要素描绘模块。
第二方面，本发明提供了一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统的建模方法，面向多源多参量重磁数据协同可视化与建模系统是在Windows环境下基于C#与VTK可视化工具包进行自主搭建的，采用C#进行可视化窗体设计、数据导入、数据管理及VTK函数的调用；
根据数据管理模块分布，按维度分类分别完成线源、面源及体源数据单独或协同可视化；
对于井中线源重磁观测数据、井中物性密度、磁化率数据三维空间可视化，建立井位、井轨迹及井测量值的三类数据控制策略，并且设计了批量显示的多井数据处理功能；
对于平面或曲面重磁观测数据，可视化了直观的散点图和等值线图展示形式；
内部编译了常用的网格化算法，即反距离加权、临近点对应和简单克里金，并设立了网格化参数、网格范围和参考点个数的用户参数输入；
另外还设置有数据管理模块对应重磁三维反演数据体，包含有空间XYZ坐标及各处属性值的；
可视化按模型网格大小预设、数据导入方式设置，提供x→y→z或y→x→z两种模式和属性体编辑等功能进行，实现阈值、栅格、等值单元块、局部裁剪，等值包络的可视化处理展示模式，多角度观察三维数据体特征，为重磁资料解释及地球物理建模提供参考。
进一步的，数据管理模块采用树型多级展开方式组织和管理数据对象，满足较大体量三维数据体导入及可视化，完成对数据进行直观浏览与分析、数据简单筛选和数据导入，数据格式支持.txt、.dat、.csv或.xyz明码数据格式。
进一步的，数据导入首先采用C#自带的工具箱中的“OpenFileDialog”控件实现导入数据的选择，然后采用“System.IO”库中的“StreamReader”以及“Read”函数实现所选择数据文件的读取；将读取的数据保存于内存中，并利用“TreeView”控件设置独立的按钮实现对相应数据的管理，通过调用VTK的C#库“Kitware.VTK.dll”实现数据的可视化。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明针对多源多参量重磁数据的特点与实际工作需要，依据数据多样性表达方式设计了多维视角的可视化与建模方法流程，并在Windows环境下基于C#与VTK(Visulization Toolkit)可视化工具包自主搭建了一个多源多参量重磁数据2D/3D协同可视化与交互建模系统，解决了现有可视化方法不能良好应对多源多参量重磁数据，建模过程依据三维重磁数据定量物性反演结果由用户自主形成地质解释要素断层、层位及地质体，体现了与地球物理解释过程的良好衔接与关联，灵活性较强，可融合多源多参量重磁观测数据、解释数据于同一空间展示，完成解释要素提取，最终实现三维地球物理模型建立。
附图说明
图1是本发明提供的一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统及方法的原理框架图；
图2是本发明实施例2中的井中重磁数据可视化示意图；
图3是本发明实施例2中的平面及曲面重磁数据可视化示意图；
图4是本发明实施例2中三维重磁数据体可视化示意图；
图5是本发明实施例2中多源多参量重磁数据多维协同可视化效果图；
图6是本发明实验例中的多源重磁资料多维系统可视化图；
图7是本发明实验例中的区域地质体及断层建模过程示意。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1，具体如图1所示，提供一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统，包括2/3D协同可视化模块和体-面-体式交互建模模块；
其中，所述2/3D协同可视化模块包括数据管理模块、数据分析模块和数据可视化模块，所述数据管理模块通过树型多级展开模式完成对线源、面源、体源数据的管理。
所述线源具体是井9中物性材料、井中重磁数据以及重磁剖面数据，所述面源具体是重磁测网数据，所述体源具体是3D反演数据体和3D解释属性体。
所述数据分析模块由浏览模块和编译模块组成，完成数据的分析作业，所述数据可视化模块完成对数据的3D共网络和单维度视角的可视化作业，所述数据可视化模块具体是对直线、曲线以及散点、等值平面、等值曲面以及阈值、栅格、等值单元块、局部裁剪、等值包络的可视化处理作业。
所述体-面-体式交互建模模块由关键剖面建立模块、2D地质解释要素描绘模块、2.5D多面体重磁正演控制模块和多剖面解释要素3D拼接模块组成，所述关键剖面建立模块完成地质关键剖面的建立操作，然后通过2D地质解释要素描绘模块、2.5D多面体重磁正演控制模块和多剖面解释要素3D拼接模块生成3D地球物理模型，完成3D模型的建立。
在体-面-体式交互建模模块中，所述2D地质解释要素描绘模块还能用于精细修正多剖面解释要素3D拼接模块，所述多剖面解释要素3D拼接模块还能用于多视角检查反馈2D地质解释要素描绘模块。
实施例1，本发明提供了一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统的建模方法，在Windows环境下基于C#与VTK可视化工具包进行自主搭建的，面向多源多参量重磁数据协同可视化与建模系统，采用C#进行可视化窗体设计、数据导入、数据管理及VTK函数的调用；
根据数据管理模块分布，按维度分类分别完成线源、面源及体源数据单独或协同可视化；
对于井中线源重磁观测数据、井中物性(密度或磁化率)数据三维空间可视化，建立井位、井轨迹及井测量值的三类数据控制策略，并且设计了批量显示的多井数据处理功能；
对于平面或曲面重磁观测数据，可视化了直观的散点图和等值线图展示形式，具体如图2和图3所示；
内部编译了常用的网格化算法，即反距离加权、临近点对应和简单克里金，并设立了网格化参数、网格范围和参考点个数的用户参数输入；
另外还设置有数据管理模块对应重磁三维反演数据体，包含有空间XYZ坐标及各处属性值的；
可视化按模型网格大小预设、数据导入方式设置，提供x→y→z或y→x→z两种模式和属性体编辑等功能进行，实现阈值、栅格、等值单元块、局部裁剪。
等值包络的可视化处理展示模式，多角度观察三维数据体特征，为重磁资料解释及地球物理建模提供参考，如图4和图5所示。
数据管理模块采用树型多级展开方式组织和管理数据对象，满足较大体量三维数据体导入及可视化，完成对数据进行直观浏览与分析、数据简单筛选和数据导入，数据格式支持.txt、.dat、.csv和.xyz等明码数据格式。
数据导入首先采用C#自带的工具箱中的“OpenFileDialog”控件实现导入数据的选择，然后采用“System.IO”库中的“StreamReader”以及“Read”函数实现所选择数据文件的读取；将读取的数据保存于内存中，并利用“TreeView”控件设置独立的按钮实现对相应数据的管理，通过调用VTK的C#库“Kitware.VTK.dll”实现数据的可视化。
解释人员依据各具优势和特点的可视化结果或是地区相关已知的地质、地震和井资料等，对导入的三维重磁数据反演数据体，在俯视观测面视角下形成多个关键剖面线，用户可以根据需求自由选择解释剖面间距。
在二维剖面建模窗口中依据数据反演属性值对比特征进行模型交互编辑，形成地质体模型、断层模型、层位模型解释要素组分类，系统内嵌置了2.5维多面体重磁异常正演算法，以实现解释属性与实际观测数据之间额良好匹配，直观融入了地球物理解释的意义。
在三维可视化建模窗口中通过临近点插值连接、多边形临近外包络连接等方式完成各模型组的连接，实现断层、层位及地质体模型初步建立，通过旋转视角全方位检查模型分布合理性，不足之处可重新索引关键剖面于通过添加、减少、删除重建等方式完成解释要素精修。
最终以测线为索引实现二维、三维交互的方式完成建模工作，直接地表达数据的解释结果，从而为下一步工作提供基础模型。
实验例，利用山东某一厚覆盖区的多源重磁资料，地面重力、航空磁法数据以及依据三维数据反演获得的三维属性体，进行协同可视化与交互建模，具体如图6所示；
为了使建模赋予地球物理数据解释意义，根据解释需求对物性反演结果进行信息特征提取，依赖重磁反演解释结果分布特征完成区域断层、地质体模型建立，可视化与建模方法及系统可良好解决多源重磁数据的多元素地学特征丰富解释，具体如图7所示；
可以看出，本实施例中的模型能满足解释人员基本需求，为区域其他地球物理方法及地质解释提供有利参考。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统，其特征在于，包括2/3D协同可视化模块和体-面-体式交互建模模块；
其中，所述2/3D协同可视化模块包括数据管理模块、数据分析模块和数据可视化模块，所述数据管理模块通过树型多级展开模式完成对线源、面源、体源数据的管理，所述线源具体是井中物性资料、井中重磁数据以及重磁剖面数据，所述面源具体是重磁测网数据，所述体源具体是3D反演数据体和3D解释属性体；所述数据分析模块由浏览模块和编译模块组成，完成数据的分析作业，所述数据可视化模块完成对数据的3D共网络和单维度视角的可视化作业；
所述体-面-体式交互建模模块由关键剖面建立模块、2D地质解释要素描绘模块、2.5D多面体重磁正演控制模块和多剖面解释要素3D拼接模块组成，所述关键剖面建立模块完成地质关键剖面的建立操作，然后通过2D地质解释要素描绘模块、2.5D多面体重磁正演控制模块和多剖面解释要素3D拼接模块生成3D地球物理模型，完成3D模型的建立。
2.根据权利要求1所述的一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统，其特征在于，所述数据可视化模块具体是对直线、曲线以及散点、等值平面、等值曲面以及阈值、栅格、等值单元块、局部裁剪、等值包络的可视化处理作业。
3.根据权利要求1所述的一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统，其特征在于，在体-面-体式交互建模模块中，所述2D地质解释要素描绘模块还能用于精细修正多剖面解释要素3D拼接模块，所述多剖面解释要素3D拼接模块还能用于多视角检查反馈2D地质解释要素描绘模块。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统的建模方法，其特征在于，面向多源多参量重磁数据协同可视化与建模系统是在Windows环境下基于C#与VTK可视化工具包进行自主搭建的，采用C#进行可视化窗体设计、数据导入、数据管理及VTK函数的调用；
根据数据管理模块分布，按维度分类分别完成线源、面源及体源数据单独或协同可视化；
对于井中线源重磁观测数据、井中物性，即密度或磁化率的数据三维空间可视化，建立井位、井轨迹及井测量值的三类数据控制策略，并且设计了批量显示的多井数据处理功能；
对于平面或曲面重磁观测数据，可视化了直观的散点图和等值线图展示形式；
内部编译了常用的网格化算法，即反距离加权、临近点对应和简单克里金，并设立了网格化参数、网格范围和参考点个数的用户参数输入；
另外还设置有数据管理模块对应重磁三维反演数据体，包含有空间XYZ坐标及各处属性值的；
可视化按模型网格大小预设、数据导入方式设置，提供x→y→z或y→x→z两种模式和属性体编辑等功能进行，实现阈值、栅格、等值单元块、局部裁剪，等值包络的可视化处理展示模式，多角度观察三维数据体特征，为重磁资料解释及地球物理建模提供参考。
5.根据权利要求4所述的一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统的建模方法，其特征在于，数据管理模块采用树型多级展开方式组织和管理数据对象，满足较大体量三维数据体导入及可视化，完成对数据进行直观浏览与分析、数据简单筛选和数据导入，数据格式支持.txt、.dat、.csv或.xyz的明码数据格式。
6.根据权利要求4所述的一种面向多源多参量重磁数据的协同可视化与建模系统的建模方法，其特征在于，数据导入首先采用C#自带的工具箱中的“OpenFileDialog”控件实现导入数据的选择，然后采用“System.IO”库中的“StreamReader”以及“Read”函数实现所选择数据文件的读取；将读取的数据保存于内存中，并利用“TreeView”控件设置独立的按钮实现对相应数据的管理，通过调用VTK的C#库“Kitware.VTK.dll”实现数据的可视化。
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