CN116721224B - 一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质属性建模领域，公开了一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法，包括：在地层三维模型上进行地质属性数据的初步分布，根据地质属性的分布特征，对地层模型进行三角网细分和模型重构，得到细分后的三角网地层模型，根据地质属性的类型特征和周边地质构造的影响，计算地质属性的广泛性分布模型，融合地质属性的广泛分布模型和细分后的三角网地层模型，构建地质属性三维模型，对地质属性模型进行干预，反馈并重构地层三角网数据和地质属性分布模型。本发明提供了一种地质属性的动态建模方法，并且可根据人机干预和后续新增数据进行动态修正。

Description

一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法

技术领域

本发明涉及地质属性建模领域，尤其涉及一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法。

背景技术

目前地质属性建模已经成为三维地质建模的重要组成部分，而三维地质建模是矿井安全生产的重要内容；随着智能化矿山的建设，借助三维可视化技术，地质属性的三维可视化、地质属性查询等内容成为构建虚拟生产环境的重要内容。

目前的地质属性建模主要有两种方式，一是基于地质属性本身的测量场数据，进行整个属性场或者属性面的建模；二是采用空间曲面，构造三维地质属性体模型。以上两种方法存在同样的问题。一、没有考虑到部分地质构造对地质属性分布的影响，而是单纯的从地质属性分布上进行空间插值计算，构建地质属性模型；二、由于地质空间存在高度不确定性，没有提供数据修正的方案，以及局部修正的方案。

发明内容

本发明的目的在于克服上述一种或多种现有的技术问题，提供一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法，包括：

在地层三维模型上进行地质属性数据的初步分布；

根据地质属性的分布特征，对地层模型进行三角网细分和模型重构，得到细分后的三角网地层模型；

根据地质属性的类型特征和周边地质构造的影响，计算地质属性的广泛性分布模型；

融合地质属性的广泛分布模型和细分后的三角网地层模型，构建地质属性三维模型；

对地质属性模型进行干预，反馈并重构地层三角网数据和地质属性分布模型。

根据本发明的一个方面，在对地层模型进行三角网细分时，对地层三角网模型或地质属性进行坐标转换，使两者处于同一个地理坐标系下。

根据本发明的一个方面，对地层模型进行三角网细分和模型重构依据地质属性的原始分布来进行，利用多叉树空间分割算法对地质属性进行空间分割，并根据分割结果对地层三角网进行三角细分。

根据本发明的一个方面，在地层模型包括断层构造时，对磁层模型进行三角网打断和三角网分割；在地层模型包括积水区或采空区构造时，根据构造的填充物特性，设定相应的三角网属性。

根据本发明的一个方面，所述广泛性分布模型使用插值算法计算得到，所述插值算法包括三角测量法、反距离权重法、克里金法、趋势法和最小曲率法。

根据本发明的一个方面，地质属性三维模型的构建过程包括以细分三角网模型为基础，结合地质属性的广泛分布模型，构建地质属性三维模型。

根据本发明的一个方面，三维渲染引擎实现地质属性的三维可视化,所述三维可视化过程包括：

以地层模型的三角网数据为基础，构建地质属性的独立三角网数据模型；地质属性三角网数据中，三角网顶点以及三角形模型各自拥有地质属性数值；并依据不同的着色标准，对三角网模型进行顶点着色。

根据本发明的一个方面，对地质属性模型进行干预包括根据地质属性模型的合理性或地质属性测量数据进行干预。

根据本发明的一个方面，反馈并重构地层三角网数据和地质属性分布模型包括：

将原始测量地质属性数据作为原始空间锚点，将新测量地质属性数据和原始空间锚点对其，干预的反演地质属性数据作为临时空间锚点，计算临时空间锚点的影响范围，重构影响范围内的地层三角网数据和地质属性三维空间模型。

为实现上述目的，本发明提供一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模系统，包括：

地质属性分布单元，用于在地层三维模型上进行地质属性数据的初步分布；

地层模型细分单元，用于根据地质属性的分布特征，对地层模型进行三角网细分和模型重构，得到细分后的三角网地层模型；

地质属性分布获取单元，用于根据地质属性的类型特征和周边地质构造的影响，计算地质属性的广泛性分布模型；

地质属性三维模型获取单元，用于融合地质属性的广泛分布模型和细分后的三角网地层模型，构建地质属性三维模型；

反馈单元，用于对地质属性模型进行干预，反馈并重构地层三角网数据和地质属性分布模型。

基于此，本发明的有益效果在于：

本发明提供的基于地层三角网模型的地质属性建模方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的推广价值和极好的实用性。

附图说明

图1是本发明实例1一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法的流程图；

图2是本发明实例3一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法的流程图；

图3是本发明实例3一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法的总体概述图。

具体实施方式

现在将参照示例性实施例来论述本发明的内容，应当理解，论述的实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本发明的内容，而不是暗示对本发明的范围的任何限制。

如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”，术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。

请参考图1，其示出了一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法，包括：

在地层三维模型上进行地质属性数据的初步分布；

根据地质属性的分布特征，对地层模型进行三角网细分和模型重构，得到细分后的三角网地层模型；

根据地质属性的类型特征和周边地质构造的影响，计算地质属性的广泛性分布模型；

融合地质属性的广泛分布模型和细分后的三角网地层模型，构建地质属性三维模型；

对地质属性模型进行干预，反馈并重构地层三角网数据和地质属性分布模型。

在进行地质属性的分布时，地层三角网模型与地质属性测量数据需要在同一个大地坐标系下，若测量数据为设备坐标系或其他坐标系，需要进行坐标转换，转换成与地层模型相同的坐标系，实现空间数据的一致性。

通过对地层模型三角网的三角细分和模型重构，可在不改变地层基本形态的同时，体现测量地质属性数据在三维空间分布的特征。

地层三角网的三角细分和模型重构需要依据地质属性的原始分布来进行，利用二叉树、四叉树、八叉树空间等多叉树分割算法按照空间坐标对地质属性进行空间分割，根据分割结果对地层三角网进行三角细分，属性数据相对集中的区域需要细分更多更小的三角网；三角细分过程中需要结合断层、积水区、采空区等地质构造，遇到断层需要进行三角网打断，三角网分割；遇到积水区、采空区等构造，需要根据构造的填充物特性，设定相应的三角网属性。根据空间分割算法的结果，对地层三角网进行局部的三角细分，原则为分割区域三角分割加密，加密的尺度由分割区域的空间尺度决定，采取更小尺度向下细分原则。

在获取地质属性的广泛性分布模型时，需要根据地质属性在空间上的分布的特征，进行属性分布算法的修正；

地质属性的类型特征，即指地层的岩性、及其他地质构造填充物特性；包括积水区的水体、煤层的变质煤、岩层的岩性(细粒砂岩、粗粒砂岩……)；不同的填充物特性，采用不同的插值算法或进行算法参数修正；

根据地质属性的类型特征，选择的插值算法包括：三角测量法(TIN)、反距离权重法(IDW)、克里金法(Kriging)、趋势法(Trend)、最小曲率法(Minimum Curvature)，及相关算法的变种算法；

计算地质属性的广泛性分布基础模型时，考虑区域内的地质构造。断层等地质构造，切断了部分地质属性在断层两侧的属性影响，体现在插值算法上就是，断层两侧的地质属性在计算插值过程中，不以断层另一侧的地质属性数据为锚点；积水区内的水体不需要参与部分地质属性的分布计算，体现在属性分布模型上，积水区是一片真空区域。

地属性三维模型的构建过程的核心在于：地层细分三角网模型和地质属性广泛分布模型的融合；剔除对地质属性无效的三角网数据；以细分三角网模型为基础，结合地质属性的广泛分布模型，构建地质属性的三维可视化模型；并通过三维渲染引擎实现地质属性的三维可视化。

地质属性的三维可视化，在构建的地质属性三角网数据中，三角网顶点以及三角形模型各自拥有地质属性数值；依据不同的着色标准，对三角网模型进行顶点着色处理；结合地层三角网模型的法线，计算地质属性模型的法线，实现地质属性的三维可视化。

在获取构建地质属性三维模型，其地质属性可能会和属性的分布特征或者和周边地质构造的影响特征冲突，在此情况下，需要对其合理性进行重构。

冲突的发现可以是对地质属性建模引入计算机或人工干预；针对特征明显的地质属性分布特征，引入计算机算法库进行结果干预，如部分地质属性在断层两侧的分布模型，可通过计算机加断层数据自动校正；对其他地质属性模型中不合理的部分进行人工干预；通过获取新的测量数据，进行地质属性模型的局部重构。

在进行校正时，部分特征明显的构造可通过计算机算法自动识别，进行结果干预，例如部分地质属性在断层两侧的分布模型有明显差异，可通过计算机加断层数据进行校正；校正方法有：进行插值计算时切割断层两侧数据；修正地质属性在断层周边的插值算法；

对其他计算机不能识别的地质属性模型中不合理的部分进行人工干预；干预方法有：人工添加地质属性控制锚点，输入合理地质属性数据。

在实际的生产环境中，地质数据的测量大多数情况下都不是通过一次测量完成的，因此需要进行数据的更新；此步骤即使一个新的测量数据进入地质属性模型构建的入口。

上述的技术方案可以获得如下有益效果：

达到了地质属性与地层三角网模型的动态融合，并且可根据计算机或者人工干预，以及后续测量数据进行动态修正，逐渐毕竟地质属性的真实分布特征，为地质属性的三维建模和三维可视化进行了技术补充。解决了目前常用的建模方法没有考虑地质构造对地质属性分布的影响的问题，也解决了后续地质属性模型更新修正的问题。

进一步的，对地层模型进行三角网细分时，对地层三角网模型或地质属性进行坐标转换，使两者处于同一个地理坐标系下。地质属性数据在地层三维模型上初步分布可以为将测量原始数据，从极坐标或临时坐标系转换到大地坐标，确保地质属性数据与地层模型基于同一个大地坐标系下。此处的大地坐标，包括：国家2000、北京54、西安80坐标系类似这些的通用大地坐标系，以及基于通用大地坐标系进行平移、旋转或者缩放的自定义坐标系。

上述方法中，对地层模型进行三角网细分可进一步包括：

在地层模型包括断层构造时，对磁层模型进行三角网打断和三角网分割；在地层模型包括积水区或采空区构造时，根据构造的填充物特性，设定相应的三角网属性。

实例2

一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模装置，包括：

地质属性分布单元，用于在地层三维模型上进行地质属性数据的初步分布；

地层模型细分单元，用于根据地质属性的分布特征，对地层模型进行三角网细分和模型重构，得到细分后的三角网地层模型；

地质属性分布获取单元，用于根据地质属性的类型特征和周边地质构造的影响，计算地质属性的广泛性分布模型；

地质属性三维模型获取单元，用于融合地质属性的广泛分布模型和细分后的三角网地层模型，构建地质属性三维模型；

反馈单元，用于对地质属性模型进行干预，反馈并重构地层三角网数据和地质属性分布模型。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

实例3

参照图2和3，示出了本发明实施例一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法的流程图。基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法包括：

步骤101：地质属性数据在地层三维模型上进行初步分布，根据地质属性的分布特征，对地层模型进行三角网细分和模型重构；

地层三角网模型与地质属性测量数据需要在同一个大地坐标系下，若测量数据为设备坐标系或其他坐标系，需要进行坐标转换，转换成与地层模型相同的坐标系，实现空间数据的一致性；

地层三角网的三角细分和模型重构在不改变地层基本形态的同时，结合测量地质属性数据在三维空间分布的特征；

地层三角网的三角细分和模型重构需要依据地质属性的原始分布来进行，利用二叉树、四叉树、八叉树空间分割算法对地质属性进行空间分割，根据分割结果对地层三角网进行三角细分，属性数据相对集中的区域需要细分更多更小的三角网；

三角细分过程中需要结合断层、积水区、采空区等地质构造，遇到断层需要进行三角网打断，三角网分割；遇到积水区、采空区等构造，需要根据构造的填充物特性，设定相应的三角网属性；

最终重构地层模型三角网。

步骤102：根据地质属性的类型特征，选择适当的插值算法，计算地质属性的广泛性分布模型；

计算地质属性广泛分布模型过程中，需要根据地质属性在空间上的分布的特征，进行属性分布算法的修正；

地质属性的类型特征，即指地层的岩性、及其他地质构造填充物特性；包括积水区的水体、煤层的变质煤、岩层的岩性(细粒砂岩、粗粒砂岩……)；不同的填充物特性，采用不同的插值算法或进行算法参数修正；

根据地质属性的类型特征，选择的插值算法包括：三角测量法(TIN)、反距离权重法(IDW)、克里金法(Kriging)、趋势法(Trend)、最小曲率法(Minimum Curvature)，及相关算法的变种算法；

计算地质属性的广泛性分布基础模型，在区域内的地质构造参与分布模型计算；断层等地质构造，切断了部分地质属性在断层两侧的属性影响，体现在插值算法上就是，断层两侧的地质属性在计算插值过程中，不以断层另一侧的地质属性数据为锚点；积水区内的水体不需要参与部分地质属性的分布计算，体现在属性分布模型上，积水区是一片真空区域。

步骤103：地质属性的广泛分布模型，融合细分后的三角网地层模型，构建地质属性三维模型，并实现三维可视化；

构建地质属性三维模型，其核心在于地层细分三角网模型和地质属性广泛分布模型的融合；剔除对地质属性无效的三角网数据；以细分三角网模型为基础，结合地质属性的广泛分布模型，构建地质属性的三维可视化模型；并通过三维渲染引擎实现地质属性的三维可视化。

地质属性的三维可视化，在构建的地质属性三角网数据中，三角网顶点以及三角形模型各自拥有地质属性数值；依据不同的着色标准，对三角网模型进行顶点着色处理；结合地层三角网模型的法线，计算地质属性模型的法线，实现地质属性的三维可视化。

步骤104：判断地质属性模型是否符合该属性的分布特征，以及是否符合周边地质构造的地质影响特征；

如果符合地质属性分布特征，进入步骤106；

如果有不符合地质属性分布特征的情况，进入步骤105。

步骤105：引入计算机或者人工干预，根据地质属性模型的合理性进行模型的局部重构。

部分特征明显的构造可通过计算机算法自动识别，进行结果干预，例如部分地质属性在断层两侧的分布模型有明显差异，可通过计算机加断层数据进行校正；校正方法有：进行插值计算时切割断层两侧数据；修正地质属性在断层周边的插值算法；

对其他计算机不能识别的地质属性模型中不合理的部分进行人工干预；干预方法有：人工添加地质属性控制锚点，输入合理地质属性数据。

步骤106：判断是否有新的地质属性测量数据，或者是否进行了模型干预；

在实际的生产环境中，地质数据的测量大多数情况下都不是通过一次测量完成的，因此需要进行数据的更新；此步骤即使一个新的测量数据进入地质属性模型构建的入口。

如果没有新增的地质属性测量数据，并且没有进行计算机及人工干预，进入步骤107结束。

如果有新增的地质属性测量数据，或者进行了模型构造干预，重新进入步骤101；

步骤107：地质属性模型构建完成。

基于此，本发明的有益效果在于，本发明提供的基于地层三角网模型的地质属性建模方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的推广价值和极好的实用性。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的模块及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。

所述功能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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例节能信号发送/接收的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

应理解，本发明的发明内容及实施例中各步骤的序号的大小并不绝对意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

Claims (8)

1.一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法，其特征在于，包括：

在地层三维模型上进行地质属性数据的初步分布；

根据地质属性的分布特征，对地层模型进行三角网细分和模型重构，得到细分后的三角网地层模型；

根据地质属性的类型特征和周边地质构造的影响，计算地质属性的广泛性分布模型；

融合地质属性的广泛分布模型和细分后的三角网地层模型，构建地质属性三维模型；

对地质属性模型进行干预，反馈并重构地层三角网数据和地质属性分布模型；

其中，在地层模型包括断层构造时，对此地层模型进行三角网打断和三角网分割；在地层模型包括积水区或采空区构造时，根据构造的填充物特性，设定相应的三角网属性；

所述广泛性分布模型使用插值算法计算得到，所述插值算法包括三角测量法、反距离权重法、克里金法、趋势法和最小曲率法。

2.如权利要求1所述的一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法，其特征在于，在对地层模型进行三角网细分时，对地层三角网模型或地质属性进行坐标转换，使两者处于同一个地理坐标系下。

3.如权利要求1所述的一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法，其特征在于，对地层模型进行三角网细分和模型重构依据地质属性的原始分布来进行，利用多叉树空间分割算法对地质属性进行空间分割，并根据分割结果对地层三角网进行三角细分。

4.如权利要求1所述的一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法，其特征在于，地质属性三维模型的构建过程包括以细分三角网模型为基础，结合地质属性的广泛分布模型，构建地质属性三维模型。

5.如权利要求4所述的一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法，其特征在于，三维渲染引擎实现地质属性的三维可视化,所述三维可视化过程包括：

以地层模型的三角网数据为基础，构建地质属性的独立三角网数据模型；地质属性三角网数据中，三角网顶点以及三角形模型各自拥有地质属性数值；并依据不同的着色标准，对三角网模型进行顶点着色。

6.如权利要求1所述的一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法，其特征在于，对地质属性模型进行干预包括根据地质属性模型的合理性或地质属性测量数据进行干预。

7.如权利要求1所述的一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模方法，其特征在于，反馈并重构地层三角网数据和地质属性分布模型包括：

将原始测量地质属性数据作为原始空间锚点，将新测量地质属性数据和原始空间锚点对其，干预的反演地质属性数据作为临时空间锚点，计算临时空间锚点的影响范围，重构影响范围内的地层三角网数据和地质属性三维空间模型。

8.一种基于地层三角网模型的地质属性动态建模装置，其特征在于，包括：

地质属性分布单元，用于在地层三维模型上进行地质属性数据的初步分布；

地层模型细分单元，用于根据地质属性的分布特征，对地层模型进行三角网细分和模型重构，得到细分后的三角网地层模型；

地质属性分布获取单元，用于根据地质属性的类型特征和周边地质构造的影响，计算地质属性的广泛性分布模型；

地质属性三维模型获取单元，用于融合地质属性的广泛分布模型和细分后的三角网地层模型，构建地质属性三维模型；

反馈单元，用于对地质属性模型进行干预，反馈并重构地层三角网数据和地质属性分布模型；

其中，在地层模型包括断层构造时，对此地层模型进行三角网打断和三角网分割；在地层模型包括积水区或采空区构造时，根据构造的填充物特性，设定相应的三角网属性；

所述广泛性分布模型使用插值算法计算得到，所述插值算法包括三角测量法、反距离权重法、克里金法、趋势法和最小曲率法。