专利名称：空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法
技术领域：
本发明涉及地质勘探、空间信息处理及计算机技术，尤其是一种空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法。
背景技术：
三维建模理论与技术的研究已有近三十年的历史，随着各个领域科学技术的发展及应用范围的逐步拓宽，建模理论与技术也在不断地改进和发展。三维模型是建立在空间分割原理基础之上的，即一个对象的任何复杂几何形状都可以由有限个简单形状拟合而成，如地层可以通过许多三角形面片来逼近，用一系列四面体网格近似模拟一个断块等等。 因此，三维建模的核心技术是关于空间对象的三维表示方法，研究如何描述空间实体的几何形状及其相互关系。虚拟环境中的三维建模与可视化技术的主要应用领域为医学、地质勘探、气象、计算流体力学、分子模型构造等。发达国家在这个领域的研究工作十分活跃，一些著名大学、 国家实验室及大公司几十年来，一直致力于三维建模与可视化技术的研究与开发。从七十年代的CSG、B-r印s模型，到随后关于三维空间数据模型集成或混合的研究，如TIN与GRID 的集成、TEN与八叉树的混合模型、B-reps与TEN的集成等，以及基于这些集成或混合模型进行空间计算和分析的研究。三维空间地质数据模型主要分为非结构化和结构化模式，CSG> B-rep、Wireframe 模型基本上以非结构化模式为主，规则体元(如八叉树)采用结构化模式，而不规则体元(如 TEN等)多采用非结构化模式。结构化模式多数蕴含了相互间的关系，而非结构化模式需要考虑几何元素之间完整的或局部的拓扑关系。八十年代，Lienhardt定义了 n-G-maps 的简单拓扑模型，它仅仅允许建立流型对象及其拓扑模型，之后Elter等学者的改进方法 n-Chains可以定义非流型对象。J. L. Mallet初步建立了面向对象的客观实体建模的理论和方法，并得到了逐步的完善和发展，抽象或派生的每一个对象包括头指针、体和终结标志三部分，把对象的几何形状、拓扑关系和属性信息以及相应操作、运算等进行封装和继承， 增强了描述对象及对象之间拓扑关系的能力。Kevin和Ian比较系统地阐述了三维拓扑模型，首先描述模型所必要的3D空间实体，包括点、边、面和体，在此基础上定义实体之间的拓扑关系，并提出三维拓扑结构面向对象的实现方法，采用C++编程。由于地质现象本身所具有的复杂性、动态性、异构性等特点，使得非结构化模式中的拓扑发现成为一项非常具有挑战性的课题。目前使用的三维地质建模系统，普遍是根据一系列钻孔岩芯数据或剖面数据建立相应的非结构化或结构化模式，表达空间对象的几何形状。尽管这些系统可以用来建立三维地质模型，然而他们基本上是无拓扑模型，即每个地质单元有它自身的线框网格，重复相邻单元而不共享其边界，这将最终影响模型的可用性，难以对新增加的数据或约束进行修改、编辑等操作。由于地质体空间几何形态千变万化，对几何模型和拓扑模型的需求也就不同，从而导致空间地质数据之间的拓扑关系的建立与发现仍然是难点技术问题。
发明内容
本发明的目的在于避免上述不足，提供一种针对空间地质数据获取的不同方式、 空间数据分布特征以及模型应具备的功能与应用目的，通过分析包含断层、褶皱、透镜体、 侵入岩等复杂地质现象，基于空间地质数据的非结构化模式的拓扑发现方法。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现
一种空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，主要是指发现空间地质数据中的几 何元素及其之间的拓扑关系，包括以下步骤
步骤A :读取空间地质数据，对提取的点云进行拓扑核心关系生成；
步骤B :基于拓扑核心关系并根据地质应用实际情况及算法设计，进行拓扑动态关系 搜索；
步骤C:进行拓扑错误关系修正，包括重合性错误发现与修正、相交性错误发现与修 正、闭合性错误发现与修正。所述的拓扑核心关系生成包括以下步骤
步骤A1 :区分空间地质数据来源，如果数据为钻孔、剖面、等值线、地质图，执行步骤 A2 ;如果数据来自如3DMAX、G0CAD等异构系统，直接转入步骤A4 ；
步骤A2 :对空间地质数据进行属性识别分类，提取属性相同的顶点集 合，形成空间点云群？工，…，Pn;对于每个点云集合Pi (i=l, 2，…，n)，分别 向±XY、±XZ、土YZ六个方向进行聚类分割投影运算，构成六个子集，即
权利要求
1.一种空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，主要是指发现空间地质数据中的几何元素及其之间的拓扑关系，包括以下步骤步骤A :读取空间地质数据，对提取的点云进行拓扑核心关系生成；步骤B :基于拓扑核心关系并根据地质应用实际情况及算法设计，进行拓扑动态关系搜索；步骤C :进行拓扑错误关系修正，包括重合性错误发现与修正、相交性错误发现与修正、闭合性错误发现与修正。
2.根据权利要求I所述的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，其特征在于 所述的拓扑核心关系生成包括以下步骤步骤Al :区分空间地质数据来源，如果数据为钻孔、剖面、等值线、地质图，执行步骤 A2 ;如果数据来自3DMAX、GOCAD异构系统，直接转入步骤A4 ；步骤A2 :对空间地质数据进行属性识别分类，提取属性相同的顶点集合，形成空间点云对于每个点云集合
3.根据权利要求2所述的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，其特征在于 所述的生长法是以点集中任一点为起点，在空间数据场中先构成第一个多边形，然后以该多边形为基面向外扩展生成新多边形，迭代上述过程，直至点集中的全部离散点均已连接为止。
4.根据权利要求I所述的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，其特征在于 所述的拓扑动态关系搜索包括以下步骤步骤BI :根据地质应用实际情况及算法设计，通过调用接口函数，动态搜索相应的拓扑关系；步骤B2 :设计一个存储选择的接口工具，判断是否进行存储操作；如果选择存储操作， 则将步骤BI拓扑动态关系搜索的结果保存于数据库或文件系统中；否则，释放占用的内存空间。
5.根据权利要求4所述的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，其特征在于 所述的拓扑关系分类如下11.顶点-边、12.顶点-多边形、13.顶点-体，以确定顶点可连接的多条边、多个多边形以及顶点在体的表面上、在体内或在体外；21.边-多边形、22.边-体，以确定边可连接多少有序多边形、边与体表面的相交关31.多边形-多边形、32.多边形-曲面、33.多边形-体，以确定多边形之间的相邻关系、以及多边形可被多个曲面或体共享或相交；41.曲面-曲面、42.曲面-体，以确定曲面相邻关系、以及曲面为体的顶板、底板或边界面；51.体-体，以确定体及其关联体之间的相邻、相交、包含关系。
6.根据权利要求I所述的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，其特征在于 所述的重合性错误发现与修正主要发现模型中存在的点重合、边重合、多边形重合，并进行修正；相交性错误发现与修正主要发现边-边、边-多边形、多边形-多边形自交和相交关系错误，并进行合理修正；闭合性错误发现与修正主要发现边界、边界面、边界体是否形成空间闭合区域，并进行闭合修正。
全文摘要
本发明涉及一种空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，主要包括拓扑核心关系生成、拓扑动态关系搜索、以及拓扑错误关系修正三层次发现，是针对空间地质数据获取的不同方式、空间数据分布特征以及模型应具备的功能与应用目的，通过分析包含断层、褶皱、透镜体、侵入岩等复杂地质现象，设计一种基于非结构化模式的拓扑发现方法，以确定矿区地质勘探长期积累的庞大而复杂的空间地质数据之间空间、时间和结构上的相互关系，并保持它们的一致性和真实性，从而增强三维地质数据的空间表达能力和时空分析效率，为地质工作者提供分析、预测和评价地质资源的先进的科学手段。
文档编号G06F19/00GK102609982SQ201210018340
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者徐华, 武强 申请人:中国矿业大学(北京), 北京石油化工学院