一种高效的基于纸质钻孔的三维地质建模智能处理方法与流程

本发明涉及地质信息处理技术领域，

尤其是，本发明涉及一种高效的基于纸质钻孔的三维地质建模智能处理方法。

背景技术：

以纸质钻孔资料为主的城市地质三维建模，在过去的实践生产中，需要人工从纸质文档中整理数据才能完成钻孔信息的提取。由于钻孔来源的多样性和其地层、岩性划分的标准不同，钻孔数据在能用于三维地质建模之前，首先需要根据该区域的地质情况制定标准地层对照表。即便按照表格对钻孔数据进行标准化，基于钻孔揭露的地层分界点进行插值，所得到的几何模型，往往也存在与地质知识冲突的情况，需要在后期不断地修正。这种基于纸质钻孔柱状图进行城市地质三维地质传统建模的方式存在错误率较高、效率低下等弊端，因此需要对该流程进行一定的改进。

中国发明专利cn108335355a提供了一种地质体模型构建方法及装置，属于地质信息技术领域，所述方法具体包括：收集地质图、钻孔数据和地形数据，根据地质图上地层的走向绘制剖面线，所述剖面线不超出所述地质图边界；根据剖面线、地质图、钻孔数据和地形数据，对待建模区域的地址信息进行处理，生成地质剖面图；根据边界表示构模法对所述地质剖面图进行模型构建，确定面信息、环信息、边信息和点信息的位置和形状，生成地质体模型。本方案利用形象直观的地质特征、不同岩层厚度等信息，能够自动生成地质剖面，快速构建地质体模型，简化了地质体模型构建的工作流程，提高建模速度、精度，便于地质体模型快速更新。中国发明专利cn110058298a提供了一种三维地质体空间插值方法及系统，该方法包括数据预处理、层位网络化、层位校正、属性插值、属性校正、层控体插值等步骤。通过基于解释层位控制下的地震振幅与井筒测井数据的空间匹配插值，实现多井的工程地质属性在空间插值计算，建立基于地震体的地质工程属性的空间展布，实现地质属性的空间化与实体化，形成任意设计井曲线的属性值抽取。该发明在三维可视化基础上，真实动态地将多种资料综合显示到3d空间，且具有插值约束信息可裁剪、插值方法可选择等特点，较目前常规插值方法，在不增加操作复杂度的前提下增加约束控制条件，提高插值精度，简化了三维地质体空间插值中复杂的交互，优化了操作流程，提高了工作效率。

尽管以上发明在一定程度上提高了三维地质建模的效率，但若应用到从钻孔数据提取到最终模型生成的全流程中，仍存在需要大量手工操作的流程，存在不少问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高效的基于纸质钻孔的三维地质建模智能处理方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种高效的基于纸质钻孔的三维地质建模智能处理方法，包括以下步骤：

步骤1、通过表格识别的方法将纸质钻孔柱状图进行扫描，统一归档为图像和文字数据，并分别对每个表格数据进行识别；

步骤2、通过机器学习，归纳总结出地质的标准地层表，根据该表将钻孔数据统一导入钻孔标准数据库，从钻孔标准数据库中读取钻孔数据点云，按照一定规则连线生成地质面；

步骤3、由模型所截取的剖面图中，可融入地质知识，对地层尖灭进行处理，对不恰当的地方进行修改和校正，钻孔数据和其连线的更改能实时同步到地质模型。

优选地，所述步骤2中基于机器学习的方法将钻孔柱状图中的地层数据进行地层标准化，根据标准地层修改所识别的钻孔地层顺序，融入地质知识，提前将常用的地质名词导入语料库作为训练样本，借用nlp的方法重新对钻孔柱状图中的数据进行文本分类，再结合传统的机器学习方法对两者结果比对，取置信度更高的数据。

优选地，所述步骤3中处理地层尖灭的处理方法为：

针对地层尖灭情况，按照剖面连线规则，确定以下参数：堆积线图中交叉地层的连线长度、计算端点到交叉点的长度、地层剖面线段长度和交叉点到上一地层的距离；

根据上述参数插值生成虚拟地层点云数据，对相邻点数据连线，延长至非当前地层的时候，终止连线行为；当地层厚度小于2m，地层尖灭忽略不计；当地层厚度在2m到5m之间时，地层尖灭控制点位置在当前钻孔和相邻钻孔之间距离1/2处；当地层厚度超过8m时，地层尖灭控制点位置在当前钻孔和相邻钻孔2/3处；

地层尖灭控制点与当前钻孔之间的距离按以下公式进行确定：

h代表地层厚度，d代表当前钻孔与相邻钻孔的距离，l代表地层尖灭控制点与当前钻孔之间的距离。

优选地，若第一钻孔中的点p0和p1在第二钻孔中无对应岩性，则此处有地层尖灭现象；以点p为点p0和p1的中点，点pn为第二钻孔相邻岩性段的中点，则地层尖灭控制点pm在点p和点pn之间，地层尖灭控制点pm按以下公式进行确定：

其中，xyz为地层尖灭控制点pm的空间坐标，xpypzp为点p空间坐标，xnynzn为点pn的空间坐标，p0、p1、pm、p、pn为各段岩性分隔点。

与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：

本发明的一种高效的基于纸质钻孔的三维地质建模智能处理方法，一方面能够快速提取纸质钻孔柱状图中的信息，并对其中所存在置信率较低的地层数据进行标准化和替换；另一方面，可以将地质知识融入到建模过程中，减少因数据错误而导致的地层尖灭和断层现象，并对模型进行实时更新，提高三维地质模型的合理性。

本发明从纸质数据的智能预处理，钻孔柱状图的表格自动提取，以及一定程度上的剖面图自动编辑校准三个方面，对传统地质模型处理中数据缺失，数据混乱，数据失真三个方面进行了流程化的改进；通过机器学习的方法将钻孔地层标准化；并且在三维地质建模的过程中，能自动处理地层尖灭等特殊地质情况，使得整个三维地质模型的生成过程更加智能，减少因人工处理所产生的失误，降低风险，提高整体流程的效率和准确性，有利于研究人员根据地质体的实际情况采取对应的处理措施，做出科学合理的决策。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种高效的基于纸质钻孔的三维地质建模智能处理方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的三维地质建模图像处理示意图；

图3为本发明实施例提供的钻孔地层分类流程图；

图4为本发明实施例提供的钻孔标准数据库结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

钻孔柱状图是为描述钻孔穿过岩层的层性、厚度、岩性、结构构造和接触关系、地下水取样和试验、钻孔结构和钻进等情况而编制的综合图件。该智能流程从纸质钻孔图纸出发，从钻孔数据标准化到地质三维建模的实时更新三个步骤，无需人工操作即可实现三维地质建模，融入地质知识之后也可以对智能生成的地质模型予以更改，且模型可以同步更新。

本发明实施例提供一种高效的基于纸质钻孔的三维地质建模智能处理方法，处理流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、通过表格识别的方法将纸质钻孔柱状图进行扫描，统一归档为图像和文字数据，并分别对每个表格数据进行识别；

具体为：通过电子扫描仪获得纸质钻孔数据图像后，对图像进行预处理，消除图像扫描中的变形并且提取图像中的关键数据，统一为电子文档，再通过表格提取的方式对其归档处理，如图2所示，包括以下流程：获取钻孔柱状图图像-图像预处理-表格线识别-单元格定位-文本和符号识别-文字校正-数据存储。

步骤2、通过机器学习，归纳总结出地质的标准地层表，根据该表将钻孔数据统一导入钻孔标准数据库，从钻孔标准数据库（钻孔标准数据库结构图如图4所示）中读取钻孔数据点云，按照一定规则连线生成地质面；

步骤2.1、数据入库前存在一个难点，由于纸质钻孔数据的来源众多和不规范，数据中标签和描述中存在大量同义词，再入库前须将数据中语义相近词进行处理统一替换为当前规范下推荐使用的同义词。由于不同部门的命名方式和规范不同，所得到的钻孔数据编号不一致，在入库前，首先需要对钻孔重新编号，其流程大致如下：

1)获取钻孔数据的全部地层，剔除或合并相同语义地层。

2)将每个钻孔地层数据与全部地层进行比对，根据算法和专家指导指定标准地层表，使地层总体顺序符合客观规律。

3)基于所指定的标准地层表，对所有钻孔使用算法得到的地层顺序进行迭代处理从而重新对钻孔统一编号。

步骤2.2、利用机器学习，根据《工程地质勘察规范》、《城市规划工程地质勘察规范》等多类地质领域资料，建立地层资料语料库。对数据库中钻库岩性描述内容进行特征选择，得到每个地层类别的特征集合和一个总的特征词典。

步骤2.3、使用分词工具对训练集进行分词，之后使用bert神经网络，结合原始文本资料、语料库、分词三类结果，结合前后文双向识别文本标签，使用多标签文本分类的结果，将岩性描述标准化为地层结果。对钻孔地层的分类流程如图3所示，包括：读取钻孔岩性-生成文本向量-生成训练文件-生成中间文件-增加地质语料库-合成训练文件-训练识别。

步骤3、由模型所截取的剖面图中，可融入地质知识，对地层尖灭进行处理，对不恰当的地方进行修改和校正，钻孔数据和其连线的更改能实时同步到地质模型。

步骤3.1、处理地层尖灭的处理方法为：针对地层尖灭情况，按照剖面连线规则，确定以下参数：1、堆积线图中交叉地层的连线长度；2、计算端点到交叉点的长度；3、地层剖面线段长度；4、交叉点到上一地层的距离。

根据上述参数插值生成虚拟地层点云数据，对相邻点数据连线，延长至非当前地层的时候，终止连线行为。根据惯例，对地层尖灭位置进行一些规定：当地层厚度小于2m，地层尖灭忽略不计；当地层厚度在2m到5m之间时，地层尖灭控制点位置在当前钻孔和相邻钻孔之间距离1/2处；当地层厚度超过8m时，地层尖灭控制点位置在当前钻孔和相邻钻孔2/3处。

地层尖灭控制点与当前钻孔之间的距离按以下公式进行确定：

h代表地层厚度，d代表当前钻孔与相邻钻孔的距离，l代表地层尖灭控制点与当前钻孔之间的距离。

步骤3.2、若第一钻孔中的点p0和p1在第二钻孔中无对应岩性，则此处有地层尖灭现象；以点p为点p0和p1的中点，点pn为第二钻孔相邻岩性段的中点，则地层尖灭控制点pm在点p和点pn之间，地层尖灭控制点pm按以下公式进行确定：

其中，xyz为地层尖灭控制点pm的空间坐标，xpypzp为点p空间坐标，xnynzn为点pn的空间坐标，p0、p1、pm、p、pn为各段岩性分隔点。

这样，计算出地层尖灭的模型后，修改钻孔连线的位置，该修改可同步到三维地质模型中，而无需手工操作。

本发明的一种高效的基于纸质钻孔的三维地质建模智能处理方法，一方面能够快速提取纸质钻孔柱状图中的信息，并对其中所存在置信率较低的地层数据进行标准化和替换；另一方面，可以将地质知识融入到建模过程中，减少因数据错误而导致的地层尖灭和断层现象，并对模型进行实时更新，提高三维地质模型的合理性。

本发明从纸质数据的智能预处理，钻孔柱状图的表格自动提取，以及一定程度上的剖面图自动编辑校准三个方面，对传统地质模型处理中数据缺失，数据混乱，数据失真三个方面进行了流程化的改进；通过机器学习的方法将钻孔地层标准化；并且在三维地质建模的过程中，能自动处理地层尖灭等特殊地质情况，使得整个三维地质模型的生成过程更加智能，减少因人工处理所产生的失误，降低风险，提高整体流程的效率和准确性，有利于研究人员根据地质体的实际情况采取对应的处理措施，做出科学合理的决策。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。