CN117034722A - 一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，包括选择空间区域，并构建空间区域的数据空间体；利用空间区域的数据空间体对空间区域内的地质构造对象进行筛选；对数据空间体的基准面进行网格划分，并对划分的每个空间网格进行拓扑标记和初始化；将筛选的地质构造对象投影到数据空间体的顶平面，根据初始化的空间网格标记计算各个空间网格的地质构造属性；根据各个空间网格的地质构造属性计算各个空间网格的地质构造复杂度。本发明采用基于网格剖分进行定量分析的方式对区域地质构造复杂度进行计算，能够更准确、全面的定量计算出不同地层的地质构造复杂度，从而可以显示出不同地层的构造复杂度的具体数值分布。
Description
技术领域
本发明涉及地质构造复杂度计算技术领域，具体涉及一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法。
背景技术
地质构造是煤矿生产中经常碰到的影响安全生产的重要因素，包括断层、陷落柱、异常区等。地质构造常以一种或多种类型聚集存在，因此在生产过程中，从安全角度出发需要了解煤矿开采区域内地质构造的复杂程度。传统的方法是人为通过断层、陷落柱、异常区的特性及分布情况进行定性分析，其定性结果无法直接参与到数值模拟与数值分析过程中去。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，包括以下步骤：
S1、选择空间区域，并构建空间区域的数据空间体；
S2、利用空间区域的数据空间体对空间区域内的地质构造对象进行筛选；
S3、对数据空间体的基准面进行网格划分，并对划分的每个空间网格进行拓扑标记和初始化；
S4、将筛选的地质构造对象投影到数据空间体的顶平面，根据初始化的空间网格标记计算各个空间网格的地质构造属性；
S5、根据各个空间网格的地质构造属性计算各个空间网格的地质构造复杂度。
进一步地，步骤S1具体包括：
选择空间区域，获取空间区域的边界点集；
从空间区域的边界点集中确定x、y、z三个方向的最大值和最小值；
根据x、y、z三个方向的最大值和最小值构建空间区域的数据空间体。
进一步地，步骤S2具体包括：
获取空间区域内所有地质构造对象的地质构造数据；
根据各个地质构造对象的地质构造数据确定各个地质构造对象的边界点集；
根据各个地质构造对象的边界点集确定各个地质构造对象在x、y、z三个方向的最大值和最小值；
根据各个地质构造对象在x、y、z三个方向的最大值和最小值构建地质构造对象的数据空间体；
根据地质构造对象的数据空间体筛选与空间区域的数据空间体存在交集或被空间区域的数据空间体包围的地质构造对象。
进一步地，地质构造对象的数据空间体与空间区域的数据空间体存在交集或被空间区域的数据空间体包围的判断条件为：
fv(x)max<V(x)min或fv(x)min>V(x)max
或fv(y)max<V(y)min或fv(y)min>V(y)max
或fv(z)max<V(z)min或fv(z)min>V(z)max
其中，fv(x)max为地质构造对象的数据空间体在x方向的最大值，V(x)min为空间区域的数据空间体在x方向的最小值，fv(x)min为地质构造对象的数据空间体在x方向的最小值，V(x)max为空间区域的数据空间体在x方向的最大值，fv(y)max为地质构造对象的数据空间体在y方向的最大值，V(y)min为空间区域的数据空间体在y方向的最小值，fv(y)min为地质构造对象的数据空间体在y方向的最小值，V(y)max为空间区域的数据空间体在y方向的最大值，fv(z)max为地质构造对象的数据空间体在z方向的最大值，V(z)min为空间区域的数据空间体在z方向的最小值，fv(z)min为地质构造对象的数据空间体在z方向的最小值，V(z)max为空间区域的数据空间体在z方向的最大值。
进一步地，步骤S3中对划分的每个空间网格进行拓扑标记具体为：
将每个空间网格标记为Cgrid属性和构造属性；
其中Cgrid属性包括x方向编号、y方向编号和范围属性；
构造属性包括构造类型和数量。
进一步地，步骤S4具体包括：
将筛选的地质构造对象投影到数据空间体的顶平面；
对筛选的地质构造对象进行空间坐标的循环判断，得到各个空间网格的初始地质构造属性；
对网格划分的各个节点，将其相连的所有空间网格的地质构造属性按照构造类型分别进行求和，得到各个节点的地质构造属性；
将各个空间网格所包含的四个节点的地质构造属性按照构造类型分别进行求和，得到各个空间网格的单一地质构造属性；
将各个空间网格的单一地质构造属性进行数据融合，得到各个空间网格的地质构造属性。
进一步地，所述对筛选的地质构造对象进行空间坐标的循环判断，得到各个空间网格的初始地质构造属性，具体包括：
依次循环筛选的地质构造对象，获取每个地质构造对象在空间区域内的空间坐标线，将地质构造对象的空间坐标线所穿过的空间网格的地质构造属性每次累加1。
进一步地，所述将各个空间网格的单一地质构造属性进行数据融合的公式为：
，
其中，为空间网格Mn加权后的地质构造属性，/>为空间网格Mn的单一地质构造属性的数量，/>为空间网格Mn的单一地质构造属性的权重，m为空间网格Mn的地质构造属性的类型数量。
进一步地，步骤S5中根据各个空间网格的地质构造属性计算各个空间网格的地质构造复杂度的公式为：
Mn新=（Mn合-Mmin）/[（Mmax-Mn合）+（Mn合-Mmin）]
其中，Mn新为空间网格Mn的地质构造复杂度，Mn合为空间网格Mn加权后的地质构造属性，Mmax为所有空间网格中地质构造属性的最大值，Mmin为所有空间网格中地质构造属性的最小值。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用基于网格剖分进行定量分析的方式对区域地质构造复杂度进行计算，能够更准确、全面的定量计算出不同地层的地质构造复杂度，从而可以显示出不同地层的构造复杂度的具体数值分布。
附图说明
图1为本发明中一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法流程示意图；
图2为本发明中空间区域的网格划分示意图；
图3为本发明中地质构造对象投影示意图；
图4为本发明中网格划分的节点示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，包括以下步骤S1至S5：
S1、选择空间区域，并构建空间区域的数据空间体；
在本发明的一个可选实施例中，本实施例的步骤S1具体包括：
选择空间区域，获取空间区域的边界点集；
从空间区域的边界点集中确定x、y、z三个方向的最大值和最小值；
根据x、y、z三个方向的最大值和最小值构建空间区域的数据空间体。
具体而言，本实施例首先选择一个空间区域，然后获取该区域的边界点集E{e1,e2,..en}，其中en代表一个含x坐标、y坐标以及高程z的边界坐标点。
接着利用数值比较法对边界点集E集合所有边界点的高程z值进行最大值、最小值比较，得到边界点集E中高程z的最大高程zmax和最小高程zmin。
同理，利用数值比较法分别对边界点集E集合中x坐标值、y坐标值进行最大值、最小值比较，获得边界点集E集合中x的最大值xmax和最小值xmin，以及y的最大值ymax和最小值ymin。
最后利用xmax、xmin、ymax、ymin、zmax、zmin构建一个含有顶底面的外包盒V，其中
V顶={{xmax，ymax，zmax}，{xmax，ymin，zmax}，{xmin，ymin，zmax}，{xmin，ymax，zmax}}，
V底={{xmax，ymax，zmin}，{xmax，ymin，zmin}，{xmin，ymin，zmin}，{xmin，ymax，zmin}}。
S2、利用空间区域的数据空间体对空间区域内的地质构造对象进行筛选；
在本发明的一个可选实施例中，本实施例的步骤S2具体包括：
获取空间区域内所有地质构造对象的地质构造数据；
根据各个地质构造对象的地质构造数据确定各个地质构造对象的边界点集；
根据各个地质构造对象的边界点集确定各个地质构造对象在x、y、z三个方向的最大值和最小值；
根据各个地质构造对象在x、y、z三个方向的最大值和最小值构建地质构造对象的数据空间体；
根据地质构造对象的数据空间体筛选与空间区域的数据空间体存在交集或被空间区域的数据空间体包围的地质构造对象。
其中地质构造对象的数据空间体与空间区域的数据空间体存在交集或被空间区域的数据空间体包围的判断条件为：
fv(x)max<V(x)min或fv(x)min>V(x)max
或fv(y)max<V(y)min或fv(y)min>V(y)max
或fv(z)max<V(z)min或fv(z)min>V(z)max
其中，fv(x)max为地质构造对象的数据空间体在x方向的最大值，V(x)min为空间区域的数据空间体在x方向的最小值，fv(x)min为地质构造对象的数据空间体在x方向的最小值，V(x)max为空间区域的数据空间体在x方向的最大值，fv(y)max为地质构造对象的数据空间体在y方向的最大值，V(y)min为空间区域的数据空间体在y方向的最小值，fv(y)min为地质构造对象的数据空间体在y方向的最小值，V(y)max为空间区域的数据空间体在y方向的最大值，fv(z)max为地质构造对象的数据空间体在z方向的最大值，V(z)min为空间区域的数据空间体在z方向的最小值，fv(z)min为地质构造对象的数据空间体在z方向的最小值，V(z)max为空间区域的数据空间体在z方向的最大值。
具体而言，本实施例首先从数据库中获取断层、陷落柱、冲刷带、异常区等所有在数据库中存储的地质构造数据；然后根据构建的空间区域的数据空间体的空间范围，计算并剔除与空间区域的数据空间体完全不相交或被包含的地质构造对象。
以断层为例：
首先从数据库中获取所有断层数据，构建断层集F{f1,f2,..,fn},其中fn代表其中一个断层的离散点坐标集合即{{x1,y1,z1},{x2,y2,z2},...,{xn,yn,zn}}；
构建每个断层的数据空间体fvn。
分别用每个断层的数据空间体fv与空间区域的数据空间体V进行x、y、z三个方向的值比较，
当fv(x)max<V(x)min或fv(x)min>V(x)max
或fv(y)max<V(y)min或fv(y)min>V(x)max
或fv(z)max<V(z)min或fv(z)min>V(z)max
条件成立，则剔除断层；否则保留该断层。
通过上述判断条件，就可保留断层外包盒与区域外包盒有相交或被区域外包盒包围的断层。
同理，陷落柱、冲刷带、异常区等其他地质构造对象均可实现无效剔除和有效保留。
S3、对数据空间体的基准面进行网格划分，并对划分的每个空间网格进行拓扑标记和初始化；
在本发明的一个可选实施例中，本实施例首先对空间区域的数据空间体的基准面进行网格划分。
具体而言，本实施例以空间区域的数据空间体的顶面或地面为基准面，进行网格剖分，形成多个长宽均相同的空间网格，即将一个大区域划分成相同区域的小空间网格。
网格划分的具体过程如下：
1）先设置空间网格的长度d（一般宽度与长度相同），按照设置的网格范围d进网格化。
2）计算并绘制X轴方向的网格线
先计算第一条线的起点坐标{x顶min，y顶min+d，z顶min}，终点坐标{x顶max,y顶min+d，z顶min}，连线。
再计算第二条线的起点坐标{x顶min，y顶min+2d，z顶min}，终点坐标{x顶max,y顶min+2d，z顶min}，连线。
......
依次类推，直至y顶min+nd≥y顶max为止。
3）计算并绘制Y轴方向的网格线
再绘制Y轴方向的网格线；
先计算第一条线的起点坐标{x顶min+d，y顶min，z顶min}，终点坐标{x顶min+d,y顶max，z顶min}，连线。
再计算第二条线的起点坐标{x顶min+2d，y顶min，z顶min}，终点坐标{x顶min+2d,y顶max，z顶min}，连线。
......
依次类推，直至x顶min+nd≥x顶max为止。
3）通过上述1）、2）步骤即可完成区域的网格划分。如图2所示。
本实施例接着对划分的每个空间网格进行拓扑标记和初始化。
其中对划分的每个空间网格进行拓扑标记具体为：
将每个空间网格标记为Cgrid属性和构造属性；
其中Cgrid属性包括x方向编号、y方向编号和范围属性；
构造属性包括构造类型和数量。
具体而言，本实施例对生成的所有单元网格进行拓扑整理。
单元网格标记如下：CGrid：X编号，Y编号，范围属性（bool），构造属性：{构造类型，数量}；
单元网格标记初始化：0，0，1（1范围内，0范围外）,0（无断层，有断层累加）。
S4、将筛选的地质构造对象投影到数据空间体的顶平面，根据初始化的空间网格标记计算各个空间网格的地质构造属性；
在本发明的一个可选实施例中，本实施例的步骤S4具体包括：
将筛选的地质构造对象投影到数据空间体的顶平面；
对筛选的地质构造对象进行空间坐标的循环判断，得到各个空间网格的初始地质构造属性；
对网格划分的各个节点，将其相连的所有空间网格的地质构造属性按照构造类型分别进行求和，得到各个节点的地质构造属性；
将各个空间网格所包含的四个节点的地质构造属性按照构造类型分别进行求和，得到各个空间网格的单一地质构造属性；
将各个空间网格的单一地质构造属性进行数据融合，得到各个空间网格的地质构造属性。
具体而言，本实施例首先将地质构造对象投影到V顶，具体为将通过空间区域的数据空间体范围筛选保留下的地质构造对象投影到空间区域的数据空间体V顶中，即将地质构造对象数据集中所有对象的坐标高程统一修改为V顶min，如图3中的折线即是投影到V顶中的一个地质构造对象。
然后依次循环数据中获取的构造对象，计算空间网格的初始构造属性。
先循环断层对象。依次获取F集合中每个断层fn的空间坐标线（将fn中的所有坐标点按序连接成线即断层fn的空间坐标线），判断每个断层的空间坐标线穿过的所有空间网格属性为true的网格，则该空间网格的断层属性每次累加1；
再循环陷落柱对象。依次获取陷落柱的空间坐标线（陷落柱的空间坐标线同断层坐标线），判断每个陷落柱穿过的所有空间网格属性为true的网格，则该空间网格的陷落柱属性每次累加1；
同理，其他地质对象均按上述操作执行。
通过上述步骤，即可完成空间网格构造属性的初始计算。
然后计算各个节点的地质构造属性，具体为节点在空间区域网格化过程中绘制的x方向的横线与y方向的纵线的所有交叉点，每个节点与1个或2个或4个空间网格相连。如图4中框内的1、2、3分别与一个空间网格、2个空间网格和4个空间网格相连。
节点构造属性计算是将与该节点相连的所有空间网格的构造属性按照构造类型分别进行求和。如对空间网格的断层属性、陷落柱属性分别进行求和等。
然后计算各个空间网格的单一地质构造属性，具体为将每个空间网格周边的4个节点的构造属性进行再次求和，即可得到该空间网格的构造属性，同时将该空间网格的中心点坐标设置为该空间网格的空间坐标点。
至此，可以得到每个空间网格Mn及构其造属性{坐标{x,y,z},{构造属性1，数量}，{构造属性2，数量}，...，{构造属性n,数量}}
最后融合空间网格的地质构造属性。
单元网格的构造属性包括断层数、陷落柱数、异常区域数等。融合方法可以是有2种，第一种是直接求和；第二种是加权求和。
第一种方法：将该单元网格内的所有构造属性的数量进行相加求和即可。
第二种方法：首先需要人为设置属性的权重，即设置断层、陷落柱、冲刷带、动力异常区等各类构造属性的权重{KA断层，K陷落柱，K异常区，......}，
然后通过如下公式计算获得每个单元网格的加权构造属性：
，
其中，为空间网格Mn加权后的地质构造属性，/>为空间网格Mn的单一地质构造属性的数量，/>为空间网格Mn的单一地质构造属性的权重，m为空间网格Mn的地质构造属性的类型数量。
S5、根据各个空间网格的地质构造属性计算各个空间网格的地质构造复杂度。
在本发明的一个可选实施例中，本实施例设定构造复杂度为0-1；依次计算各单元网格的构造复杂度：
首先通过排序法获得所有空间网格构造属性值最大的Mmax以及最小Mmin；
然后依次循环计算各空间网格的地质构造复杂度：
Mn新=（Mn合-Mmin）/[（Mmax-Mn合）+（Mn合-Mmin）]
其中，Mn新为空间网格Mn的地质构造复杂度，Mn合为空间网格Mn加权后的地质构造属性，Mmax为所有空间网格中地质构造属性的最大值，Mmin为所有空间网格中地质构造属性的最小值。
至此，每个空间网格的构造复杂度就计算完毕了。各空间网格的构造复杂度可参与到数值计算和数据分析中，如区域的构造复杂度等值线。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选择空间区域，并构建空间区域的数据空间体；
S2、利用空间区域的数据空间体对空间区域内的地质构造对象进行筛选；
S3、对数据空间体的基准面进行网格划分，并对划分的每个空间网格进行拓扑标记和初始化；
S4、将筛选的地质构造对象投影到数据空间体的顶平面，根据初始化的空间网格标记计算各个空间网格的地质构造属性；
S5、根据各个空间网格的地质构造属性计算各个空间网格的地质构造复杂度。
2.根据权利要求1所述的一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
选择空间区域，获取空间区域的边界点集；
从空间区域的边界点集中确定x、y、z三个方向的最大值和最小值；
根据x、y、z三个方向的最大值和最小值构建空间区域的数据空间体。
3.根据权利要求1所述的一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
获取空间区域内所有地质构造对象的地质构造数据；
根据各个地质构造对象的地质构造数据确定各个地质构造对象的边界点集；
根据各个地质构造对象的边界点集确定各个地质构造对象在x、y、z三个方向的最大值和最小值；
根据各个地质构造对象在x、y、z三个方向的最大值和最小值构建地质构造对象的数据空间体；
根据地质构造对象的数据空间体筛选与空间区域的数据空间体存在交集或被空间区域的数据空间体包围的地质构造对象。
4.根据权利要求3所述的一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，其特征在于，地质构造对象的数据空间体与空间区域的数据空间体存在交集或被空间区域的数据空间体包围的判断条件为：
fv(x)max<V(x)min或fv(x)min>V(x)max
或fv(y)max<V(y)min或fv(y)min>V(y)max
或fv(z)max<V(z)min或fv(z)min>V(z)max
其中，fv(x)max为地质构造对象的数据空间体在x方向的最大值，V(x)min为空间区域的数据空间体在x方向的最小值，fv(x)min为地质构造对象的数据空间体在x方向的最小值，V(x)max为空间区域的数据空间体在x方向的最大值，fv(y)max为地质构造对象的数据空间体在y方向的最大值，V(y)min为空间区域的数据空间体在y方向的最小值，fv(y)min为地质构造对象的数据空间体在y方向的最小值，V(y)max为空间区域的数据空间体在y方向的最大值，fv(z)max为地质构造对象的数据空间体在z方向的最大值，V(z)min为空间区域的数据空间体在z方向的最小值，fv(z)min为地质构造对象的数据空间体在z方向的最小值，V(z)max为空间区域的数据空间体在z方向的最大值。
5.根据权利要求1所述的一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，其特征在于，步骤S3中对划分的每个空间网格进行拓扑标记具体为：
将每个空间网格标记为Cgrid属性和构造属性；
其中Cgrid属性包括x方向编号、y方向编号和范围属性；
构造属性包括构造类型和数量。
6.根据权利要求1所述的一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
将筛选的地质构造对象投影到数据空间体的顶平面；
对筛选的地质构造对象进行空间坐标的循环判断，得到各个空间网格的初始地质构造属性；
对网格划分的各个节点，将其相连的所有空间网格的地质构造属性按照构造类型分别进行求和，得到各个节点的地质构造属性；
将各个空间网格所包含的四个节点的地质构造属性按照构造类型分别进行求和，得到各个空间网格的单一地质构造属性；
将各个空间网格的单一地质构造属性进行数据融合，得到各个空间网格的地质构造属性。
7.根据权利要求6所述的一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，其特征在于，所述对筛选的地质构造对象进行空间坐标的循环判断，得到各个空间网格的初始地质构造属性，具体包括：
依次循环筛选的地质构造对象，获取每个地质构造对象在空间区域内的空间坐标线，将地质构造对象的空间坐标线所穿过的空间网格的地质构造属性每次累加1。
8.根据权利要求6所述的一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，其特征在于，所述将各个空间网格的单一地质构造属性进行数据融合的公式为：
，
其中，为空间网格Mn加权后的地质构造属性，/>为空间网格Mn的单一地质构造属性的数量，/>为空间网格Mn的单一地质构造属性的权重，m为空间网格Mn的地质构造属性的类型数量。
9.根据权利要求1所述的一种基于网格剖分定量计算区域地质构造复杂度的方法，其特征在于，步骤S5中根据各个空间网格的地质构造属性计算各个空间网格的地质构造复杂度的公式为：
Mn新=（Mn合-Mmin）/[（Mmax-Mn合）+（Mn合-Mmin）]
其中，Mn新为空间网格Mn的地质构造复杂度，Mn合为空间网格Mn加权后的地质构造属性，Mmax为所有空间网格中地质构造属性的最大值，Mmin为所有空间网格中地质构造属性的最小值。
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