CN115965764A - 计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法及装置，其中，方法包括：基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型；利用预设的高质量四面体网格生成算法对三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格；使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成四面体网格的质量评价结果，并将四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量。由此，解决了相关技术中在网格数值计算时容易发生畸变，降低了计算结果的精确度，并且无法为复杂地质模型生成高质量计算网格，无法满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求等问题。

Description

计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法及装置

技术领域

本申请涉及地下工程技术领域，特别涉及一种计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法及装置。

背景技术

网格是构成模型的重要组成元素，也是数值分析计算的基础，网格划分是将理想化部件拆分为有限数量的区域，这些区域被称为单元且通过节点相连接。

相关技术中，各种商业软件程序被开发并应用于网格划分，如HyperMesh、GridPro、Pointwise等，大部分商业软件基于六面体生成四面体，产生的四面体网格会存在直角，且大部分商业软件以及网格生成算法更注重通用性。

然而，相关技术中在网格数值计算时容易发生畸变，降低了计算结果的精确度，并且无法为复杂地质模型生成高质量计算网格，无法满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求，亟待解决。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题和认识作出的：

采空区所引起的地表沉降对上部建筑物、构筑物造成极大的安全隐患，因此，准确地计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量是其稳定性评估的重要一环。

建立三维地质模型并进行数值计算是一种常用的分析手段，对于使用如有限差分等主流数值计算方法，网格划分质量的好坏将直接影响着数值模拟的结果，现阶段二维网格划分算法(主要为三角形单元)已经研究成熟且容易实现，但面对复杂地质情况仍然有诸多问题且效果不及三维网格(主要为四面体单元)。

当前针对复杂地质建模与四面体网格划分主要面临着三大主要技术难题，其一是地质块体的几何形态复杂，且三维地质模型必须在几何和拓扑上严格一致，其二是重点研究区域的网格尺寸过渡要平滑，网格尺寸不能太大，否则会出现应力集中的情况，其三是如果网格中出现畸变单元，即网格质量较差，计算结果极其不准确，甚至会导致程序不收敛，借助复杂地质条件下的高质量的网格划分方法实现高精度数值计算对采空区稳定性评估具有十分重要的意义。

本申请提供一种计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法及装置，以解决相关技术中在网格数值计算时容易发生畸变，降低了计算结果的精确度，并且无法为复杂地质模型生成高质量计算网格，无法满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求等问题。

本申请第一方面实施例提供一种计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法，包括以下步骤：基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型；利用预设的高质量四面体网格生成算法对所述三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格；使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成所述四面体网格的质量评价结果，并将所述四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用预设的高质量四面体网格生成算法对所述三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格，包括：根据各个地质块体的三角化的表面网格构建所述三维地质模型的输入域；确定所述表面网格的方向，并根据实际地层情况定义子域，构建子域对，以生成所述四面体网格。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用预设的高质量四面体网格生成算法对所述三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格，包括：对所述四面体网格进行优化，直至达到预设网格质量条件。

可选地，在本申请的一个实施例中，在构建所述三维地质模型的输入域之后，还包括：检测所述表面网格的的网格拓扑一致性，以生成拓扑达到预设一致条件的网格。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述网格质量评价标准包括体积边比、偏斜率、纵横比和正交性中的至少一项。

本申请第二方面实施例提供一种计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分装置，包括：构建模块，用于基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型；生成模块，用于利用预设的高质量四面体网格生成算法对所述三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格；计算模块，用于使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成所述四面体网格的质量评价结果，并将所述四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述生成模块包括：构建单元，用于根据各个地质块体的三角化的表面网格构建所述三维地质模型的输入域；生成单元，用于确定所述表面网格的方向，并根据实际地层情况定义子域，构建子域对，以生成所述四面体网格。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述生成模块进一步用于对所述四面体网格进行优化，直至达到预设网格质量条件。

可选地，在本申请的一个实施例中，本申请实施例的装置还包括：检测模块，用于在构建所述三维地质模型的输入域之后，检测所述表面网格的的网格拓扑一致性，以生成拓扑达到预设一致条件的网格。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述网格质量评价标准包括体积边比、偏斜率、纵横比和正交性中的至少一项。

本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法。

本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法。

本申请实施例可以基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型，并利用高质量四面体网格生成算法对三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格，使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成四面体网格的质量评价结果，并将四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量，从而提升了计算结果的精确度，可以为复杂地质模型生成高质量计算网格，有效的满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求。由此，解决了相关技术中在网格数值计算时容易发生畸变，降低了计算结果的精确度，并且无法为复杂地质模型生成高质量计算网格，无法满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求等问题。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法的流程图；

图2为本申请一个具体实施例的四面体网格示意图；

图3为本申请实施例的半边数据结构示意图；

图4为本申请实施例的表面网格方向示意图；

图5为本申请一个具体实施例的体积边比的网格质量频率分布示意图；

图6为本申请一个具体实施例的偏斜率评价指标的网格质量频率分布示意图；

图7为本申请一个具体实施例的纵横比评价指标的网格质量频率分布示意图；

图8为本申请一个具体实施例的正交性评价指标的网格质量频率分布示意图；

图9为本申请一个具体实施例的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法的流程图；

图10为根据本申请实施例的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分装置的结构示意图；

图11为根据本申请实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法及装置。针对上述背景技术中心提到的相关技术中在网格数值计算时容易发生畸变，降低了计算结果的精确度，并且无法为复杂地质模型生成高质量计算网格，无法满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求的问题，本申请提供了一种计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法，在该方法中，可以基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型，并利用高质量四面体网格生成算法对三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格，使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成四面体网格的质量评价结果，并将四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量，从而提升了计算结果的精确度，可以为复杂地质模型生成高质量计算网格，有效的满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求。由此，解决了相关技术中在网格数值计算时容易发生畸变，降低了计算结果的精确度，并且无法为复杂地质模型生成高质量计算网格，无法满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求等问题。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法的流程示意图。

如图1所示，该计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法包括以下步骤：

在步骤S101中，基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型。

可以理解的是，本申请实施例可以基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，即地质资料，构建三角化网格的三维地质模型，例如，地质资料包括但不限于自然地理环境、地质岩性构造、地形地貌、气象水文条件以及采空工况等，从而提升了计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的可行性。

作为一种可能实现的方式，本申请实施例可以首先根据地质资料，建立研究区三角化网格的三维地质模型，目前，对于二维平面(大部分情况为三角形网格)的网格划分算法已经研究成熟，流行的Triangle库可以实现任意二维域(三角形单元)的网格划分。

举例而言，本申请实施例可以选定研究区位于沁水煤田阳泉矿区东南部，区内主要发育一组褶皱构造，形态以开阔褶皱为主，其中，表1为研究区的地层简化表，表2为天然采空工况表，如图2所示，可以根据上述数据建立三维地质模型，其中，模型的X轴正方向表示西南方向，Y轴正方向表示东南方向，Z轴表示高程，三维地质模型长633m，宽596m。

其中，表1为研究区的地层简化表，如下所示：

表1

其中，表2为天然采空工况表，如下所示：

表2

在步骤S102中，利用预设的高质量四面体网格生成算法对三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格。

可以理解的是，本申请实施例可以利用下述步骤中的高质量四面体网格生成算法对三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，从而生成四面体网格，降低了网格中出现畸变单元的可能性，提升计算结果的准确性。

需要说明的是，预设的高质量四面体网格由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。

其中，在本申请的一个实施例中，利用预设的高质量四面体网格生成算法对三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格，包括：根据各个地质块体的三角化的表面网格构建三维地质模型的输入域；确定表面网格的方向，并根据实际地层情况定义子域，构建子域对，以生成四面体网格。

在实际执行过程中，本申请实施例可以根据各个地质块体的三角化的表面网格构建三维地质模型的输入域，确定表面网格的正、负方向，并根据实际的地层情况定义子域，并构建每个输入表面的子域对，生成四面体网格并指定网格大小，并通过优化过程改善网格质量。

在本申请的实施例中，为方便描述，以下实施例都是基于CGAL(ComputationalGeometry Algorithms Library，计算几何算法库)计算几何算法库，在Visual studioCommunity 2017平台下，编程完成适用于复杂地质模型网格划分的开源程序下进行阐述的。

其中，本申请实施例可以构建输入域，输入的边界面和内部面是三角化平滑曲面，输出网格为四面体网，每个输入域会被离散成体积网格并保留零维和一维的输入域特征，得到由三角化的表面网格形成的三维地质模型输入域，从而可以生成和改进适合用户需求的网格，例如，在调整网格尺寸或满足用户定制的质量标准，网格生成器中可以使用基于Delaunay改进的算法。

其中，本申请实施例可以确定表面网格方向，在网格划分中，可以使用三角化表面网格构建输入域确定每个表面的方向，表面方向可以由CGAL所使用的半边数据结构决定，表面网格由顶点(vertex)，边(edge)，面片(facet)和它们入射关系组成，顶点表示空间中的点，边为两个顶点之间的直线段，面片表示没有孔的平面多边形，面片可以由沿其边界的封闭半边序列定义，闭合曲面为三维多面体的边界表示。

进一步地，如图3所示，从多面体的外侧看，半边沿着面片逆时针排列，代表半边沿着顶点顺时针定向，当考虑法线的法线向量时，则法线向外指向(遵循右侧规则)，其中，法线所指的方向就是正方向，这一侧为表面的正方向，对侧为负方向。

其中，面片的每条边由具有相反方向的两个半边表示，每个三角化的表面网格被输入时均已定向并具有两个侧面，每个侧面分别对应正方向和负方向，每个表面的方向与其所有面片的方向相同，即正方向代表每个三角面片的正方向的并集，通常称为曲面的“外面”，负方向是表面的另一侧，可以利用位于子域中的任何点来确定图4中的表面方向。

其中，如图4所示，方向函数可用于确定由任意三个点，例如，p、q和r组成的面片的方向，三个点由表面网格的三角形组成，待确定点s位于此三角形的左侧或右侧，因此，以三角面片的三个点和位于子域中的点作为函数参数，可以确定方向。

其中，本申请实施例可以构建子域对，通过引入子域的概念来表示输入域的每一个封闭块体，在地质模型中，每个子域代表相应的地层，子域为具有整数类型的索引，并且输入域的外部与子域索引0相关联，输入域的内部子域应定义范围从一到子域的数量，定义完成子域后可以构建每一个输入表面的子域对，对于每个三角化的表面网格，已知表面两侧的子域索引，子域对用于组合每个三角化表面网格两侧的子域索引，构造的表面网格输入对的顺序应与输入的三角化表面网格的顺序一致，子域索引对将子域与三角表面相关联，可以确保每个子域的网格生成的正确。

可选地，在本申请的一个实施例中，在构建三维地质模型的输入域之后，还包括：检测表面网格的的网格拓扑一致性，以生成拓扑达到预设一致条件的网格。

在部分实施例中，本申请实施例可以检测表面网格的的网格拓扑一致性，具体地，表面网格上有两个约束，输入域的表面网格不能自相交，且输入域的两个三角化表面网格不相交或共享其边界，以生成拓扑一致的网格。

需要说明的是，预设一致条件由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。

可选地，在本申请的一个实施例中，利用预设的高质量四面体网格生成算法对三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格，包括：对四面体网格进行优化，直至达到预设网格质量条件。

在实际执行过程中，本申请实施例可以对四面体进行网格生成，通常根据表面网格尺寸生成高质量网格，通过删除低质量单元形成空腔，将外接球球心与空腔的顶点连接形成新的四面体，同时指定网格大小，可以驱动Delaunay细化过程，主要包括网格大小和面片大小，网格生成过程为Delaunay细化过程，然后进行网格优化阶段。

需要说明的是，预设网格质量条件由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。

进一步地，本申请实施例可以进行四面体网格优化，优化阶段可以包含四个优化过程，ODT(Optimal Dclaunay Triangulation，优化Delaunay三角剖分)、Lloyd优化、perturber优化和exuder优化。

其中，Lloyd和ODT优化是移动网格顶点使得最小化网格能量的全局优化器，Lloyd优化无法优化网格中条状体单元，而ODT优化会将每个条状体单元优化，这两种优化过程可以改善网格的整体质量，但无法专注于最差的元素，因此，可以作为优化网格的初步步骤非常有效。

另外，perturber优化和exuder优化会改善最差的网格单元，perturber优化通过改变局部顶点位置来改善网格，使条状单元消失，exuder优化通过最佳权重对网格顶点重新加权来改善剩余条状网格质量，因此，优化过程可以按照以下方式执行：ODT优化、Lloyd优化、perturber优化和exuder优化，其中，每个优化过程都可以激活或不激活，在优化阶段之后，网格的平均质量将得到改善。

举例而言，如图2所示，三维地质模型的输入域由21个三角化的表面网格构成，包含八个地层，即对应8个子域，三维地质模型中存在两个薄层和一个断层，由于断层和薄层的存在，网格划分尺寸较小，因此，大尺寸的网格要平滑的过渡到小尺寸的网格才能保证网格质量，对于这种复杂地质模型，不同子域划分不同大小的网格通常可以更好地满足工程要求，因此，可以在程序中设置不同的网格尺寸参数，网格划分结束后，得到四面体计算网格。

在步骤S103中，使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成四面体网格的质量评价结果，并将四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量。

可以理解的是，本申请实施例可以使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成下述步骤中的四面体网格的质量评价结果，并将四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量，从而有效的提升了计算结果的精确度，可以为复杂地质模型生成高质量计算网格，有效的满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求。

其中，在本申请的一个实施例中，网格质量评价标准包括体积边比、偏斜率、纵横比和正交性中的至少一项。

在部分实施例中，本申请实施例可以进行网格质量分析，将得到的计算网格通过开发的接口导入FLAC^3D，并使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成四面体网格的质量评价结果，例如，网格质量的评价标准可以为体积边比、偏斜率、纵横比和正交性等，在计算过程中，用户可以根据实际情况选择网格质量的评价标准中的至少一项，在此不作具体限定。

其中，体积边比的定义如下：

B＝V/L³

其中，B代表体积与边长的比值，V代表四面体单元体积，L表示最短边的长度。

例如，如图5所示，为体积边比的网格质量频率分布，大约80％的网格统计值在0.6-1.0的范围内，并且统计值小于0.2的网格单元所占比例较低，统计值为0.8的网格相对频率最高为24％，也就是说，三角形单元的质量较好，长边与短边的长度相差不大，统计值大于0.5的网格占比50％以上，说明四面体网格单元整体质量较高。

其中，偏斜率的定义如下：

T_skew＝(V_idea-V)/V_idea

其中，T_skew表示偏斜率，V表示四面体单元体积，V_idea是四面体外接球的体积。

又例如，如图6所示，为偏斜率评价指标的网格质量频率分布，图中在统计值0.7处具有峰值，峰值为25％，且统计值大于0.5的四面体网格比例超过70％，统计值小于0.3的网格单元所占比例低于5％，也就是说，不良网格单元数量较少，四面体网格单元的质量较高，单元的形状较好，锲型单元与狭长单元所占的比例较低。

其中，四面体单元的纵横比是四面体单元中最长边的长度与最短边的长度之比，对正四面体而言，最小长宽比为1，其纵横比定义为：

A_ratio＝L_longest/l_shortest

其中，A表示纵横比，L_longest为单元最长边的长度，L_shortest代表最短边的长度。

再例如，如图7所示，为纵横比评价指标的网格质量频率分布，图中也可以得出相对频率的平滑分布，网格的统计值在0.7处具有一个峰值，峰值为24％，大多数网格的质量统计值在0.5到1.0之间，超过80％网格的质量统计值大于0.4，也就是说，网格的质量整体质量较高，三角形单元的边长长度平滑变化。

其中，正交偏斜率由面法线向量和从四面体质心到每个面的向量计算得到，表示区域内的某条边是相对于其它边是如何倾斜的，当返回接近零的值时，则代表区域存在细长状或发生严重变形的可能性，面体的正交偏斜率定义为四个面i计算得到的正交偏斜率的最大值，即：

其中，

表示面的法线向量，

表示从四面体的质心到每个面质心的向量。

再例如，如图8所示，为正交性评价指标的网格质量频率分布，相对频率的平滑发生变化，网格的统计值在0.6处具有一个峰值，峰值为18％，超过75％的网格的质量统计值在0.5到1.0之间，大约50％的网格的质量统计值在0.6-0.8之间，代表网格的质量整体质量较高。

从而，结合上述网格质量频率分布图可以得出，所有生成的四面体网格单元质量较高，高质量的网格所占比例很高，高质量网格可以为数值模拟提供精确的结果，通过开发相应的接口，可以将生成的网格导入数值模拟软件进行数值计算。

在一些实施例中，本申请实施例还可以将生成的高质量四面体网格通过开发的接口导入到FLAC^3D软件中进行数值模拟。

举例而言，本申请实施例可以通过FLAC^3D软件进行计算模拟，采用的计算模型为理想弹塑性本构模型，Mohr-Coulomb准则为屈服准则，在程序运行结束，得到初始应力平衡的结果，其中，在位移云图中，最大位移0.11米，在X方向的位移云图，最大位移0.037m，最小位移-0.024m，在Y方向的位移云图，最大位移0.006m，最小位移-0.005m，在Z方向的位移云图，最大位移-0.116m，最小位移-0.01m。

综上，本申请实施例可以首先通过三角化的表面网格构建三维地质模型的输入域，并对表面网格进行拓扑一致检查，将每个地层定义子域索引，并确定表面网格的正负方向，然后根据每个表面网格的方向和子域索引构造表面网格的子域对，子域对的顺序可以为表面网格两侧的子域索引位于正方向的在前，负方向的在后，并且网格生成过程将保留三维地质模型的特征，通过插入节点生成高质量的四面体网格单元，从而可以为复杂地质模型生成高质量计算网格，提升了计算结果的精确度，有效的满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求。

如图9所示，下面以一个具体实施例对本申请实施例的工作原理进行详细阐述。

步骤S901：建立三维地质模型。

即言，本申请实施例可以基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型。

步骤S902：构建输入域。

即言，本申请实施例可以根据各个地质块体的三角化的表面网格构建三维地质模型的输入域。

步骤S903：检查网格拓扑。

即言，本申请实施例可以检测表面网格的网格拓扑一致性。

步骤S904：确定表面网格方向。

即言，本申请实施例可以在网格划分中，可以使用三角化表面网格构建输入域，并且确定每个表面网格的方向，其中，表面方向可以由CGAL所使用的半边数据结构决定。

步骤S905：构建子域对。

即言，本申请实施例可以通过子域对用于组合每个三角化表面网格两侧的子域索引。

步骤S906：网格生成及优化。

即言，本申请实施例可以进行网格生成及优化，提升了计算结果的精确度，有效的满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求。

综上，本申请实施例可以针对复杂地质条件进行高质量的四面体网格划分，提升了数值计算的效率，实现了采空区地表沉降量的计算的速度，并保证了计算精度，对其稳定性评价具有重要意义。

根据本申请实施例提出的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法，可以基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型，并利用高质量四面体网格生成算法对三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格，使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成四面体网格的质量评价结果，并将四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量，从而提升了计算结果的精确度，可以为复杂地质模型生成高质量计算网格，有效的满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求。由此，解决了相关技术中在网格数值计算时容易发生畸变，降低了计算结果的精确度，并且无法为复杂地质模型生成高质量计算网格，无法满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求等问题。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分装置。

图10是本申请实施例的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分装置的方框示意图。

如图10所示，该计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分装置10包括：构建模块100、生成模块200和计算模块300。

具体地，构建模块100，用于基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型。

生成模块200，用于利用预设的高质量四面体网格生成算法对三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格。

计算模块300，用于使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成四面体网格的质量评价结果，并将四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量。

可选地，在本申请的一个实施例中，生成模块200包括：构建单元和生成单元。

其中，构建单元，用于根据各个地质块体的三角化的表面网格构建三维地质模型的输入域。

生成单元，用于确定表面网格的方向，并根据实际地层情况定义子域，构建子域对，以生成四面体网格。

可选地，在本申请的一个实施例中，生成模块200进一步用于对四面体网格进行优化，直至达到预设网格质量条件。

可选地，在本申请的一个实施例中，本申请实施例的装置10还包括：检测模块。

其中，检测模块，用于在构建三维地质模型的输入域之后，检测表面网格的的网格拓扑一致性，以生成拓扑达到预设一致条件的网格。

需要说明的是，前述对计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法实施例的解释说明也适用于该实施例的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分装置，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分装置，可以基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型，并利用高质量四面体网格生成算法对三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格，使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成四面体网格的质量评价结果，并将四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量，从而提升了计算结果的精确度，可以为复杂地质模型生成高质量计算网格，有效的满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求。由此，解决了相关技术中在网格数值计算时容易发生畸变，降低了计算结果的精确度，并且无法为复杂地质模型生成高质量计算网格，无法满足计算复杂地质条件下采空区的地表沉降量的需求等问题。

图11为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：

存储器1101、处理器1102及存储在存储器1101上并可在处理器1102上运行的计算机程序。

处理器1102执行程序时实现上述实施例中提供的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法。

进一步地，电子设备还包括：

通信接口1103，用于存储器1101和处理器1102之间的通信。

存储器1101，用于存放可在处理器1102上运行的计算机程序。

存储器1101可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

如果存储器1101、处理器1102和通信接口1103独立实现，则通信接口1103、存储器1101和处理器1102可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

可选地，在具体实现上，如果存储器1101、处理器1102及通信接口1103，集成在一块芯片上实现，则存储器1101、处理器1102及通信接口1103可以通过内部接口完成相互间的通信。

处理器1102可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型；

利用预设的高质量四面体网格生成算法对所述三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格；

使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成所述四面体网格的质量评价结果，并将所述四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用预设的高质量四面体网格生成算法对所述三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格，包括：

根据各个地质块体的三角化的表面网格构建所述三维地质模型的输入域；

确定所述表面网格的方向，并根据实际地层情况定义子域，构建子域对，以生成所述四面体网格。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用预设的高质量四面体网格生成算法对所述三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格，包括：

对所述四面体网格进行优化，直至达到预设网格质量条件。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在构建所述三维地质模型的输入域之后，还包括：

检测所述表面网格的的网格拓扑一致性，以生成拓扑达到预设一致条件的网格。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网格质量评价标准包括体积边比、偏斜率、纵横比和正交性中的至少一项。

6.一种计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分装置，其特征在于，包括：

构建模块，用于基于选定的目标区域的实际工程地质背景信息，构建三角化网格的三维地质模型；

生成模块，用于利用预设的高质量四面体网格生成算法对所述三维地质模型的表面三角网格进行高质量四面体网格划分，生成四面体网格；

计算模块，用于使用FLAC^3D的网格质量评价标准生成所述四面体网格的质量评价结果，并将所述四面体网格导入FLAC^3D软件中，以通过FLAC^3D软件计算任一区域的实际地表沉降量。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述生成模块包括：

构建单元，用于根据各个地质块体的三角化的表面网格构建所述三维地质模型的输入域；

生成单元，用于确定所述表面网格的方向，并根据实际地层情况定义子域，构建子域对，以生成所述四面体网格。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述生成模块进一步用于对所述四面体网格进行优化，直至达到预设网格质量条件。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-5任一项所述的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-5任一项所述的计算地表沉降的复杂地质模型四面体网格划分方法。

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