CN114202624A - 一种参数化三维地质模型的创建方法、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种参数化三维地质模型的创建方法、系统及介质，本发明方法包括：获取钻孔数据；建立基于可视化编程软件的参数化程序；通过所述参数化程序基于钻孔数据生成三维地质模型。本发明根据钻孔数据以及基于可视化编程软件的参数化程序，可自动创建三维地质模型并快速创建剖面图，具有建模速度快、精度高、可实时动态修改的优点，可将大批量的重复性与机械化工作交付给软件自动计算，结合钻孔数据快速完成三维地质模型的创建，大大提高了建模的效率与精度，且可实现实时更新，实现了从手工绘图向程序自动设计的重大飞跃，对三维地质建模工作有着极大的现实意义，具有速度快、精度高、可实时动态修改等优点。

Description

一种参数化三维地质模型的创建方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及三维地质建模技术，具体涉及一种参数化三维地质模型的创建方法、系统及介质。

背景技术

三维地质建模是定量化研究地质信息的有利工具，其广泛应用于展示和分析地下地质结构。它可以将虚拟的地质体内部环境进行可视化显示，直观的描述出地下复杂的地质结构、构造、分布以及接触关系等特征。三维地质建模技术在水资源勘探与保护、矿产资源评价、地质灾害防灾减灾、能源的获取与存储、土地规划与利用、市政工程与基础设施建设、核废料处置与二氧化碳存储、基础地质研究、教育与宣传等众多领域都有着广泛的应用。目前，建立三维地质框架模型已成为各国地调机构的基本任务之一。国家级或区域性的三维地质框架模型的作用将越来越重要，将成为地质数据动态集成的一种新机制；将成为国家或区域的地学知识库，支持地学信息服务，支持区域或国家在资源与能源的勘探、开发利用，环境保护及地质灾害防治等方面的决策；将成为与国家其他基础设施同样重要的基础设施。

目前，建立省域及区域性的三维地质模型是地质调查工作的重点工作之一。在该项工作中，常规三维地质建模软件的操作程序较为复杂且编辑工作量大，除了开发者或经过培训的专业人员可以操作外，不易被非专业的制图员掌握和使用，因此数据的采集与实时更新存在着很大的问题。除此之外，由于缺乏三维地质模型的建模标准，不同软件构建的地质模型难以进行数据的交换与共享，这也是三维地质建模工作存在的主要问题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种参数化三维地质模型的创建方法、系统及介质，本发明根据钻孔数据以及基于可视化编程软件的参数化程序，可自动创建三维地质模型并进行剖面的快速创建，具有建模速度快、精度高、可实时动态修改的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种参数化三维地质模型的创建方法，其特征在于，包括：

1)获取钻孔数据；建立基于可视化编程软件的参数化程序；

2)通过所述参数化程序基于钻孔数据生成三维地质模型并进行剖面分析。

可选地，步骤1)中的钻孔数据是指根据设计所提供的钻孔柱状图对应的钻孔单孔分层数据，所述钻孔单孔分层数据包括钻孔的地理位置坐标及各岩土分界处的高程信息。

可选地，步骤1)中的可视化编程软件具体是指Dynamo软件。

可选地，步骤1)中建立的基于可视化编程软件的参数化程序的执行步骤包括：

S1)导入钻孔数据，并将钻孔数据进行转置处理；

S2)针对转置处理后的钻孔数据中的地理位置进行坐标换算；

S3)过滤掉未出现地层信息的钻孔数据；

S4)通过地质分界点生成地质曲面并闭合，得到实体模型；

S5)将实体模型导出到BIM软件中赋予材质；

S6)将实体模型的不同地层赋予不同的颜色；

S7)通过Dynamo中的Python Script节点，使用ActiveX的技术与AutoCAD文档实时交互，实现剖面快速出图；

S8)将实体模型作为得到的三维地质模型导出指定的格式。

可选地，步骤S4)包括：根据处理后的有效地质数据生成各层的地质分界点，基于Topography.ByPoint节点自动将地质分界点连接生成地形曲面，由于地形曲面难以进行编辑，故可通过自定义节点Topography.PolySurface将地形曲面转换为聚合曲面，该自定义节点的详细程序见图6；通过连接曲面的边界形成聚合曲线，再将各个地层的上层与下层边界曲线通过Surface.ByLoft节点融合成曲面，最后通过Solid.ByJoinedSurfaces节点将已经封闭的曲面生成实体，得到实体模型。

可选地，步骤S5)中的BIM软件是指Revit软件。

可选地，步骤2)包括：

2.1)首先为所述参数化程序指定File Path节点所需读取钻孔数据所在的文件路径，以及三维地质模型的输出路径，然后控制所述参数化程序执行步骤S1)～S8)，从而在所述输出路径生成得到的三维地质模型；

2.2)将得到的三维地质模型进行剖面分析，并通过Dynamo里面的Python Script节点，使用ActiveX的技术直接与当前的AutoCAD文档进行实时交互，将地质剖面直接转换到AutoCAD内部进行绘制以避免中间文件的转换和图形失真。

可选地，步骤2)之后还包括将得到的三维地质模型导入Revit软件或Civil3d中，进而重新导出DWG、SAT或者FBX格式的通用格式文件，方便进一步的深化应用。

此外，本发明还提供一种参数化三维地质模型的创建系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行所述参数化三维地质模型的创建方法的步骤。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述参数化三维地质模型的创建方法的计算机程序。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明根据钻孔数据以及基于可视化编程软件的参数化程序，可自动创建三维地质模型，具有建模速度快、精度高、可实时动态修改的优点。本发明可将大批量的重复性与机械化工作交付给软件自动计算，结合钻孔数据快速完成三维地质模型的创建，这大大提高了建模的效率与精度，且可实现实时更新，实现了从手工绘图向程序自动设计的重大飞跃，对三维地质建模工作有着极大的现实意义，具有速度快、精度高、可实时动态修改等优点。本发明通过Dynamo里面的Python Script节点，使用ActiveX的技术，可直接与当前AutoCAD文档进行实时交互，进行剖面快速出图，且能够避免中间文件的转换与图形失真。

附图说明

图1为本发明实施例的核心流程图。

图2为本发明实施例Excel表中钻孔地质分层信息图。

图3为本发明实施例中坐标换算的实现图。

图4为本发明实施例中过滤钻孔数据的实现图。

图5为本发明实施例中通过地质分界点生成地质曲面并闭合的实现图。

图6为本发明实施例中地形曲面转换为聚合曲面的自定义节点程序图。

图7为本发明实施例中快速创建的剖面图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例参数化三维地质模型的创建方法包括：

1)获取钻孔数据；建立基于可视化编程软件的参数化程序；

2)通过所述参数化程序基于钻孔数据生成三维地质模型并进行剖面分析。

本实施例参数化三维地质模型的创建方法可将大批量的重复性与机械化工作交付给软件自动计算，结合钻孔数据快速完成三维地质模型的创建，这大大提高了建模的效率与精度，且可实现实时更新，实现了从手工绘图向程序自动设计的重大飞跃，对三维地质建模工作有着极大的现实意义，具有速度快、精度高、可实时动态修改等优点。

本实施例中，步骤1)中的钻孔数据是指根据设计所提供的钻孔柱状图对应的钻孔单孔分层数据，所述钻孔单孔分层数据包括钻孔的地理位置坐标及各岩土分界处的高程信息。本实施例中将钻孔数据录入Excel；以某一地铁站建设工程为例，根据设计所提供的钻孔柱状图，将钻孔单孔分层数据录入到Excel中，包括钻孔的地理位置坐标(X、Y坐标)及各岩土分界处的高程信息，按照图2所示表格，依次将每层地质界面的信息的录入即可。

本实施例中，步骤1)中的可视化编程软件具体是指Dynamo软件，通过Dynamo软件建立参数化程序，将各模块通过内置节点以一定的逻辑关系连接起来，达到自动创建三维地质模型的目的。本发明可以将制图人员从大量的重复性工作中解放出来，并且避免了人为操作可能带来的误差，大大提高了建模的效率和精度，除此之外，本实施例所创建的三维地质模型可以做到实时更新，且更新操作非常简便。采用Dynamo软件具有下述优点：(1)Dynamo软件处理数据能力十分强大，且操作门槛低，对编程能力基本无要求，相关节点只需按逻辑关系连接即可快速达到使用者需求，同时数据动态链接，可随时根据需求做相关调整，处理速度快，是常规建模手段不能比拟的。且在Dynamo中过程数据全部保留在各个节点中便于使用者做更多衍生应用。(2)Dynamo软件文件体量小，模型数据保存完整，可随时调用导出使用。(3)Dynamo软件与Revit、Civil 3D、CAD等均可实现数据实时互通，避免了中间格式文件的转换。(4)Dynamo软件的可视化程序可重复使用性强，在类似工程中只需稍加调整即可使用。此外，步骤1)中的可视化编程软件也可以根据需要采用其他类似的可视化编程软件。基于可视化编程软件的参数化程序的搭建是三维地质模型参数化的核心，基于Dynamo的基础上以可视化编程的形式，将所要的实现功能以模块化搭接的形式组合起来，以实现参数化控制的目的。Dynamo是应用在Revit等核心软件上的开源插件。可视化编程是指设计师通过图形化界面创建程序，不必从白纸开始一行行地写程序代码，用户可以简单地连接预定义功能模块，轻松创建自己的算法和工具，把冗长繁琐的建模过程自动化起来，创造一个用表达式生成三维形体的工具。本实施例步骤1)中建立的基于可视化编程软件的参数化程序的执行步骤包括：

S1)导入钻孔数据，并将钻孔数据进行转置处理；

将图2中的钻孔分层数据通过File Path节点与File.FromPath节点导入到Dynamo中，通过Data.ImportExcel节点读取Excel文件中的数据，再将读取后的数据列表通过List.Transpose节点进行转置处理，以备后续环节使用。

S2)针对转置处理后钻孔数据中的地理位置进行坐标换算；

如图3所示，本模块主要是对钻孔数据的X、Y坐标进行处理，将所有钻孔的X、Y坐标分别减去X、Y坐标中的最小值，即相当于将整个模型平移了(X_min，Y_min)个单位。经换算后的模型坐标将会创建在项目原点附近，本模块主要应用了Math.Operation中的减法节点。若想要保留地质模型的地理位置信息，只需要将减法节点中的y值改为0即可。

S3)过滤掉未出现地层信息的钻孔数据；

如图4所示，在实际的钻孔过程中，不是每个钻孔都会包含完整的地层信息，故本实施例中在Excel表中以“0”表示钻孔中未出现的地层信息。在创建模型的过程中，需要将这部分数据剔除掉。在Dynamo中，可以基于List.FilterByBoolMask节点，通过单独布尔列表来查找相应索引，将判断条件设置为地层信息是否等于“0”，这样便可将未出现地层信息的数据过滤掉，只保留含有地层信息的有效数据。

S4)通过地质分界点生成地质曲面并闭合，得到实体模型；

如图5所示，本实施例中步骤S4)包括：根据处理后的有效地质数据生成各层的地质分界点，基于Topography.ByPoint节点自动将地质分界点连接生成地形曲面，由于地形曲面难以进行编辑，故可通过自定义节点Topography.PolySurface将地形曲面转换为聚合曲面，该自定义节点的详细程序见图6；通过连接曲面的边界线形成聚合曲线，再将各个地层的上层与下层边界曲线通过Surface.ByLoft节点融合成曲面，最后通过Solid.ByJoinedSurfaces节点将已经封闭的曲面生成实体，得到实体模型。

S5)将实体模型导出到BIM软件中赋予材质；

本实施例中，步骤S5)中的BIM软件是指Revit软件。

本实施例中通过DirectShape.ByGeometry节点可以将Dynamo生成的模型导入到Revit中，并进行材质赋予。Dynamo中的材质需要在Revit文件中先进行创建，才能在程序运行时自动赋予相应名称的材质。

S6)将实体模型的不同地层赋予不同的颜色；

为区分不同地层，本实施例中通过GeometryColor.ByGeometryColor节点与Color.ByARGB节点对参数化程序所生成的模型进行颜色赋予。

S7)通过Dynamo中的Python Script节点，使用ActiveX的技术与AutoCAD文档实时交互，实现剖面快速出图；

在Dynamo内部进行剖面线绘制后，通过Dynamo内置的Python Script节点调用System资源，可实现与ActiveX技术的对接，借助于AutoCAD内置的15个系统变量，将这几个系统变量作为中间文件，从而实现数据的传递，进而将剖面转换到AutoCAD中进行绘制，实现剖面快速出图。图7即为AutoCAD中快速创建的剖面图

S8)将实体模型作为得到的三维地质模型导出指定的格式。

Dynamo中生成的模型，也可导入到Revit软件或Civil3d中，进而重新导出DWG、SAT或者FBX格式的通用格式文件，方便进一步的深化应用。

本实施例中，步骤2)包括：

2.1)首先为所述参数化程序指定File Path节点所需读取钻孔数据所在的文件路径，以及三维地质模型的输出路径，然后控制所述参数化程序执行步骤S1)～S8)，从而在所述输出路径生成得到的三维地质模型；

2.2)将得到的三维地质模型进行剖面分析，并通过Dynamo里面的Python Script节点，使用ActiveX的技术直接与当前的AutoCAD文档进行实时交互，将地质剖面直接转换到AutoCAD内部进行绘制以避免中间文件的转换和图形失真。

步骤1)已经完成了钻孔信息与参数化程序的准备工作，在步骤2)只需通过FilePath节点读取钻孔信息所在的文件路径，并且确定AutoCAD处于运行状态，点击Dynamo中的“运行”按钮，即可完成三维地质模型与剖面图的快速创建。

作为一种可选的实施方式，本实施例步骤2)之后还包括将得到的三维地质模型导入Revit软件或Civil3d中，进而重新导出DWG、SAT或者FBX格式的通用格式文件，方便进一步的深化应用。

综上所述，本实施例方法基于Revit及Dynamo软件进行三维地质模型的参数化创建，通过收集建模对象的地质钻孔数据，可自动对地质体的空间位置和地层分布进行三维形状还原。本实施例方法主要使用Revit及Dynamo软件，通过Excel所收集的地质钻孔数据，自动生成三维地质模型；并可通过Dynamo中的Python Script节点，使用ActiveX的技术与AutoCAD文档实时交互，实现剖面的快速出图。Dynamo中生成的模型，也可导入到Revit软件或Civil3d中，进而重新导出DWG、SAT或者FBX格式的通用格式文件，这有利于数据的交换与共享。当需要进行模型更新时，只需将新的数据录入Excel文件中，即可通过Dynamo中的Data.ImportExcel节点自动对模型进行更新，操作十分简便。

此外，本实施例还提供一种参数化三维地质模型的创建系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行前述参数化三维地质模型的创建方法的步骤。

此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述参数化三维地质模型的创建方法的计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种参数化三维地质模型的创建方法，其特征在于，包括：

1)获取钻孔数据；建立基于可视化编程软件的参数化程序；

2)通过所述参数化程序基于钻孔数据生成三维地质模型并进行剖面分析。

2.根据权利要求1所述的参数化三维地质模型的创建方法，其特征在于，步骤1)中的钻孔数据是指根据设计所提供的钻孔柱状图对应的钻孔单孔分层数据，所述钻孔单孔分层数据包括钻孔的地理位置坐标及各岩土分界处的高程信息。

3.根据权利要求1所述的参数化三维地质模型的创建方法，其特征在于，步骤1)中的可视化编程软件具体是指Dynamo软件。

4.根据权利要求1所述的参数化三维地质模型的创建方法，其特征在于，步骤1)中建立的基于可视化编程软件的参数化程序的执行步骤包括：

S1)导入钻孔数据，并将钻孔数据进行转置处理；

S2)针对转置处理后的钻孔数据中的地理位置进行坐标换算；

S3)过滤掉未出现地层信息的钻孔数据；

S4)通过地质分界点生成地质曲面并闭合，得到实体模型；

S5)将实体模型导出到BIM软件中赋予材质；

S6)将实体模型的不同地层赋予不同的颜色；

S7)通过Dynamo中的Python Script节点，使用ActiveX的技术与AutoCAD文档实时交互，实现剖面快速出图；

S8)将实体模型作为得到的三维地质模型导出指定的格式。

5.根据权利要求4所述的参数化三维地质模型的创建方法，其特征在于，步骤S4)包括：根据处理后的有效地质数据生成各层的地质分界点，基于Topography.ByPoint节点自动将地质分界点连接生成地形曲面，由于地形曲面难以进行编辑，故可通过自定义节点Topography.PolySurface将地形曲面转换为聚合曲面，该自定义节点的详细程序见图6；通过连接曲面的边界形成聚合曲线，再将各个地层的上层与下层边界曲线通过Surface.ByLoft节点融合成曲面，最后通过Solid.ByJoinedSurfaces节点将已经封闭的曲面生成实体，得到实体模型。

6.根据权利要求4所述的参数化三维地质模型的创建方法，其特征在于，步骤S5)中的BIM软件是指Revit软件。

7.根据权利要求4所述的参数化三维地质模型的创建方法，其特征在于，步骤2)包括：

2.1)首先为所述参数化程序指定File Path节点所需读取钻孔数据所在的文件路径，以及三维地质模型的输出路径，然后控制所述参数化程序执行步骤S1)～S8)，从而在所述输出路径生成得到的三维地质模型；

2.2)将得到的三维地质模型进行剖面分析，并通过Dynamo里面的Python Script节点，使用ActiveX的技术直接与当前的AutoCAD文档进行实时交互，将地质剖面直接转换到AutoCAD内部进行绘制以避免中间文件的转换和图形失真。

8.根据权利要求1所述的参数化三维地质模型的创建方法，其特征在于，步骤2)之后还包括将得到的三维地质模型导入到Revit软件或Civil3d中，进而重新导出DWG、SAT或者FBX格式的通用格式文件。

9.一种参数化三维地质模型的创建系统，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，该微处理器被编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述参数化三维地质模型的创建方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述参数化三维地质模型的创建方法的计算机程序。

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