专利名称：一种尖灭地质体三维复杂剖面自动生成方法
技术领域：
本发明涉及三维地学建模领域，尤其涉及一种基于钻孔数据的尖灭地质体复杂剖面自动生成方法。
背景技术：
随着计算机技术与空间信息技术的发展，地理信息系统(GeographicInformation System, GIS)技术在区域地质条件三维可视化方面得到普遍的应用，如以地质数据库为基础的GIS软件，能以人机交互的方式生成钻孔柱状图、地层综合柱状图、矿层对比图和任意方向的地质剖面图等。这些功能能够为地质工作人员提供空间辅助决策支持。近年来，ー些学者探讨了采用不同方法实现钻孔剖面图的绘制[1~3]。如门桂珍等以煤层为例，采用Excel或其他编程手段，研究了地质剖面图的几种绘制方法，很好的处理了煤层断层在剖面图件中的绘制处理和地层线间的协调问题，但对于地质剖面中复杂地质体(透镜体、尖灭等)的处理方法没有涉及[1];温永左等学者用Basic编程语言探讨了水文地质剖面的生成方法并考虑了特殊的剖面情况，但对钻孔数据资料的收集、分析整理还需要大量的手工操作，并且纹理填充的算法也不够全面和优化，该方法在人工智能上比较欠缺，灵活性和实用性不够[2]。狄卫民，王德筑，唐新军等学者采用编程语言结合钻孔数据库和CAD技术，研究了地质剖面图的自动生成方法，该方法基于CAD平台，在三维表达上能力不足，不能够实现三维剖面图的绘制[3~5]。陆娟以水文地质为基础探讨了基于组件式GIS技术结合知识规则的水文地质剖面自动生成方法，但其涉及的领域局限于水文地质剖面[6]。田甜等应用空间语义关系的空间域搜索算法，以人机交互的方式结合专家知识实现剖面的连接绘制，其方法人工交互多，智能化和自动绘制程度不高m。王继民等探讨了基于钻孔数据的地质剖面建模，并引入知识推理方法，融入了可供决策的专家知识和经验，但其开发的软件系统只是处理钻孔投影到平面的剖面，钻孔的实际位置和分布无法表达[8]。综上，目前对三维地质剖面的自动生成研究，多关注平面剖面的绘制方法，而在三维表达和自动化程度上有所欠缺。这就需要发明ー种三维剖面的自动绘制方法，从而提高地质剖面的直观表达能力和作业效率，更好地服务于辅助决策。相关文献
[I]门桂珍，萨贤春，雷宝林.地质剖面图的计算机绘制技木.煤田地质与勘探，1995年 01 期，34-37。[2]温永左，孙永堂，陈鸿艳等.微机绘制水文地质剖面方法研究.吉林水利，1996 年第 11 期，34-37。[3]王德筑.工程地质剖面图软件的开发与应用.工程地质计算机应用，2000. 2，6-9。[4]狄卫民.地质剖面图和平面图的计算机辅助绘制.黄金科学技木，2002年第10 卷第 4 期，36-39。[5]唐新军，严和平.利用VB6.0和AutoCAD处理工程图形.计算机应用，2002年01 期，104-106。[6]陆娟.基于组件式GIS的水文地质剖面自动生成方法研究.南京师范大学，2003。[7]田甜，潘懋，陈雷，丛威青，赵桂卿，孙志东，张芳.基于空间语义的地质剖面 自动连接算法.地理与地理信息科学，2008年11月，第24卷第6期，54-56。[8]王继民，吕庆，万定生.基于钻孔数据的地质剖面建模系统.河海大学学报(自然科学版)，2009年7月，第37卷第4期，463-466。
发明内容
本发明要解决的技术问题，是从对钻孔数据处理入手，根据现有钻孔数据的空间分布，可对钻孔中缺失地层数据进行虚拟补充，提供一种尖灭地质体三维复杂剖面自动生成方法，能够有效解决通常地质勘探采集的钻孔地质数据不能满足剖面绘制的问题，基于钻孔的地层信息判断尖灭情況，实现三维剖面自动绘制问题。采用的技术方案是
一种尖灭地质体三维复杂剖面自动生成方法，是ー种基于钻孔数据的尖灭地质体复杂三维剖面自动生成方法，具体流程如下
(I)对钻孔数据的处理。即判断钻孔平面位置坐标是否符合实际和对钻孔中缺失的地层进行虚拟补充处理。(2)地层轮廓多边形的提取。根据钻孔中地层一一对应规则将同一层的钻孔数据点提取出来，并组合成地层轮廓线。所述的地层包括各种复杂地质情况(如透镜体、尖灭)。(3)地层轮廓多边形剖分。根据提取的地层轮廓线，以相邻两个钻孔间构成地层的上下地层点进行三角剖分，从而实现地层剖面的三维可视化表达。该方法建模包括以下步骤
(I)、数据预处理。包括钻孔数据的校验和自动修正，通过钻孔孔ロ坐标的逻辑判断，检查原始数据是否正确，对地层缺失进行虚拟补充。(2)、地层剖面建摸。判断地层尖灭等复杂情況，并进行相邻钻孔地层的自动处理。(3)、根据步骤(2)中的判断结果提取各地层边界线，以相邻两个钻孔间构成地层的上下地层点进行三角剖分，形成两个构成剖面的三角形，以此处理所有的地层轮廓线，最后将这些由三角形构成的剖面三维可视化。本方法可基于钻孔数据，自动识别和处理地质体的尖灭情况和透镜体情況，以不同钻孔的同一地层数据构成复杂剖面并进行剖分，从而实现地质剖面的三维可视化表达。解决了复杂三维剖面的自动绘制问题，提高了地层空间分析和决策效率。该方法采用3DGIS在复杂地质剖面自动生成的应用，丰富了 3DGIS的空间分析理论与方法，可广泛在三维地学建模中推广使用。
图I为本发明钻孔数据处理流程图；图2为本发明基于钻孔数据复杂地质体剖面绘制流程图。
图3尖灭地质体复杂三维剖面图。图4地层地质体边界轮廓提取原理描述辅助图。图5为实施例一工程的三维模型图。图6为实施例一多个复杂剖面自动绘制的组合图。图7为实施例一多个复杂剖面与钻孔的组合图。图8为实施例ニ工程的三维模型图。图9为实施例ニ的单条勘探线的复杂三维剖面图。图10为实施例ニ多个复杂剖面自动绘制的组合图。图11为实施例ニ多个复杂剖面与钻孔的组合图。
具体实施例方式为清楚表述本发明的目的、技术方案和优点，以下结合具体实施案例，并參照附图，对本发明进行详细说明。具体实现流程如下
(I)对钻孔数据的处理。即判断钻孔平面位置坐标是否符合实际和对钻孔中缺失的地层进行虚拟补充处理。(2)地层轮廓多边形的提取。根据钻孔中地层一一对应规则将同一层的钻孔数据点提取出来，并组合成地层轮廓线。这里指的地层包括各种复杂地质情况(如透镜体、尖灭)。(3)地层轮廓多边形剖分。根据提取的地层轮廓线，以相邻两个钻孔间构成地层的上下地层点进行三角剖分，从而实现地层剖面的三维可视化表达。剖面地层轮廓线提取原理
从地层①开始，根据地层的
厚度是否为0来判断第一个钻孔(钻孔I)中是否存在地层 ，图4中所示存在则将第一个钻孔的地层 的上地层点和下地层点存入地层轮廓变量中，以此判断第二钻孔(钻孔2)直到最后ー个钻孔(钻孔6)。地层①轮廓提取完成后，提取地层②轮廓线。图4中钻孔I的地层 存在，钻孔2处地层 尖灭了，所以将钻孔I的地层@的上下地层点存入地层@的地层轮廓线变量中。钻孔3出地层 也尖灭但钻孔4存在地层 所以将钻孔3到钻孔6的地层@的上下地层点存入地层@的轮廓线变量中。图4中地层@没有尖灭，其提取过程与地层(I) 一祥。地层 在钻孔I处缺失，并在钻孔2处也缺失，此时将钻孔I的地层 的
上下地层点(实际为相同坐标的两点)丢弃不存入地层轮廓线变量中。而钻孔3出地层@的厚度不为O，故钻孔2的地层点存入地层轮廓线的变量中。继续判断余下钻孔，直到钻孔5处地层@尖灭。在钻孔6处地层@缺失，而由于钻孔处地层 的厚度为O (即缺失)，所
以钻孔6的地层上下地层点丢弃。从图4中可看出，地层 有两个部分组成，钻孔I、钻孔
2和钻孔3组成了一个尖灭体，此时将钻孔I、钻孔2和钻孔3的地层 的上下地层点存入 地层轮廓线变量。而钻孔4、钻孔5和钻孔6则组成了另ー个尖灭体，此时将钻孔的地层⑤
的上下地层点存入地层轮廓线的变量中。地层@则由钻孔I、钻孔2和钻孔3组成半尖灭
体，此时只要将钻孔I、钻孔2和钻孔3的地层@的上下地层点存入地层轮廓线的变量中即
可，余下钻孔的地层 的上下钻孔点丢弃即可。类似地，地层 只要将钻孔3、钻孔4、钻孔
5和钻孔6的地层 的上下地层点存入地层轮廓线变量组成半尖灭体。地层@的轮廓线的
提取与地层 —祥。至此，提取完成所有的地层轮廓线。图I、图2为该方法的数据处理流程图和剖面绘制流程图。该方法具体建模步骤包括
I、数据预处理。包括钻孔数据的校验和自动修正，通过钻孔孔ロ坐标的逻辑判断，检查原始数据是否正确，对地层缺失进行虚拟补充。详细过程如下首先从数据库中读取钻孔孔ロ三维坐标数据和钻孔的地层数据。由于ー个工程的区域是有范围的，所以根据钻孔孔ロ平面坐标间的坐标差的大小范围是否符合逻辑和实际，可以判断钻孔孔ロ坐标是否存在错误。如，ー个工程的钻孔坐标Y值相差在百公里以上则可认为数据有误并提示用户是否继续处理。其次，从钻孔的地层数据中获取地层的最大地层编号和地层的数目。再对每个钻孔的地层数据进行检查，若其中某一层地层缺失则向钻孔地层数据中添加该层的虚拟数据，其虚拟地层数据为地层编号缺失的地层的编号地层的深度为上层地层的地层深度，地层厚度为O。最后，得到满足剖面绘制要求的数据。2、地层剖面建模。判断地层尖灭等复杂情况，并进行相邻钻孔地层的自动处理，其处理流程如图2。详细的过程如下从所有的钻孔地层数据中获取地层的数目，进而ー层ー层分别提取地层的轮廓线。从最接近地表的地层开始往下逐层进行处理。处理每一层地层时，将组成剖面的钻孔逐个处理，如果该钻孔处当前处理的地层的厚度不为0，则将该钻孔当前地层的数据(地层的上表面点和下表面点坐标)记录到存储地层轮廓线的变量中并进行下个钻孔处理。如果该钻孔的地层数据中当前处理的这一地层的厚度为O，则说明当前地层在该钻孔处缺失，即地层在该钻孔处尖灭或者地层不存在。其具体情况要根据相邻钻孔的当前地层的数据来判断，如果相邻的一个钻孔存在当前地层即地层厚度不为O，则该钻孔为地层的尖灭点。如果相邻钻孔当前地层厚度都为O，则该钻孔的缺失当前地层。如果该钻孔为地层尖灭点则同样将地层数据存入地层轮廓线变量中，否则将该钻孔的当前地层数据丢弃。处理完一层地层后，以此处理下一地层直至所有的地层处理完毕。3、根据步骤2中的判断结果提取各地层边界线，以相邻两个钻孔间构成地层的上下地层点进行三角剖分，形成两个构成剖面的三角形，以此处理所有的地层轮廓线，最后将这些由三角形构成的剖面三维可视化。实施例I :
以某市地质勘探工程为例。该区域为市区的ー个建筑エ地，其地形较平坦，地面高程 介于47. 46^50. 30米，地貌类型为河流高漫滩及古河道。该工程共有钻孔68个，钻探结果表明，构成场地地层自上而下大致依次为杂填土、粉质粘土、粉土、淤泥质土、粉质粘土、中砂、和圆石乐。首先，对原始数据进行按相应规则进行处理，其流程如图I所示。然后，在基于本发明所开发的软件地质结构及地表环境一体化三维模型系统中进行复杂地质剖面的自动生成和绘制。如图5为该实例工程的三维模型图，图6为多个复杂剖面自动绘制的组合图，图7为多个复杂剖面与钻孔的组合图。实施例2
某市地质勘探工程为例，该区域为市区ー个建筑エ地，工程场地地形较平坦，地面高程介于49. 23-52. 71米，地貌单元属河流冲积阶地。该工程共有勘探点127个，钻孔深度10-30米。工程钻探结果表明，勘探场地的地层自上而下大致为第四纪全新世人工堆积层的杂填土、第四纪全新世冲洪积相地层的粉质粘土、细沙、中砂、砾砂和圆砾。该实例的尖灭复杂三维剖面的绘制处理方式和流程与上面实例一致。如图8为该实例工程的三维模型整体效果图，图9为该实例的单条勘探线的复杂三维剖面，图10为该实例多个复杂剖面自动绘制的组合图，图11为多个复杂剖面与钻孔的组合图。
权利要求
1.一种尖灭地质体三维复杂剖面自动生成方法，其特征是ー种基于钻孔数据的尖灭地质体复杂三维剖面自动生成方法，该方法流程如下 (1)对钻孔数据的处理，即判断钻孔平面位置坐标是否符合实际和对钻孔中缺失的地层进行虚拟补充处理； (2)地层轮廓多边形的提取，根据钻孔中地层一一对应规则将同一层的钻孔数据点提取出来,并组合成地层轮廓线； (3)地层轮廓多边形剖分，根据提取的地层轮廓线，以相邻两个钻孔间构成地层的上下地层点进行三角剖分，从而实现地层剖面的三维可视化表达。
2.根据权利要求I所述的ー种尖灭地质体三维复杂剖面自动生成方法，其特征在于建模包括以下步骤 (I )、数据预处理，包括钻孔数据的校验和自动修正，通过钻孔孔ロ坐标的逻辑判断，检查原始数据是否正确，对地层缺失进行虚拟补充； (2)、地层剖面建模，判断地层尖灭等复杂情况，并进行相邻钻孔地层的自动处理； (3)、根据步骤(2)中的判断结果提取各地层边界线，以相邻两个钻孔间构成地层的上下地层点进行三角剖分，形成两个构成剖面的三角形，以此处理所有的地层轮廓线，最后将这些由三角形构成的剖面三维可视化。
全文摘要
本发明是一种尖灭地质体三维复杂剖面自动生成方法，是从对钻孔数据处理入手，依据钻孔数据的空间分布，对钻孔中缺失地层数据进行虚拟补充。根据钻孔中地层一一对应规则将同一层的钻孔数据提取出来，并组合成地层轮廓线。根据提取的地层轮廓线，以相邻两个钻孔间构成地层的上下地层点进行三角剖分，实现地层剖面的三维可视化表达。本发明解决了复杂三维剖面的自动绘制问题，极大地减轻手工绘制地质剖面图工作量，该方法基于钻孔的地层信息判断尖灭情况，从而提高空间分析和决策的效率，适应复杂地质体三维剖面建模，可在三维地学建模中广泛推广使用。
文档编号G06T17/05GK102651143SQ201110044770
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者刘伟, 吴立新, 孔庆晓, 岳玉梅, 敖然, 武少丰, 王家伟, 郭甲腾, 魏可峰 申请人:东北大学, 中冶沈勘工程技术有限公司