CN115408543A - 一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法，方法包括如下步骤：S1、确定三维地质模型，并且获取多个种类的地质数据；S2、在三维地质模型中确定膨胀基点，并且确定膨胀步进量；S3、以膨胀基点为中心基于膨胀步进量生成多个三维面域，并且在三维面域中确定多个地质信息点；S4、提取与膨胀基点和地质信息点对应的地质数据，并且组成多个元数据；S5、对元数据进行归一化处理；S6、根据地质信息点与三维面域的对应关系对元数据进行分组，得到多个数据组；S7、构建表层数据空间和深层数据空间，并且将数据组输入到表层数据空间和/或深层数据空间中。本发明能够将多源地质数据与三维地质模型相融合，便于快速调用地质数据。

Description

一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法及其系统

技术领域

本发明涉及地质信息处理技术领域，具体的说是一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法及其系统。

背景技术

随着计算机图形学技术的不断发展，三维地质模型逐渐取代了传统的二维地质图。三维地质模型能够更加直观地存储和展示地质数据，使工程地质分析过程更为快速、准确。目前，多数三维地质模型采用单一数据或者几种数据构建，能够展示的地质数据有限。也有部分现有技术中研究基于多源地质数据构建三维地质模型的方法，但是因为地质数据种类繁多、数据量庞大，导致建模难度很高，并且查看三维地质模型时对设备性能要求很高。实际上，三维地质模型并不需要涵盖全部的地质数据，仅需要将更多的地质数据与普通三维地质模型结合起来，便于根据三维地质模型快速调用对应的地质数据即可。现有技术中，尚缺乏这种能够将多源地质数据与简单三维地质模型相融合的技术。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法及其系统，能够将多源地质数据与三维地质模型相融合，便于快速调用地质数据。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法，所述方法包括如下步骤：

S1、确定三维地质模型，并且获取多个种类的地质数据；

S2、在三维地质模型中确定膨胀基点，并且确定膨胀步进量；

S3、以膨胀基点为中心基于膨胀步进量生成多个三维面域，并且在三维面域中确定多个地质信息点；

S4、提取与膨胀基点和地质信息点对应的地质数据，并且组成多个元数据；

S5、对元数据进行归一化处理；

S6、根据地质信息点与三维面域的对应关系对元数据进行分组，得到多个数据组；

S7、构建表层数据空间和深层数据空间，并且将数据组输入到表层数据空间和/或深层数据空间中。

作为上述基于三维地质模型的多源地质数据处理方法的进一步优化：S3中，三维面域由六个正方形的基准面围合而成，基准面的中心点与膨胀基点之间的距离等于膨胀步进量的整倍数，每个基准面上确定多个地质信息点，并且地质信息点为三维地质模型上的点。

作为上述基于三维地质模型的多源地质数据处理方法的进一步优化：S4中，元数据表示为[D_(x,y,z)；GD₁,GD₂,......,GD_m]，其中D_(x,y,z)为膨胀基点或者地质信息点，(x,y,z)为膨胀基点或者地质信息点的坐标，GD_i,1≤i≤m为地质数据，并且有m≤n，n为地质数据的种类数量。

作为上述基于三维地质模型的多源地质数据处理方法的进一步优化：S5中，对元数据进行归一化处理的方法包括：

S51、按照每个种类的地质数据的丰富度或者准确度对地质数据的种类进行排序；

S52、按照排序结果调整元数据中的地质数据GD_i,1≤i≤n的位置，当元数据中不包含其中若干个种类的地质数据时以空数据填充。

作为上述基于三维地质模型的多源地质数据处理方法的进一步优化：S7的具体方法包括：

S71、构建表层数据空间和深层数据空间；

S72、按照地质数据的种类对数据组中的元数据进行聚类得到多个数据集合；

S73、当数据集合中元数据的数量超过设定的分界阈值时，对数据集合中的元数据进行一致化处理；

S74、将一致化处理后的元数据和未经一致化处理的元数据存入到表层数据空间中，将一致化处理前的元数据存入到深层数据空间中；

S75、建立映射关系表，映射关系表用于表征一致化处理后的元数据与一致化处理前的元数据之间的关联。

作为上述基于三维地质模型的多源地质数据处理方法的进一步优化：所述方法还包括如下步骤：

S8、对表层数据空间中一致化处理后的元数据和未经一致化处理的元数据进行聚类，并且根据聚类结果构建多个数据块；

S9、根据映射关系表在深层数据空间中构建多个与数据块对应的数据池。

一种基于三维地质模型的多源地质数据处理系统，用于执行上述的方法，所述系统包括：

数据输入模块，用于接收地质数据和三维地质模型；

处理器，用于从数据输入模块获取地质数据和三维地质模型，并且执行S2至S7；

存储器，用于存储三维地质模型以及形成表层数据空间和深层数据空间。

有益效果：本发明首先基于三维地质模型确定膨胀基点和膨胀步进量，然后根据膨胀基点和膨胀步进量生成多个三维面域，之后在三维面域上确定多个地质信息点，并且将原始的地质数据与地质信息点相结合得到元数据，实现对地质数据的初步处理，即将地质数据与三维地质模型相融合；融合完成后，对元数据进行归一化处理和针对地质数据种类的聚类处理，可以确定不同地质信息点之间的相同或者相似关系，进而将不同的地质信息点关联起来，确定地质数据在三维面域上的覆盖范围，随后对相关联的地质信息点的元数据进行一致化处理，并且根据处理结果将一致化处理后的元数据、未经一致化处理的元数据以及一致化处理前的元数据分别存入到表层数据空间和深层数据空间中，表层数据空间中元数据的复杂度较低，便于快速浏览全部的地质数据，深层数据空间中的元数据保留了原始的地质数据，确保了数据的安全性，避免出现数据遗失；在表层数据空间和深层数据空间中存入元数据后，本发明进一步对表层数据空间中的元数据进行聚类得到数据块，将地质数据在不同三维面域上的覆盖范围关联起来，从而能够表现出地质数据在三维地质模型中的覆盖范围，进而根据数据块在深层数据空间中构建出数据池，使调用者能够在快速浏览过程中根据数据块直接调用出数据池，从而准确浏览原始、精确的地质数据。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法，方法包括S1至S7。

S1、确定三维地质模型，并且获取多个种类的地质数据。其中三维地质模型可以利用现有技术创建，地质数据可以是钻孔数据、平面地质图、地球物理解释数据、遥感数据或者地表数据等，均属于现有技术，在此不再赘述。

S2、在三维地质模型中确定膨胀基点，并且确定膨胀步进量。在本实施例中，首先构建一个长方体框，长方体框确定出六个虚拟面，然后调整长方体框的大小，直到长方体框将整个三维地质模型包围住，并且使三维地质模型上至少一个点落在虚拟面上，此时将长方体框的几何中心作为膨胀基点，然后根据三维地质模型的大小和需要的精度确定膨胀步进量。

S3、以膨胀基点为中心基于膨胀步进量生成多个三维面域，并且在三维面域中确定多个地质信息点。S3中，三维面域由六个正方形的基准面围合而成，基准面的中心点与膨胀基点之间的距离等于膨胀步进量的整倍数，每个基准面上确定多个地质信息点，并且地质信息点为三维地质模型上的点。当最大的一个三维面域将三维地质模型完全包围住，并且三维地质模型上至少一个点落在基准面上时结束，此时得到多个三维面域。因为基准面的中心点与膨胀基点之间的距离等于膨胀步进量的整倍数，所以膨胀步进量越小，则三维面域的数量越多，相应的地质信息点的数量越多，反之膨胀步进量越大，则三维面域的数量越少，相应的地质信息点的数量越少，可以根据实际的需求确定合适的膨胀步进量。

S4、提取与膨胀基点和地质信息点对应的地质数据，并且组成多个元数据。S4中，元数据表示为[D_(x,y,z)；GD₁,GD₂,……,GD_m]，其中D_(x,y,z)为膨胀基点或者地质信息点，(x,y,z)为膨胀基点或者地质信息点的坐标，GD_i,1≤i≤m为地质数据，并且有m≤n，n为地质数据的种类数量。因为不同种类的地质数据数量不同，例如钻孔数据包括多个点数据，其数量要少于遥感数据，因此不同元数据中地质数据的数量也不完全相同，存在部分元数据中地质数据的数量较多，且另一部分元数据中地质数据的数量较少的情况。

S5、对元数据进行归一化处理。S5中，对元数据进行归一化处理的方法包括S51至S52。

S51、按照每个种类的地质数据的丰富度或者准确度对地质数据的种类进行排序。这里的丰富度是指一个种类的地质数据的总数量，准确度是指一个种类的地质数据本身的准确度，例如钻孔数据的准确度大于平面地质图等具有推测因素的数据。

S52、按照排序结果调整元数据中的地质数据GD_i,1≤i≤n的位置，当元数据中不包含其中若干个种类的地质数据时以空数据填充。因为不同种类的地质数据的数量不同，因此每个元数据中地质数据的数量也不一定相等，如S4中所述，为了使归一化处理后的元数据中地质数据的数量全都相等，以便于后续处理，因此当元数据中缺少某些种类的地质数据时利用空数据进行填充，需要说明的是，空数据不能与任何地质数据重复，即空数据不能包含任何实际意义。经过归一化处理后，元数据可以表示为[D_(x,y,z)；GD₁,GD₂,……,GD_n]，因为利用空数据进行了填充，所以归一化处理后的元数据均包括n个地质数据，只是其中部分地质数据为空数据。

S6、根据地质信息点与三维面域的对应关系对元数据进行分组，得到多个数据组。因为三维面域由六个正方形的基准面围合而成，因此每个三维面域对应六个数据组，每个数据组中包括该基准面中所有地质信息点对应的元数据。

S7、构建表层数据空间和深层数据空间，并且将数据组输入到表层数据空间和/或深层数据空间中。

S7的具体方法包括S71至S75。

S71、构建表层数据空间和深层数据空间。

S72、按照地质数据的种类对数据组中的元数据进行聚类得到多个数据集合。具体地说，按照S51中地质数据种类的顺序，先针对第一种地质数据对数据组中的元数据进行聚类，然后针对第二种地质数据对数据组中的元数据进行聚类，以此类推，直到针对所有种类的地质数据聚类完毕。因为三维面域是基于膨胀步进量逐个生成的，因此先生成的三维面域较小，后生成的三维面域较大，较小的三维面域中的地质信息点也较少，聚类的难度也较低，因此可以根据三维面域的大小选择不同的聚类方式，以加快聚类的速度。例如，当三维面域小于设定的面域大小阈值时，可以计算相邻的两个地质信息点对应的元数据之间的差异值，当差异值小于预设的差异阈值时将两个地质信息点组成一个数据对，数据对中包括两个元数据，然后将具有共同元数据的数据对组合到一起，得到一个数据集合；当三维面域大于设定的面域大小阈值时，可以基于kmeans++聚类算法对元数据进行聚类，聚类中心的数量也可以根据三维面域的大小确定，算法执行完毕后，多个元数据会被聚集到一个类中，将同一类的元数据组合成一个数据集合，kmeans++聚类算法属于现有技术，其具体过程在此不再赘述。因为聚类是针对地质数据的种类进行的，因此一个元数据能够被组合到不同的数据集合中。在S72的结果中，一个地质数据的种类对应多个数据集合，而每个数据集合对应一个基准面。

S73、当数据集合中元数据的数量超过设定的分界阈值时，对数据集合中的元数据进行一致化处理。数据集合中，多个元数据具有数值相近的地质数据，可以将这一部分相近的地质数据一致化，即为同一个数据集合中的所有元数据中的该地质数据统一赋值，从而将不同的元数据关联起来，又因为元数据与地质信息点是对应的，因此能够将地质信息点关联起来，进而能够表征出某种地质数据在三维地质模型中的覆盖范围。更具体地说，对于通过计算相邻两个地质信息点对应的元数据之间的差异得到的数据集合，可以用所有元数据中同一个地质数据的均值进行赋值；对于通过Kmeans++聚类算法得到的数据集合，可以用聚类中心的值进行赋值。当数据集合中元数据的数量较小时，

S74、将一致化处理后的元数据和未经一致化处理的元数据存入到表层数据空间中，将一致化处理前的元数据存入到深层数据空间中。经过一致化处理后的元数据，其地质数据的特异性被削减，所以表层数据空间中元数据的复杂度降低，在后续调用地质数据时，便于调用者快速浏览所有地质信息点的地质数据；而一致化处理前的元数据仍然包含了所有原始的地质数据，存入到深层数据空间中后可以保证不会出现数据丢失的情况；未经过一致化处理的元数据本身的特异性较强，因此将其存入到表层数据空间中，以凸显这些元数据中包含的较为特殊的地质数据。

S75、建立映射关系表，映射关系表用于表征一致化处理后的元数据与一致化处理前的元数据之间的关联。调用者在快速浏览时如果需要精确调用某些地质信息点的地质数据，可以基于映射关系表快速从深层数据空间中提取出原始的地质数据进行调用。

为了进一步便于调用地质数据，方法还包括S8至S9。

S8、对表层数据空间中一致化处理后的元数据和未经一致化处理的元数据进行聚类，并且根据聚类结果构建多个数据块。在实际地层中，相邻的部分可能具有相同或者相似的地质数据，虽然在S73中经过一致化处理的元数据能够一定程度上表现出地质数据在三维地质模型中的覆盖范围，但是因为元数据是与地质信息点对应的，而地质信息点是在基准面中确定的，因此经过一致化处理后的元数据只能表现出地质数据在基准面上的覆盖范围，作用有限，因此在S8中，进一步对表层数据空间中的元数据进行聚类，因为表层数据空间中包含了一致化处理后的元数据，因此表层数据空间中的元数据聚类后得到的数据块能够体现出地质数据在多个基准面上的覆盖范围，从而形成一个三维的覆盖空间，覆盖空间中所有地质信息点均具有一种相同或者相近的地质数据，调用者可以基于数据块快速查看三维地质模型中一部分区域的共性。

S9、根据映射关系表在深层数据空间中构建多个与数据块对应的数据池。因为表层数据空间中一致化处理后的元数据与深层数据空间中一致化处理前的元数据之间具有对应关系，因此可以基于映射关系表在深层数据空间中构建出与数据块对应的数据池，调用者在查看数据块时，如果需要查看更完整的地质数据，可以从数据池中调出未经一致化处理的元数据，进而从中提取出原始的地质数据。

本发明首先基于三维地质模型确定膨胀基点和膨胀步进量，然后根据膨胀基点和膨胀步进量生成多个三维面域，之后在三维面域上确定多个地质信息点，并且将原始的地质数据与地质信息点相结合得到元数据，实现对地质数据的初步处理，即将地质数据与三维地质模型相融合；融合完成后，对元数据进行归一化处理和针对地质数据种类的聚类处理，可以确定不同地质信息点之间的相同或者相似关系，进而将不同的地质信息点关联起来，确定地质数据在三维面域上的覆盖范围，随后对相关联的地质信息点的元数据进行一致化处理，并且根据处理结果将一致化处理后的元数据、未经一致化处理的元数据以及一致化处理前的元数据分别存入到表层数据空间和深层数据空间中，表层数据空间中元数据的复杂度较低，便于快速浏览全部的地质数据，深层数据空间中的元数据保留了原始的地质数据，确保了数据的安全性，避免出现数据遗失；在表层数据空间和深层数据空间中存入元数据后，本发明进一步对表层数据空间中的元数据进行聚类得到数据块，将地质数据在不同三维面域上的覆盖范围关联起来，从而能够表现出地质数据在三维地质模型中的覆盖范围，进而根据数据块在深层数据空间中构建出数据池，使调用者能够在快速浏览过程中根据数据块直接调用出数据池，从而准确浏览原始、精确的地质数据。

最后，还可以基于本发明最终的处理结果对三维地质模型进行修正，以提升三维地质模型的精确度，具体的修正方法需要根据三维地质模型的建模方法确定，在此不再赘述。

一种基于三维地质模型的多源地质数据处理系统，用于执行上述的方法，系统包括数据输入模块、处理器和存储器。

数据输入模块，用于接收地质数据和三维地质模型。数据输入模块可以采用现有的数据接口，例如USB接口或者以太网口等。

处理器，用于从数据输入模块获取地质数据和三维地质模型，并且执行S2至S7。处理器可以采用X86架构、ARM架构或者MIPS架构的通用处理器。

存储器，用于存储三维地质模型以及形成表层数据空间和深层数据空间。存储器可以采用现有的机械硬盘或者固态硬盘等存储设备。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、确定三维地质模型，并且获取多个种类的地质数据；

S2、在三维地质模型中确定膨胀基点，并且确定膨胀步进量；

S3、以膨胀基点为中心基于膨胀步进量生成多个三维面域，并且在三维面域中确定多个地质信息点；

S4、提取与膨胀基点和地质信息点对应的地质数据，并且组成多个元数据；

S5、对元数据进行归一化处理；

S6、根据地质信息点与三维面域的对应关系对元数据进行分组，得到多个数据组；

S7、构建表层数据空间和深层数据空间，并且将数据组输入到表层数据空间和/或深层数据空间中。

2.如权利要求1所述的一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法，其特征在于，S3中，三维面域由六个正方形的基准面围合而成，基准面的中心点与膨胀基点之间的距离等于膨胀步进量的整倍数，每个基准面上确定多个地质信息点，并且地质信息点为三维地质模型上的点。

3.如权利要求1所述的一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法，其特征在于，S4中，元数据表示为[D_(x,y,z)；GD₁,GD₂,……,GD_m]，其中D_(x,y,z)为膨胀基点或者地质信息点，(x,y,z)为膨胀基点或者地质信息点的坐标，GD_i,1≤i≤m为地质数据，并且有m≤n，n为地质数据的种类数量。

4.如权利要求3所述的一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法，其特征在于，S5中，对元数据进行归一化处理的方法包括：

S51、按照每个种类的地质数据的丰富度或者准确度对地质数据的种类进行排序；

S52、按照排序结果调整元数据中的地质数据GD_i,1≤i≤n的位置，当元数据中不包含其中若干个种类的地质数据时以空数据填充。

5.如权利要求1所述的一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法，其特征在于，S7的具体方法包括：

S71、构建表层数据空间和深层数据空间；

S72、按照地质数据的种类对数据组中的元数据进行聚类得到多个数据集合；

S73、当数据集合中元数据的数量超过设定的分界阈值时，对数据集合中的元数据进行一致化处理；

S74、将一致化处理后的元数据和未经一致化处理的元数据存入到表层数据空间中，将一致化处理前的元数据存入到深层数据空间中；

S75、建立映射关系表，映射关系表用于表征一致化处理后的元数据与一致化处理前的元数据之间的关联。

6.如权利要求5所述的一种基于三维地质模型的多源地质数据处理方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

S8、对表层数据空间中一致化处理后的元数据和未经一致化处理的元数据进行聚类，并且根据聚类结果构建多个数据块；

S9、根据映射关系表在深层数据空间中构建多个与数据块对应的数据池。

7.一种基于三维地质模型的多源地质数据处理系统，其特征在于，用于执行如权利要求1所述的方法，所述系统包括：

数据输入模块，用于接收地质数据和三维地质模型；

处理器，用于从数据输入模块获取地质数据和三维地质模型，并且执行S2至S7；

存储器，用于存储三维地质模型以及形成表层数据空间和深层数据空间。

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