CN115512066A - 多级工程地质一体化三维地质建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级工程地质一体化三维地质建模方法，包括如下步骤：利用二维多级结合表，将研究区域进行网格划分为不同级别的建模工区；基于中国基础地质调查数据，筛选并确定满足各级建模数据要求的工区；采用SQL编程对各级满足建模数据条件的工区，按照9：1的标准均匀、批量地筛选建模数据与验证数据；以EVS三维地质建模软件为平台，利用栅格插值法建立各级工区的工程地质模型；基于python实现对整个多级工程地质一体化建模的自动化建模。本发明所述的多级工程地质一体化三维地质建模方法建模自动化程度高，且精细化程度更高。

Description

多级工程地质一体化三维地质建模方法

技术领域

本发明属于地质建模技术领域，具体涉及一种多级工程地质一体化三维地质建模方法。

背景技术

三维地质网格化模型建立在三维体素模型理论基础上，是以三维体素模型为载体的一种三维地质模型，根据建模空间地质数据的丰富程度、地质对象的尺度以及地质属性空间变异性等因素确定空间剖分尺度（分辨率），根据三维模型的应用需求确定空间划分规则和单元形态，建立地质空间剖分（网格）。利用空间插值技术，基于地质勘探数据和地质分析成果，对没有勘探数据分布的地质空间剖分单元的地质属性进行推断和填充，表达地质空间中包括岩性在内的各种地质性质变化特征的三维地质模型。在不同城市的建设与管理工作中，对地质信息所需的精度不一样，因此，多级工程地质一体化三维地质建模方法对于应对不同需求的地质信息精度具有重要的意义。

现阶段，针对城市三维地质建模的研究工作主要集中在三维地质建模软件开发和三维地质建模方法改进上。

随着岩土工程以及矿产资源开发等领域对三维地质模型的需求越来越迫切，许多国家都大力发展三维地质建模技术，开发了很多三维地质建模软件，如Geo Mo3D 软件、Petrel 软件、GOCAD 软件、理正地质 GIS、Surpac软件、DIMINE 软件、Earth Vision 软件等。

针对三维地质建模方法，20世纪80年代起，学者们提出了各种方法构建三维地质模型来模拟复杂的地质结构，使得这方面的研究有了长足的发展。1994 年加拿大学者Houlding 最早提出了三维地学建模(3D Geosciences Modeling)概念，即在三维环境下将地质解译、空间信息管理、空间分析和预测地质统计学、实体内容分析以及图形可视化等结合起来，并用于地质分析技术；法国的 Mallet 教授提出了离散光滑插值(DiscreteSmooth Inter -polation, DSI)技术，该技术基于对目标体的离散化，用一系列具有物体几何和物理特性的相互连接的节点来模拟地质体，目前已经成为 Go CAD 的核心技术，并在国际上受到极大重视。

从三维地质数据模型的角度，构建三维模型的方法大致可以划分为4类:面模型、体模型、混合模型和对象模型。不同的3D地质数据模型适用于不同的空间情况，其侧重点不同功能也存在差异。面模型的有规则格网（Grid）、不规则三角网(TIN)、线框和边界表示等；体模型有针状结构(Needle)、八叉树(Octree)和结构实体几何法(CSG)、四面体网(TEN)以及常规和广义三棱柱(GTP)等；混合模型有 TIN + Grid、Octree + TEN 等面模型与体模型的综合构模法；对象模型有面向对象的聚合派生等。建立地质构造三维模型的典型方法包括 Grid、TIN、TEN、三棱柱法以及综合法四种。本发明基于python编程和栅格插值算法构造一种自动化的对多级工程地质进行三维建模，本发明较少需要人工干预，能实现批量自动建模过程，具有较高的效率和建模精度。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种多级工程地质一体化三维地质建模方法。

本发明的多级工程地质一体化三维地质建模方法，包括如下步骤：

S1，利用二维多级结合表，将研究区域进行网格划分为不同级别的建模工区；

S2，基于中国基础地质调查数据，筛选并确定满足各级建模数据要求的工区；

S3，采用SQL编程对各级满足建模数据条件的工区，按照9：1的标准均匀、批量地筛选建模数据与验证数据；

S4，以EVS三维地质建模软件为平台，利用栅格插值法建立各级工区的工程地质模型；

S5，基于python实现对整个多级工程地质一体化建模的自动化建模。

进一步的，所述二维多级结合表通过将研究区域按照以不同的网格剖分标准划分为不同的网格单元后，确定建模网格所需的内容，构建二维多级结合表。

进一步的，步骤S2中，筛选并确定满足建模数据要求的工区的具体步骤：

S201，基于中国基础地质调查数据，提取研究区域的钻孔分布图；

S202，结合各级的建模工区进行映射叠加，剔除不符合的建模工区，确定满足各级建模数据要求的工区。

进一步的，步骤S3中，筛选建模数据与验证数据的具体步骤：

S301，利用SQL查询的方式检索钻孔数据库（dbo.Blay）中的地层信息；

S302，将各级建模网格的钻孔地层信息按照结合表的命名要求单独存储；

S303，检索建模钻孔的过程中向外扩展10%的面积进行，以确保网格边界区无建模数据的模型精度以及与周边网格地层的连续性；

S304，从建模网格范围内筛选约至少10%的钻孔作为验证数据，以满足后期模型质量验证的要求；在筛选过程中，以钻孔分布密度进行筛选。

进一步的，步骤S4中，利用栅格插值法建立各级工区的工程地质模型的具体步骤：

S401，基于概化分组后的每组建模数据进行统计分析，获得平均样本间距、搜索空间样本密度、属性概率密度直方图等与插值计算相关的参数指标；

S402，结合建模单元所在区域的沉积相分布特征，确定地质变异的各向异性，建立插值参数列表；

S403，结合变差拟合分析和插值验证来调整理论分析所得到的参数；

S404，确定各级工区每个建模单元合理的插值参数配置。

进一步的，步骤S5中，基于python实现对整个多级工程地质一体化建模的自动化建模的具体步骤：

S501，分析武汉各级工程地质的分布规律，以此确定各级网格的三维地质建模的参数；

S502，利用EVS软件进行建模方案的可行验证；

S503，通过python编程构建自动化建模流程，以EVS为建模平台，进行武汉市多级三维地质建模；

S504，构建模型质量定量评估模型，通过提取虚拟钻孔与验证进行模型精度评估，将模型的精度评价结果作为模型元数据存储至模型中。

本发明的上述技术方案，相比现有技术具有以下优点：

现有技术的缺点是成本高，效率低下，耗时间等类似问题。传统的结构化建模方法，基于地层分析结论建立概化地层，需要人工构建大量的地质边界，工作量大、自动化程度低、效率低下、耗时间等；钻孔等建模数据分布不均匀，导致不同位置的模型精度存在差异；软件的算力以及模型的后期更新也会存在问题，效率低。本发明对地质对象空间进行空间细分，建立高分辨三维地质模型，实现对地质规律的更精细的表达；基于空间插值算法实现地质三维模拟，可以实现一定程度的批量自动建模过程；在得到插值结果的同时，还能得到相应的误差分析结果，进一步扩展城市区域功能决策的优化空间。

附图说明

图1是本发明实施例提供的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的二级建模工区的示意图；

图3是本发明实施例提供的三级建模工区的示意图；

图4是本发明实施例提供的四级建模工区的示意图；

图5是本发明实施例提供的五级建模工区的示意图；

图6是本发明实施例提供的各级工程地质建模网络的钻孔筛选原理示意图。

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。

本实施例的多级工程地质一体化三维地质建模方法，包括如下步骤：

在本实施例中，研究区域为武汉市。

S1，利用二维多级结合表，将研究区域进行网格划分为不同级别的建模工区；

在本实施例中，所述二维多级结合表通过将研究区域按照以不同的网格剖分标准划分为不同的网格单元后，确定建模网格所需的内容，构建如表1所示的二维多级结合表。

表1 二维多级结合表

建模级别	结合表	二维平面比例尺	网格剖分标准（km2）	建模单元大小（m3）
					一级	一级	1:50000	-	200×200×2
二级	二级	1:10000	4×4	100×100×1
					三级	三级	1:5000	2×2	50×50×0.5
四级	四级	1:2000	1×1	20×20×0.2
					五级	五级	1:1000	0.5×0.5	5×5×0.1
属性建模示范	四级 & 五级	1:2000 & 1:1000	1×1 & 0.5×0.5	20×20×0.2 & 5×5×0.1

S2，基于中国基础地质调查数据，筛选并确定满足各级建模数据要求的工区。筛选并确定满足建模数据要求的工区的具体步骤，如图2-图5所示：

S201，基于中国基础地质调查数据，提取研究区域的钻孔分布图；

S202，结合各级的建模工区进行映射叠加，剔除不符合的建模工区，确定满足各级建模数据要求的工区，得到图2所示的满足建模条件的建模工区。

S3，采用SQL编程对各级满足建模数据条件的工区，按照9：1的标准均匀、批量地筛选建模数据与验证数据。

具体地，在本实施例中，步骤S3中筛选建模数据与验证数据的具体步骤：

S301，利用SQL查询的方式检索钻孔数据库中的地层信息（dbo.Blay）；

S302，将各级建模网格的钻孔地层信息按照结合表的命名要求单独存储；

S303，检索建模钻孔的过程中向外扩展10%的面积，以确保网格边界区无建模数据的模型精度以及与周边网格地层的连续性；

S304，从建模网格范围内筛选约10%左右的钻孔作为验证数据，以满足后期模型质量验证的要求；

S305，筛选的基本的原则就是按照钻孔分布密度进行筛选，在密度较大的区域筛选出较多的建模数据和验证数据，关于钻孔筛选的原理如图6所示。

S4，以EVS三维地质建模软件为平台，利用栅格插值法建立各级工区的工程地质模型。

步骤S4中利用栅格插值法建立各级工区的工程地质模型的具体步骤如下：

S401，基于概化分组后的每组建模数据进行统计分析，获得平均样本间距、搜索空间样本密度、属性概率密度直方图等与插值计算相关的参数指标；

S402，结合建模单元所在区域的沉积相分布特征，确定地质变异的各向异性，建立插值参数列表；

S403，结合变差拟合分析和插值验证来调整理论分析所得到的参数；

S404，确定各级工区每个建模单元合理的插值参数配置。

S5，基于python实现对整个多级工程地质一体化建模的自动化建模。

步骤S5中基于python实现对整个多级工程地质一体化建模的自动化建模的具体步骤：

S501，分析武汉各级工程地质的分布规律，以此确定各级网格的三维地质建模的参数；

S502，利用EVS软件进行建模方案的可行验证；

S503，通过python编程构建自动化建模流程，以EVS为建模平台，进行武汉市多级三维地质建模；

S504，构建模型质量定量评估模型，通过提取虚拟钻孔与验证进行模型精度评估，将模型的精度评价结果作为模型元数据存储至模型中。

本实施例通过对地质对象空间进行空间细分，建立高分辨三维地质模型，实现对地质规律的更精细的表达；基于空间插值算法实现地质三维模拟，可以实现一定程度的批量自动建模过程；在得到插值结果的同时，还能得到相应的误差分析结果，进一步扩展城市区域功能决策的优化空间

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种多级工程地质一体化三维地质建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，利用二维多级结合表，将研究区域以网格划分为不同级别的建模工区；

S2，基于中国基础地质调查数据，筛选并确定满足各级建模数据要求的工区；

S3，采用SQL编程对各级满足建模数据条件的工区，以9：1的比例批量筛选建模数据与验证数据；

S4，以EVS三维地质建模软件为平台，利用栅格插值法建立各级工区的工程地质模型；

S5，基于python实现对整个多级工程地质一体化建模的自动化建模。

2.根据权利要求1中所述的多级工程地质一体化三维地质建模方法，其特征在于，所述二维多级结合表通过将研究区域按照以不同的网格剖分标准划分为不同的网格单元后，确定建模网格所需的内容，构建二维多级结合表。

3.根据权利要求2中所述的多级工程地质一体化三维地质建模方法，其特征在于，步骤S2中，筛选并确定满足建模数据要求的工区的具体步骤：

S201，基于中国基础地质调查数据，提取研究区域的钻孔分布图；

S202，结合各级的建模工区进行映射叠加，剔除不符合的建模工区，确定满足各级建模数据要求的工区。

4.根据权利要求3中所述的多级工程地质一体化三维地质建模方法，其特征在于，步骤S3中，筛选建模数据与验证数据的具体步骤：

S301，利用SQL查询的方式检索钻孔数据库中的地层信息；

S302，将各级建模网格的钻孔地层信息按照结合表的命名要求单独存储；

S303，检索建模钻孔的过程中向外扩展10%的面积，从扩展区域筛选钻孔数据参与建模；

S304，从建模网格范围内以钻孔分布密度筛选至少10%的钻孔作为验证数据，以执行对建模的验证。

5.根据权利要求4中所述的多级工程地质一体化三维地质建模方法，其特征在于，步骤S4中，利用栅格插值法建立各级工区的工程地质模型的具体步骤：

S401，基于概化分组后的每组建模数据进行统计分析，获得包括平均样本间距、搜索空间样本密度、属性概率密度直方图的指标数据；

S402，结合建模单元所在区域的沉积相分布特征，确定地质变异的各向异性，建立插值参数列表；

S403，结合变差拟合分析和插值验证调整理论分析所得到的参数；

S404，确定各级工区每个建模单元合理的插值参数配置。

6.根据权利要求5中所述的多级工程地质一体化三维地质建模方法，其特征在于，步骤S5中，基于python实现对整个多级工程地质一体化建模的自动化建模的具体步骤：

S501，分析研究区各级工程地质的分布规律，以此确定各级网格的三维地质建模的参数；

S502，利用EVS软件进行建模方案的可行验证；

S503，通过python编程构建自动化建模流程，以EVS为建模平台，进行武汉市多级三维地质建模；

S504，构建模型质量定量评估模型，通过提取虚拟钻孔与验证进行模型精度评估，将模型的精度评价结果作为模型元数据存储至模型中。

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