CN116778096B - 一种基于bim三维云数据的三维地质体建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM三维云数据的三维地质体建模方法，包括以下步骤：步骤S1、获取地质体区域的地址勘探线数据、钻孔柱状图和水文地质报告作为基础数据；步骤S2、利用三维建模Surpac软件构建地质体三维可视化模型，通过所述地质体三维可视化模型预测地质断层上出现的地层尖灭点坐标，在尖灭点处加入虚拟钻孔；步骤S3、依据所述地层模型和矿体模型建立整个地质体的块体模型，获取地质体品位模型输出地质体的内部特征和各种属性信息，能使地质体的空间结构得到十分清晰的区分，提升了模型的精度，有效控制了具有断层的地质体的不连续地层面的边界，使地质体各个地层模型与真实的位置和形态更为接近，完善了地质体的三维模型。

Description

一种基于BIM三维云数据的三维地质体建模方法

技术领域

本发明涉及三维地质体建模技术领域，具体涉及一种基于BIM三维云数据的三维地质体建模方法。

背景技术

三维地质建模在几十年的发展过程中，许多方面的研究已经趋于成熟，比如在软件开发方向得到了越来越多不错的成绩，但是地质体三维模型在构建方法与构建技术方面还有许多问题需要解决，主要存在的问题如下

第一、构建地质体的三维模型数据时，可视化效果较差，地质现象无法完整描述，地层与断层的空间关系描述不清；

第二、构建的三维地质模型大多为矿体模型的三维模型，对于地质体的各个地层的模型以及地表模型、断层模型等模型的构建考虑很少；

第三、构建出地质体的三维模型数据后，缺乏相应的验证方法，以验证模型数据与真实地质体的接近程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM三维云数据的三维地质体建模方法，以解决现有技术中现有地质模型可视化效果较差，地质现象无法完整描述，地层与断层的空间关系描述不清以及缺乏相应的验证方法等的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种基于BIM三维云数据的三维地质体建模方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取地质体区域的地址勘探线数据、钻孔柱状图和水文地质报告作为基础数据，构建地质体区域的地质数据库；

步骤S2、利用三维建模Surpac软件构建地质体三维可视化模型，通过所述地质体三维可视化模型预测地质断层上出现的地层尖灭点坐标，在尖灭点处加入虚拟钻孔，通过Surpac软件构建地层模型和矿体模型；

步骤S3、依据所述地层模型和矿体模型建立整个地质体的块体模型，通过距离幂次反比法对所述地质体的块体模型赋值，获取地质体品位模型输出地质体的内部特征和各种属性信息。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤S1中，通过同一勘测线路上的地表地质数据获取各个地层的轮廓线，结合钻孔柱状图和水文地质报告对地层进行类型划分，根据地层类型将地层数据录入地质数据库，并对数据库构建三维X-Y-Z坐标，将坐标信息以TXT文件导入Surpac软件中的相应数据库中。

作为本发明的一种优选方案，依据Surpac软件中的数据库创建地质岩性数据表，通过所述地质岩性数据表构建地质数据的数据结构，对相邻平行平面上的轮廓线上的点按照逆时针方向排列，构建各个地层的轮廓线之间的三角面模型。

作为本发明的一种优选方案，依据所述三角面模型利用三维建模Surpac软件构建地质体三维可视化模型，具体为：

首先，根据各个地层的轮廓线逐个绘制勘探线剖面图，将各个剖面连接起来，建立带有轮廓的三角网；

其次，将带有轮廓的三角网导入所述Surpac软件完善地质数据库，依据所述地质数据库数据显示现有的地质剖面和钻孔三维图形，通过勘探线剖面图形成地质层剖面轮廓线，构建矿体模型和各个地层模型；

最后，根据矿体模型和各个地层模型获取地质体坐标数据，将具有坐标的地质体高点位数据在Surpac软件中依次连接成一串线文件，通过线文件创建DTM工具生成地质体立体化视图。

作为本发明的一种优选方案，通过所述地质体立体化视图引入地质体的虚拟钻孔数据作为补充数据，所述地质体的虚拟钻孔数据主要为地质层出现断层时，各个地层在断层上的尖灭位置，通过在尖灭位置的垂直方向上建立虚拟钻孔，确定虚拟钻孔的坐标和相应地层面的高程数据，进而确定虚拟钻孔的三维坐标。

作为本发明的一种优选方案，所述虚拟钻孔的三维坐标主要通过构建高程数据的断层面平面方程，以及各个地层线的空间直线方程，将断层面平面方程与空间直线方程的交点作为虚拟钻孔的三维坐标，所述断层面平面方程具体为：

首先，对所述虚拟钻孔内提供的所有地层类型进行统计，获取地层类型断层面上任意P＝{x_p-x_c,y_p-y_c,z_p-z_c}、Q＝{x_q-x_c,y_q-y_c,z_q-z_c}两点经过同一点C的两个方向向量，依据同一点C建立不同地层类型的关系矩阵法向量n＝(a,b,c)

其中，i，j，k表示C点的三维坐标；

其次，计算单个P、Q两点在各个虚拟钻孔内地层间的关系值δ_ij，根据关系值δ总和对法向量n通过断层面数据确定断层面方程：

a(x-x_c)+b(y-y_c)+c(z-z_c)＝0

其中，δ_ij是根据点C的二维坐标信息将各个钻孔的相同地层的关系值相加，z表示钻孔的编号，N表示钻孔总数，表示编号为z的钻孔中地层i与地层j的关系值，C(x,y,z)表示断层面上任一点处的关系值总和。

作为本发明的一种优选方案，将所述断层面方程与断层面上P、Q两点间的空间直线方程交点坐标作为虚拟钻孔的三维坐标，所述空间直线方程具体为：

其中，x，y，z表示断层面上任一点处的尖灭位置坐标数据；

利用所述断层面平面方程获取断层面逻辑坐标，通过Sgrid网格将逻辑坐标沿三维坐标轴方向生成不同平面，联立所述断层面平面方程和空间直线方程获取逻辑线切割点，将切割点按照逻辑坐标顺序进行排序，构成高程数据集。

作为本发明的一种优选方案，所述高程数据主要由虚拟钻孔在各个地层面其它位置的点按其到同一剖面线上相邻两个钻孔的距离线性插值确定，将所求的虚拟钻孔左右两侧相邻的钻孔分别命名为B₁钻孔和B₂钻孔，具体为：

其中，i表示地层数，i＝1,2,3....，Z_i表示虚拟钻孔第i个地层面的高程数据，d₁表示虚拟钻孔至B₁钻孔的距离，d表示B₁钻孔与B₂钻孔的距离，d₂表示虚拟钻孔至B₂钻孔的距离，Z_2i表示B₂钻孔第i个地层面的高程，Z_1i表示B₁钻孔第i个地层面的高程

根据高程数据Z_i对各个钻孔地层进行分类筛选，建立统一钻孔分层，具体为：

假设n_a<n_a-1，n_a>n_a-1+1，n_a>n_a+1，其中n_a为至上而下设定的钻孔分层，钻孔地层中第a层的分层编号，设定钻孔地层的编号由上到下按照同一地层层序依此减小，不断对n_a进行排序，利用n_a结合高程数据Z_i建立统一钻孔分层。

作为本发明的一种优选方案，将所述虚拟钻孔的三维坐标调入地质体的实体模型，将创建好的地质体整体实体模型放入Surpac软件工作界面中，利用查询的相关功能，得到地质体在XYZ方向上的最大最小值，确立块体模型范围参数，创建块体模型。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明利用Surpac软件构建的模型能够有效的表现出地质体的各种信息，表现了研究区的地质形态特征，尤其是各个地层的三维模型，能使地质体的空间结构得到十分清晰的区分，虚拟钻孔的引入提升了模型的精度，丰富了相应的数据，有效控制了具有断层的地质体的不连续地层面的边界，使地质体各个地层模型与真实的位置和形态更为接近，提升了三维地质模型表达的准确度和可视化程度，能为矿山的相关生产和勘察工作进行指导，块体模型及品位模型的构建，为矿山的铁矿储量计算提供了参考数据，表达了地质体的内部特征和各种属性信息，完善了地质体的三维模型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于BIM三维云数据的三维地质体建模方法流程图。

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。

如图1所示，本发明提供了一种基于BIM三维云数据的三维地质体建模方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取地质体区域的地址勘探线数据、钻孔柱状图和水文地质报告作为基础数据，构建地质体区域的地质数据库；

本实施例中，根据已知地质勘探线数据中的剖面数据、钻孔柱状图以及水文地质报告进行地层划分，确定了各个地层的岩性和空间位置，同时确定了矿体的空间分布形态以及各个地层之间的空间位置关系。

步骤S2、利用三维建模Surpac软件构建地质体三维可视化模型，通过所述地质体三维可视化模型预测地质断层上出现的地层尖灭点坐标，在尖灭点处加入虚拟钻孔，通过Surpac软件构建地层模型和矿体模型；

本实施例中，利用Surpac软件在三维空间内展示钻孔，分析各类信息，同时重新估计各个地层在断层和其它区域的尖灭点位置，在这些位置插入虚拟钻孔，建立矿体和地层模型，精细化模型。

步骤S3、依据所述地层模型和矿体模型建立整个地质体的块体模型，通过距离幂次反比法对所述地质体的块体模型赋值，获取地质体品位模型输出地质体的内部特征和各种属性信息。

本实施例中，将实体模型和块体模型在三维空间上展示，反映出矿体和其它地质体的展布形态和分布规律，展示不同地层的展布情况和相互关系，实现地质体的三维可视化表达。

所述步骤S1中，通过同一勘测线路上的地表地质数据获取各个地层的轮廓线，结合钻孔柱状图和水文地质报告对地层进行类型划分，根据地层类型将地层数据录入地质数据库，并对数据库构建三维X-Y-Z坐标，将坐标信息以TXT文件导入Surpac软件中的相应数据库中。

本实施例中，将钻孔柱状图和水文地质报告作为地层类型划分的依据，使得地质体各个地点的地势高低和地形起伏情况能够得到很好的表达，且可视化的三维模型更能直接方便的观看出其总体情况，同时建立地表模型能够表现出地表和地底下地层之间的位置关系。

本实施例中，将同一勘测线路上的地表地质数据梳理为三维X-Y-Z坐标信息，使得地质数据更加精确，以TXT文件格式导入Surpac软件降低了数据格式要求，提高了数据的有效性。

依据Surpac软件中的数据库创建地质岩性数据表，通过所述地质岩性数据表构建地质数据的数据结构，对相邻平行平面上的轮廓线上的点按照逆时针方向排列，构建各个地层的轮廓线之间的三角面模型。

本实施例中，利用Surpac软件中剖面线法将相邻轮廓线剖面放入三维空间中，将相邻轮廓线剖面间的连线连接成三角网，建立实体模型，用来表现整个地质体的形态结构和各个地层的相互关系。

本实施例中，通过构建各个地层的轮廓线之间的三角面模型，表现整个地质体的形态结构和各个地层的相互关系。

依据所述三角面模型利用三维建模Surpac软件构建地质体三维可视化模型，具体为：

首先，根据各个地层的轮廓线逐个绘制勘探线剖面图，将各个剖面连接起来，建立带有轮廓的三角网；

其次，将带有轮廓的三角网导入所述Surpac软件完善地质数据库，依据所述地质数据库数据显示现有的地质剖面和钻孔三维图形，通过勘探线剖面图形成地质层剖面轮廓线，构建矿体模型和各个地层模型；

最后，根据矿体模型和各个地层模型获取地质体坐标数据，将具有坐标的地质体高点位数据在Surpac软件中依次连接成一串线文件，通过线文件创建DTM工具生成地质体立体化视图。

本实施例中，将带有轮廓的三角网导入所述Surpac软件中，可以对不同地层的模型有更加直观的区分，能够准确的掌握矿体的空间形态以及矿体和整个地质体的空间位置关系。

通过所述地质体立体化视图引入地质体的虚拟钻孔数据作为补充数据，所述地质体的虚拟钻孔数据主要为地质层出现断层时，各个地层在断层上的尖灭位置，通过在尖灭位置的垂直方向上建立虚拟钻孔，确定虚拟钻孔的坐标和相应地层面的高程数据，进而确定虚拟钻孔的三维坐标。

本实施例中，选用六百个高程点的坐标数据，所用的生成地表模型的数据量充足，通过地表模型与地表的钻孔的孔口坐标相比较，发现模型能与钻孔孔口位置重叠，说明所建立的地表模型精度较高，根据各个位置不同的高程数据，将建立好的地表模型着色，展示在三维空间中，通过颜色深浅变化可以看出地势的变化，引入虚拟钻孔作为数据的补充，实现了精细化表达地质体的目的。

本实施例中，为了精细化模型，根据建立的模型数据，重新估计各个地层的尖灭位置及其断层区域地层的位置，在这些位置插入虚拟钻孔，之后再重复模型的建立过程建立模型。

所述虚拟钻孔的三维坐标主要通过构建高程数据的断层面平面方程，以及各个地层线的空间直线方程，将断层面平面方程与空间直线方程的交点作为虚拟钻孔的三维坐标，所述断层面平面方程具体为：

首先，对所述虚拟钻孔内提供的所有地层类型进行统计，获取地层类型断层面上任意P＝{x_p-x_c,y_p-y_c,z_p-z_c}、Q＝{x_q-x_c,y_q-y_c,z_q-z_c}两点经过同一点C的两个方向向量，依据同一点C建立不同地层类型的关系矩阵法向量n＝(a,b,c)

其中，i，j，k表示C点的三维坐标；

其次，计算单个P、Q两点在各个虚拟钻孔内地层间的关系值δ_ij，根据关系值δ总和对法向量n通过断层面数据确定断层面方程：

a(x-x_c)+b(y-y_c)+c(z-z_c)＝0

其中，δ_ij是根据点C的二维坐标信息将各个钻孔的相同地层的关系值相加，z表示钻孔的编号，N表示钻孔总数，表示编号为z的钻孔中地层i与地层j的关系值，C(x,y,z)表示断层面上任一点处的关系值总和。

本实施例中，通过在断层面上插入虚拟钻孔数据，能够较为准确的得出某地层在断层面处的尖灭点，进而提高模型的精确度。

将所述断层面方程与断层面上P、Q两点间的空间直线方程交点坐标作为虚拟钻孔的三维坐标，所述空间直线方程具体为：

其中，x，y，z表示断层面上任一点处的尖灭位置坐标数据；

利用所述断层面平面方程获取断层面逻辑坐标，通过Sgrid网格将逻辑坐标沿三维坐标轴方向生成不同平面，联立所述断层面平面方程和空间直线方程获取逻辑线切割点，将切割点按照逻辑坐标顺序进行排序，构成高程数据集。

所述高程数据主要由虚拟钻孔在各个地层面其它位置的点按其到同一剖面线上相邻两个钻孔的距离线性插值确定，将所求的虚拟钻孔左右两侧相邻的钻孔分别命名为B₁钻孔和B₂钻孔，具体为：

其中，i表示地层数，i＝1,2,3....，Z_i表示虚拟钻孔第i个地层面的高程数据，d₁表示虚拟钻孔至B₁钻孔的距离，d表示B₁钻孔与B₂钻孔的距离，d₂表示虚拟钻孔至B₂钻孔的距离，Z_2i表示B₂钻孔第i个地层面的高程，Z_1i表示B₁钻孔第i个地层面的高程

根据高程数据Z_i对各个钻孔地层进行分类筛选，建立统一钻孔分层，具体为：

假设n_a<n_a-1，n_a>n_a-1+1，n_a>n_a+1，其中n_a为至上而下设定的钻孔分层，钻孔地层中第a层的分层编号，设定钻孔地层的编号由上到下按照同一地层层序依此减小，不断对n_a进行排序，利用n_a结合高程数据Z_i建立统一钻孔分层。

将所述虚拟钻孔的三维坐标调入地质体的实体模型，将创建好的地质体整体实体模型放入Surpac软件工作界面中，利用查询的相关功能，得到地质体在XYZ方向上的最大最小值，确立块体模型范围参数，创建块体模型。

本发明利用Surpac软件构建的模型能够有效的表现出地质体的各种信息，表现了研究区的地质形态特征，尤其是各个地层的三维模型，能使地质体的空间结构得到十分清晰的区分，虚拟钻孔的引入提升了模型的精度，丰富了相应的数据，有效控制了具有断层的地质体的不连续地层面的边界，使地质体各个地层模型与真实的位置和形态更为接近，提升了三维地质模型表达的准确度和可视化程度，能为矿山的相关生产和勘察工作进行指导，块体模型及品位模型的构建，为矿山的铁矿储量计算提供了参考数据，表达了地质体的内部特征和各种属性信息，完善了地质体的三维模型。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于BIM三维云数据的三维地质体建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、获取地质体区域的地址勘探线数据、钻孔柱状图和水文地质报告作为基础数据，构建地质体区域的地质数据库；

步骤S2、利用三维建模Surpac软件构建地质体三维可视化模型，通过所述地质体三维可视化模型预测地质断层上出现的地层尖灭点坐标，在尖灭点处加入虚拟钻孔，通过Surpac软件构建地层模型和矿体模型；

步骤S3、依据所述地层模型和矿体模型建立整个地质体的块体模型，通过距离幂次反比法对所述地质体的块体模型赋值，获取地质体品位模型输出地质体的内部特征和各种属性信息；

依据Surpac软件中的数据库创建地质岩性数据表，通过所述地质岩性数据表构建地质数据的数据结构，对相邻平行平面上的轮廓线上的点按照逆时针方向排列，构建各个地层的轮廓线之间的三角面模型；

依据所述三角面模型利用三维建模Surpac软件构建地质体三维可视化模型，具体为：

首先，根据各个地层的轮廓线逐个绘制勘探线剖面图，将各个剖面连接起来，建立带有轮廓的三角网；

其次，将带有轮廓的三角网导入所述Surpac软件完善地质数据库，依据所述地质数据库数据显示现有的地质剖面和钻孔三维图形，通过勘探线剖面图形成地质层剖面轮廓线，构建矿体模型和各个地层模型；

最后，根据矿体模型和各个地层模型获取地质体坐标数据，将具有坐标的地质体高点位数据在Surpac软件中依次连接成一串线文件，通过线文件创建DTM工具生成地质体立体化视图；

通过所述地质体立体化视图引入地质体的虚拟钻孔数据作为补充数据，所述地质体的虚拟钻孔数据为地质层出现断层时，各个地层在断层上的尖灭位置，通过在尖灭位置的垂直方向上建立虚拟钻孔，确定虚拟钻孔的坐标和相应地层面的高程数据，进而确定虚拟钻孔的三维坐标；

所述虚拟钻孔的三维坐标通过构建高程数据的断层面平面方程，以及各个地层线的空间直线方程，将断层面平面方程与空间直线方程的交点作为虚拟钻孔的三维坐标，所述断层面平面方程具体为：

首先，对所述虚拟钻孔内提供的所有地层类型进行统计，获取地层类型断层面上任意P＝{x_p-x_c,y_p-y_c,z_p-z_c}、Q＝{x_q-x_c,y_q-y_c,z_q-z_c}两点经过同一点C的两个方向向量，依据同一点C建立不同地层类型的关系矩阵法向量n＝(a,b,c)

其中，i，j，k表示C点的三维坐标；

其次，计算单个P、Q两点在各个虚拟钻孔内地层间的关系值δ_ij，根据关系值δ总和对法向量n通过断层面数据确定断层面方程：

a(x-x_c)+b(y-y_c)+c(z-z_c)＝0

其中，δ_ij是根据点C的二维坐标信息将各个钻孔的相同地层的关系值相加，z表示钻孔的编号，N表示钻孔总数，表示编号为z的钻孔中地层i与地层j的关系值，C(x,y,z)表示断层面上任一点处的关系值总和；

将所述断层面方程与断层面上P、Q两点间的空间直线方程交点坐标作为虚拟钻孔的三维坐标，所述空间直线方程具体为：

其中，x，y，z表示断层面上任一点处的尖灭位置坐标数据；

利用所述断层面平面方程获取断层面逻辑坐标，通过Sgrid网格将逻辑坐标沿三维坐标轴方向生成不同平面，联立所述断层面平面方程和空间直线方程获取逻辑线切割点，将切割点按照逻辑坐标顺序进行排序，构成高程数据集；

所述高程数据由虚拟钻孔在各个地层面其它位置的点按其到同一剖面线上相邻两个钻孔的距离线性插值确定，将所求的虚拟钻孔左右两侧相邻的钻孔分别命名为B₁钻孔和B₂钻孔，具体为：

其中，i表示地层数，i＝1,2,3....，Z_i表示虚拟钻孔第i个地层面的高程数据，d₁表示虚拟钻孔至B₁钻孔的距离，d表示B₁钻孔与B₂钻孔的距离，d₂表示虚拟钻孔至B₂钻孔的距离，Z_2i表示B₂钻孔第i个地层面的高程，Z_1i表示B₁钻孔第i个地层面的高程；

根据高程数据Z_i对各个钻孔地层进行分类筛选，建立统一钻孔分层，具体为：

假设n_a<n_a-1，n_a>n_a-1+1，n_a>n_a+1，其中n_a为至上而下设定的钻孔分层，钻孔地层中第a层的分层编号，设定钻孔地层的编号由上到下按照同一地层层序依此减小，不断对n_a进行排序，利用n_a结合高程数据Z_i建立统一钻孔分层。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM三维云数据的三维地质体建模方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过同一勘测线路上的地表地质数据获取各个地层的轮廓线，结合钻孔柱状图和水文地质报告对地层进行类型划分，根据地层类型将地层数据录入地质数据库，并对数据库构建三维X-Y-Z坐标，将坐标信息以TXT文件导入Surpac软件中的相应数据库中。

3.根据权利要求2所述的一种基于BIM三维云数据的三维地质体建模方法，其特征在于，将所述虚拟钻孔的三维坐标调入地质体的实体模型，将创建好的地质体整体实体模型放入Surpac软件工作界面中，利用查询的相关功能，得到地质体在XYZ方向上的最大最小值，确立块体模型范围参数，创建块体模型。