一种褶皱地貌类型的自动化识别方法

一种褶皱地貌类型的自动化识别方法
【专利摘要】本发明公开了一种褶皱地貌类型的自动化识别方法，具体包括如下步骤：1)根据核部地层与横切剖面线提取原则，提取可能存在褶皱的场景条带；2)基于邻接属性关系图建模方法，对场景条带进行场景空间结构的建模与化简；3)通过判别化简后的邻接属性关系模型能否由对应的褶皱规则推导而来，实现针对不同褶皱构造模式的匹配识别；4)基于识别出的褶皱场景进行山和谷状态的进一步判别，最终确定褶皱构造地貌类型，粗略划定褶皱地貌单元。该方法针对褶皱“两翼对称”的出露规律，以结构模式匹配的方法，基本实现了在基岩山地地区，对褶皱构造地貌的自动化识别。
【专利说明】
-种禪皱地貌类型的自动化识别方法
技术领域
[0001] 本发明属于地理信息技术应用领域，具体设及一种基于地质图与DEM，通过空间结 构模式匹配，实现自动化识别權皱构造地貌单元的方法。
【背景技术】
[0002] 權皱几乎控制了大中型地貌的基本形态，在一定程度上反应了其力学背景，对于 矿产的形成、分布等也有一定的控制作用，在地质测量、地貌形成和地貌分类等研究中具有 重要意义。權皱地貌的识别是有效支持地质图认知、构造解析、=维建模等工作的基础。
[0003] 传统的地貌类型划分方法主要为人工操作，其工作量大，历时长，且受限于制图人 员的技术和认识。因此，众多研究学者转而探讨自动化的地貌类型识别与地貌单元提取方 法。当前常用的自动识别方法主要基于呢M或遥感影像，通过单元统计、特征提取或标识解 译等方法，实现针对地貌形态或典型地貌的自动化识别。而權皱构造地貌因其特有的"对称 重复"地层组合空间结构，目前常用的基于地形信息进行单元统计或是特征提取的自动化 地貌类型识别方法并不适用。
[0004] 權皱地貌类型的自动化识别与单元提取，应首先识别出權皱构造，再对构造内的 地貌进行综合判别。虽然，權皱构造形态复杂、类型多样，且没有具体的边界;但其本质为一 组受力弯曲的地层，在剥蚀后呈现出两翼对称的、模式化的特定地层组合结构。因此，本发 明采用地形地质图、DBl等数据源，基于空间结构场景建模和文法模式匹配等方法，实现權 皱地貌的自动识别。

【发明内容】

[0005] 本发明的主要目的在于:针对權皱地貌"对称重复"的地层组合空间结构特征，基 于地形与地质信息，提出一种构造地貌自动化识别方法。
[0006] 本发明采用的技术方案如下：
[0007] -种權皱地貌类型的自动化识别方法，包括如下步骤：
[000引1)根据核部地层与横切剖面线提取原则，提取可能存在權皱的场景条带；
[0009] 2)基于邻接属性关系图建模方法，对场景条带进行场景空间结构的建模与化简；
[0010] 3)通过判别化简后的邻接属性关系模型能否由对应的權皱规则推导而来，实现针 对不同權皱构造模式的匹配识别；
[0011] 4)基于识别出的權皱场景进行山和谷形态的进一步判别，最终确定權皱构造地貌 类型，粗略划定權皱地貌单元。
[0012] 本发明的方法针对權皱"两翼对称"的出露规律，W结构模式匹配的方法，基本实 现了在基岩山地地区，对權皱构造地貌的自动化识别。相比传统的人工识别方法，提高了效 率，也为非专业人员的地质图读图识图提供了帮助。此外，相比目前主要基于地表形态进行 的地貌自动识别提取方法，结合考虑了地层结构分布的信息，解决了空间结构特征明显的 地貌自动识别的问题。同时，也可作为地表地貌自动识别方法的补充，为构造地貌的自动化 识别提供了思路。
【附图说明】
[OOU]图1本发明方法的流程图；
[0014] 图2示例地层年代序列表截图；
[0015] 图3实施例实验数据，（a)地质体面图层数据、(b)DEM数据；
[0016] 图4核部地层选取示例；
[0017] 图5实施例识别场景条带结果图；
[0018] 图6邻接对象判别示例；
[0019]图7实施例场景模型，图中的"?"代表地层对象点，"一"代表对象邻接关系；
[0020]图8实施例化简后场景模型，图中的"?"代表化简后地层对象点，"一"代表化简后 关系；
[0021 ]图9实施例權皱地貌单元。
【具体实施方式】
[0022] 本发明流程图如图1所示，權皱地貌类型自动识别的具体方法步骤如下：
[0023] (一)数据预处理
[0024] 步骤11:本文方法是在邻接属性关系图的基础上进行的，地层对象与地层间关系 详细属性列表如下：
[0027]步骤12:加载Shp格式的地质面图层数据，得到所有地层面要素集合化iS={0Si Ii = 0，l，2，...，n-l}，n为地层面要素的个数。要求OSi属性表中至少包括一个[Age]字段；
[0025；
[0026；
[002引步骤13:对OSi属性赋值。0Si[Id]与oSi[SourceId]赋值为i;若0Si[lYend]不为空， 贝时良据公式（1)将其转换为极坐标系角度;若OSi阳end]为空，则通过计算OSi多边形的走向 (参考文献:《一个求解多边形最小面积外接矩形的算法》，程鹏飞、国浩文、韩振辉，工程图 学学报，2008,(1))夹化替：
[0029]
Cl)
[0030] OSi [Length]赋值OSi多边形最小外包矩形的长边长度值;OSi [Gravity]赋值其重 屯、点坐标甜i(gxi，gyi)，通过公式（2)，基于地层面要素 OSi的顶点集〇1'；[￥1={0￥^(叫，7^)|占' =0，1，2,...，HU-IKmi为面要素 OSi的顶点个数)来计算得到；
[0031]
Cl)
[0032] 步骤14:配置XML格式的"地层年代序列表"，示例如图2。根据OSi的[Age]属性，在 "地层年代序列表"中查找到节点nodej，使nodej[name] =OSiUge]:
[0033] 1)若nodej[RockType]为"1"，则oSi[IsIn1:;rusion]赋值"True" ,OSiIistatehg]赋 值 "Delete";
[0034] 2)若nodej[RockType]为"S"，则oSi[IsIn1:;rusion]赋值"False"。再判断nodei是否 是的子节点，若是，则oSiIis^tehg]赋值"Delete";反之，OSiK^tehg]赋值"Ke邱"；
[0035] (二)识别条带的提取
[0036] 步骤21:获取集合化15={〇31|1 = 0，1，2，...，11-1}中每个〇31面要素的邻接地层面 要素集合化iSi，并从化iSi中移除属性[S化te化g]为"Delete"的元素；
[0037] 步骤22:对于属性[StateTag]为"Keep"的地层面要素 OSi,判断其邻接要素集合 NeiSi={nsij| j = 0，l，2, . . .，li-l}(li 为 OSi 的邻接地层中属性[S^tehg]为"Keep"的地层 个数)是否满足W下条件：
[00；3 引
[0039] 若满足W上任一条件，则判定面要素 OSi为核部地层要素，将其加入核部地层要素 集合CorS=レsj|j = 0，l，2，...，p-l}，p为查找到的核部地层的数量；
[0040] 步骤23:针对每个核部地层CSj,过其重屯、点核部地层csj[Gravity]坐标垂直于走 向CSjIilYend]做垂线slj，得到剖面线集合Se化={slj| j = 0，l，2, . . .，p-：L}，对Sl渴个做缓 冲区，得到裁剪面要素集合化巧=1>9山' =〇，1，2，...，9-1}。给裁剪面。9扣〇111^6(：引属性 赋值csj[Id]，裁剪面ccj^Shend]属性赋值csj[Trend];
[0041] 步骤24:用裁剪面要素集合Cu巧对原始地层面要素集合化iS进行裁剪，得到场景 地层面要素集合SceS={ssk|k = 0，l，2, . . .，s-l}，s为识别条带上地层对象的数量；
[0042] 步骤25:对面要素 SSk的属性进行赋值。对于裁剪面CPj与原始地层面OSi裁剪而成 的面要素 SSk而言，ssk[SourceCS]和SSkIicsiYend]继承cpj的同名属性；ssk[SourceID]、SSk [Trend]、ssk[Length]、ssk[IsInhusion巧Plssk[StateTag]分别继承OSi的同名属性；SSk
[Id]赋值k;ssk[Area巧日ssk[Gravity]基于SSk的多边形要素重新计算；
[0043] (S)识别结构建模与化简
[0044] 步骤31:由上一步获得地层面要素集合SceS,根据S別的[Gravity]属性绘制点图 层SceneObjectLayer,得到地层对象点集SceG= {Sgi I i = 0,1，2, ...，s-l}，对象点Sgi继承 面要素 SSk的所有属性；
[0045] 步骤32:对于任意面要素 SSi与SS^ j〉i)，判断是否满足W下条件：
[0046]
[0047] 若满足，则操作步骤33:
[004引步骤33:连接地层对象点Sgi与Sgi绘制线址，对线rlk属性赋值如下：
[0049] 查找地层对象点Sgi与Sg撕属性[Age]在"地层年代序列表"中对应节点的编号 nodea[Id]与nodeb[Id]:
[0050] l)若nodea[Id]《nodeb[Id]，;rlk[Sta;rtId]赋值为sgi[Id];;rlk[I^ndId]赋值为sgj [Id];;rlk[TimeDis]赋值为nodeb[Id]-nodea[Id];;rlk[AzimutMng]赋值由对象点sgi的坐标 指向对象点S&的坐标的方位角angab;
[0051 ] 2)若nodea[Id] >nodeb[Id] ,rIkliStartId]赋值sgj[Id] ;;rlk[EndId]赋值sgi[Id]; rlk[TimeDiS]赋值nodea[ Id]-nodeb[Id] ;;rlk[AzimuthAng]赋值由对象点Sgj的坐标指向对 象点Sgi的坐标的方位角angba;
[0052] 步骤34:得到关系线集合RelL=IrlkIk = O, 为条带上的邻接关系 数量）后，根据关系线集合RelL建立无向邻接集合SimAList = {sali Ii = O，1，2，...，s-l}。 其中，集合sail代表属性[Id]等于"i"的点所邻接对象的属性[Id]集合。每个关系rlk，根据 属性rIkKtartId]与rlkUndld]，往i = ;rlk[StartId]的sali中添加 rIkUndId]，i = ;rlk [Elndld]的sali中添加 rlkKtartId];
[0053] 步骤35:除了属性[Source]与[SourceC]相等的核部地层对象点不进行化简操作 夕h对每个地层对象点Sgi及其邻接面要素化简情况和处理方案如下：
[0054] 1)若Sgi [StateTag]为"Ke邱"，且集合sali长度等于1。对于唯一的对象点Sgj [Id] G sali,若满足Sgj[Statehg]为"Delete"，则sgi[Statehg]赋值"Delete"，清空集合sali 使其长度为0;
[0055] 2)若sgi[StateTag]为"Keep"，且集合sali长度大于0。若存在对象点Sgj，满足① Sgilis^tehg]为"Ke邱"；②Sgi[Id] G sali;③Sgj[Age]与Sgi[Age]在。地层年代表序列表' 中对应的编号nodea[Id]与nodeb[Id]相等。则对对象点Sgi与Sg逊行如下的合并操作：
[005引 a)令Si = Sgi[Area]，Sj = Sgj[Area]，根据公式(3)重新计算点坐标(Xi，yi)，并赋值 给3邑1[6脚￥；117?0；[]11：1。保留对象点3&的其他属性；
[0化7]
(3)
[005引 b)对象点sgj[StateTag]赋值为"Delete";
[0059] C)将集合salj整合到集合sali中，清空集合salj使其长度为0;
[0060] 3)若sgi[StateTag]为"Delete"，且集合sali长度等于 1。对于唯一的sgu[Id] G sali。若满足sgu[StateTag]为"Delete"，执行步骤35.2) .a)~C)对对象点Sgi与Sgu进行合 并操作；
[0061 ] 4)若sgi[StateTag]为"Delete"，且集合sali长度等于2。存在对象点Sgu和sgv(v> U), S的[Id] G sali,sgv[Id] G sali。右細足S藏心沒!教忍紋.?, S;豁却技I&议4议，则将sgv[Id]加入集 合salu，将S的[Id]加入集合Sa^。清空集合sali使其长度为0;
[0062] 5)若sgi[StateTag]为可elete"，且集合sali长度大于2。至少存在对象S的点和Sgv (v〉u)，满足sgu[Id] Gsali，sgv[Id] Gsali。对对象点S的和Sgv进行如下判断：
[0063] C)若存在对象点Sgu与Sgv满足:① sgu[Age]与sgv[Age]在"地层年代表序列表"中 对应的编号 nodea[ Id]与 nodeb[ Id]相等，② Sgulistatehg]与 Sgvlis^tehg]都为"Ke 邱"，③ 方位角日叫11巾或日叫巾11与3旨1[〔5化日]1(1]差值小于容限。则执行步骤35.2).日）~(3)对对象点3邑〇 与Sgv进行合并操作；
[0064] d)若存在对象点Sgu与Sgv满足:①方位角angui与方位角angiv差值不超出容限，② 对于任意3旨1；[1(1]￡3曰1。，方位角曰叫。1；与曰叫切的差值均超出容限，@对于任意3旨1；[1(1]￡ Salv,方位角angvt与曰ngtu的差值均超出谷限，④S載,、挑SS%.》容如.鴻S议如'刚将sgv[ Id] 从集合sali中移除并加入集合salu，将sgu[ Id]从集合sali中移除并加入集合sa^;
[0065] e)不再出现W上情况，则清空集合sail使其长度为0;
[0066] 步骤36:遍历邻接关系集合SimALiSt，若对象点Sgi[StateTag]为"Delete"，清空 集合sali使其长度为0;反之，若存在对象点Sgj满足Sgj[StateTag]为"Delete"，且Sgj[Id] G sali，则将Sgj [Id]从集合sali中移除；
[0067] 步骤37:完成上一步后，遍历Sgi[ S化te化g]为"Keep"的对象，若其集合sali的长度 大于2,则分别计算SgjSgi与其邻接对象的方位角，保留与Sgi [CS化end]最接近垂直的两个 角度及其对象，将其它对象的[Id]从集合sail中移除；
[00側步骤38:取点集SceG中属性[S^tehg]为"Ke邱"的点绘制化简后的地层对象点图 层SimS化ayer。得到化简后地层对象点集SimSG= {ssgj I j = 0,1，2,. . .，c-l}，c为化简后保 留的地层对象的数量，即SceG中属性[S化te化g]为乂eep"的对象的数量；
[0069] 步骤39:根据删改后的邻接关系集合SimAList= {sali Ii = O, 1，2，. ..，s-l}绘制 化简后的有向线图层Sim化Layer。对于每个对象点SSgj，若存在SSgu [ Id] G sa 1 i，则按照步 骤33连接地层对象点SSgu与SSgj,绘制线srlk。得到化简后的关系线集合SimRL= {srlk I k = 0，1，2,. . .，r-l}，r为化简后的邻接关系数量。
[0070] (四）權皱构造模式匹配
[0071] 步骤41:创建集合OriFold= {ofi I i = 0，1，2，. . .，P-1}存放權皱对象，初始化的權 皱对象数量与核部地层对象点的数量相等。權皱对象的数据属性如表：
[0072]
[0073]
[0074] 步骤42:基于化简后的地层对象点集SimSG= {ssgj I j = 0，l，2, . . .，c-l}与关系线 集SimI^L = I^rlk I k = 0，1，2, ...，r-l }，进行權皱构造识别。获取SSgj[SourceCS] = SSgj [Sour Ce I d ]的对象点加入点集CorG，得到化简后的核部地层对象点集合CorG = kgi I i = 0， 1，2，...，P-I}。对每个權皱对象Ofi属性进行赋值，Ofi[SourceCS]赋值Cgi[SourceCS]; Ofi [1化131：]中添加。邑1[1(1];
[0075] 步骤43:取cgi[Id]的值给索引编号"Lefts"与"Rights",对化简后关系线集合 SimRL中的元素进行如下规则判别，其中预先设定tolerance为容限：
[0076] 1)若存在对象满足背斜规则集，则属性Ofi[化IdType]赋值"Anticline"。将srla KndId]插入 Ofi [ IdList ]的第一个位置，将 s;rlb[EndId]添加到of i[ IdList ]的最后，将 srla [化did]与srlb[EndId]赋值给索引编号"Lefts"与"Rights",重复本规则集的判别直至不 再满足背斜规则集，则结束判别。背斜规则集如下：
[0077]
[0078] 2)若存在对象满足向斜规则集，则属性Ofi[化IdType]赋值"Syncline"。将srla [StartId]插入 Ofi [ IdList ]的第一个位置，将 srlbl! Sta;rtld]添加到Ofi [IdList]的最后，将 srlal!StartId]与srlbl!StartId]赋值给索引编号"Lefts"与"Ri曲tS"，重复本规则集的判别 直至不再满足向斜规则集，则结束判别。向斜规则集如下：
[0079]
[0080] 步骤44:对所有核部地层对象点Cgi完成规则匹配后，可知初始權皱对象集合 Ori化ld={ofi| i = 0，l，2,. . .，p-l}中包括了不符合權皱规则的權皱对象，遍历化iFold， 若ofi[IdList]的长度小于3,则将ofi从中化iFold移除，最终得到權皱单元集合化Id= {fi i = 0，1，2，. . .，q-1}，q为符合權皱规则的權皱单元数量；
[0081] 步骤45:对于權皱单元。，依次找到属性[Id]值等于fi[IdList][0]至fi[I化ist] [ListCount-1]的化简前地层对象点sgj，并将sgjKourceld]添加到fi[SI化ist]中；
[0082] 步骤46:对集合化Id中两两權皱的重复部分进行舍取。对于權皱单元。，遍历權皱 单元fj(j = 〇，l，2, . . .，q-l, j声i):
[0083] I)若存在某个權皱单元fj(j〉i)，满足fi[SIdList]与fj[SIdList]完全相同，或是 fi[SI化ist]与fj[SI化ist] .ReverseO完全相同，则从權皱单元集合化Id中移除權皱单元 fj；
[0084] 2)比较fi[SIdList]数组与每个。[SIdList]数组中的元素，若存在相等的元素，记 录其在。[51化131:]数组中的下标。对于所有记录的下标，取最接近^31:(：〇11]11:/2且小于 ListCount/2的下标a和最接近ListCount/2且大于ListCount/2的下标b，保留fi[I化ist] 数组fi[I化ist] [a]至fi[I化ist] [b]的部分，保留fi[SI化ist]数组fi[SI化ist] [a]至fi [SIdList][b]的部分；
[00化]步骤46:对權皱单元集合化ld={fi| i = l，2,3, . . .，q}中的權皱单元fi其余属性进 行赋值。获取属性[SourceId]与[SourceCS]相等，且等于fi[ SourceCS]属性的地层对象点 SgjJiIihend]赋值SgjIilYend]，fi[Gravity]赋值sgj[Gravity]，fi[a]赋值sgj[Length];获 取属性[Id]等于fi[I化ist][0巧日fi[I化ist] [ListCount-1]的地层对象点Sgieft与sgright， 计算 sgieft[Gravity]与 Sgieft [Gravity]间的距离d，fi[b]赋值 d。
[0086] (五)權皱地貌类型确定
[0087] 步骤51:加载同一投影坐标系下的DEM数据；
[008引步骤52:根据规则识别得到的權皱单元集合化Id=也I i = 0，l，2, . . .，q-l}，对于 權皱单元fi，找到属性[Id]为f i[ I化ist] [0]、fi[ I化ist] [ListCount/2巧日f i[ I化ist] [Li S tCount-1 ]的地层对象点Sglef t、Sgcenter与Sgright，根据地层对象点的[Gravi ty ]属性，从 栅格数据上获取高程分别为L、C和R;
[0089] 步骤53:若心〇0&3-〇0，则fi[Lan壯orm]赋值"Valley";反之，fi[Lan壯orm]赋 值"Mountain";
[0090] 步骤54: Wfi[Gravity]为中屯、点，Wfi[a]为长轴，Wfi[b]为短轴，Wfi[Trend]为 旋转角度，绘制楠圆表示權皱地貌单元，得到權皱地貌类型图层化IdLan壯ormLayer。
[0091 ]实施例
[0092] 下面结合附图并通过描述一个基于地形地质信息自动识别權皱地貌类型并提取 地貌单元的实例，来进一步说明本发明的效果。本实例选择1:50000的庐山地区的地质体面 图层和DEM图层，如图3所示。
[0093] 具体实施过程如下：
[0094] (一)数据预处理
[00M]步骤11:加载Shp格式的地质体面图层数据"地质分区"，读取地层面要素读入集合 化iS={osi|i = l，2，. . .，137}，本实施例中共包含138个地层面要素；
[0096] 步骤12:加载的"地质分区"图层基本参数为：宽13034m，高9930m，图幅区域为点集 {(399008.2,3271576.7),(412171.3,3271576.7),(412171.3,3281630.9),(399008.2， 3281630.9)}围成的矩形。识别条带宽带可W默认取值为图幅长度的1/100,也可W人工设 置，本实施例中设置取值为200m。设置化简和權皱匹配时的角度容限tolerance为15%
[0097] 步骤12:"地质分区"图层的属性表中包括[Age巧日[Trend]两个字段，W面要素 OS27 和面要素 OS104为例，OS27自带属性包括OS27[Age]为"Z_ll~3"，0327[化611(1]为巧1" ,OS104自带 属性包括〇si〇4[Age]为"Z_l 1 ~ r，osi〇4[Trend]为"47"。通过计算，对其部分属性进行赋值如 下：
[009引
[0099]步骤13:在加载的"地层年代序列表"中0S27[Age]对应条目node3,〇si〇4[Age]对应 条目nodei，对OSi部分属性赋值如下：
[0100]
[0101] (二)识别条带的提取
[0102] 步骤21:获取化iS中每个面要素 OSi的邻接地层要素集合化iSi，W要素 OS27和要素 OSio日为例，要素 OS27的邻接地层要素集合化iS27有4个要素，面要素 OS104的邻接地层要素集 合化iSi〇4有4个要素，如图4所示。各个邻接地层要素的属性W及对应在"地层年代序列表" 的条目的分别如下：
[0103]
[0104] 则依据[state化g]属性，将面要素 OS116和OS134从化iS27中移除，将面要素 OS116从 化iSl〇4中移除；
[0105] 步骤22:根据规则选取核部地层，W面要素 OS27和OSlM为例，规则判别如下：
[0106] 1)因 0S27[StateTag]为"Keep"，对集合NeiS27进行判断：面要素 OS27对应的node [1(1]为3，化1527中的面要素〇31日日其]10(1日[1(1]为2小于0327，而面要素〇323其110(1日[1(1]为6大于 OS27，不满足规则;此外，NeiS27长度为2，不满足规则。因此，要素 OS27不是核部地层；
[0107] 2)因 osi〇4[Statehg]为"Keep"，对集合^iSiM进行判断：面要素 OS104对应的node [1(1]为1，化151日4中的面要素〇31日日、03129和〇313日对应的110(1日[1(1]分别为2、1和2，都大于或完 全等于OSl日4，满足规则。因此，要素 OSlM满足核部地层选取原则，加入核部地层面要素集合 CorS;
[0108] 对所有属性[state化g]为"Keep"的地层OSi进行规则判别，得到核部地层要素集 合 CorS= ksi |1 = 0，1，2，...，40}，其中 CS3 日即为 OS104;
[0109] 步骤23:按照属性对核部地层要素集合CorS中的所有核部地层面要素绘制剖面 线，得到其裁剪面要素集合Cu巧={： CPl 11 = 0，1，2，. . .，40}。W核部地层CS3日为例，在CS35的 重屯、点(402597.7,3277015.0)处，沿着133°方向绘制直线，与图幅边界相交，得到直线sl35< (399008.2,3280248.602) ,(408616.3,3271576.7)〉。沿直线W200m为宽，做缓冲区，得到裁 剪面CP3日，根据核部地层要素 CS3日的属性[Id巧日[lYend]给裁剪面CP3日赋值，CP3日[SourceC引 为''10车'，。口3日[〔5化611(1]为''4沪；
[0110] 步骤24:用裁剪面要素集合Cu巧中的41个面要素与原始地层面要素化iS中的138 个面要素分别进行求交，得到场景地层面要素集合SceS= {SSk I k = 0，1，2，. . .，839}，绘制 图层如图5所示。W裁剪面CP3日为例，其与12个原始地层面要素 OS〇、OS89、〇S90、〇S96、〇S1〇3、 OS1〇4、〇S1日日、03123、〇3124、〇312日、〇3129和〇313日相交，求交并进行拆分多部件要素后得到16个场 景地层面要素[SS722 ,SS723 ,SS724 ,SS725 ,SS726 ,SS727 ,SS728 ,SS729 ,SS730 ,SS731,SS732 ,SS733， SS734，SS73 已，SS736，SS737};
[0111] 步骤25:对SceS内的所有要素属性进行赋值，如面要素 SS722为CP35与OSQ相交得到 於(，则其届化m击化*n 了.
[0112]
[0113] (S)识别结构建模与化简
[0114]步骤 31:根据面要素集合 SceS={ssi| i = 0，l，2,. . .，839}中要素的 ssk[Gravity] 属性绘制点图层，得到地层对象点集SceG={sgi| i = 0，l，2,. . .，839}。对象点S阱继承场景 面要素 SSk的所有属性；
[0115] 步骤32:对于同一识别条带内邻接的地层面要素 SSi与需要连接对应的 对象点Sgi与Sgj。W要素 SS721、SS722、SS723、和SS724为例（如图6所示），依据规则进行如下判 断：
[0116] 1)如面要素 SS721 与 SS722 , ss72i[Sou;rceCS]与 ss722 [Sou;rceCS]不相等，贝 不符合条 件；
[0117] 2)如面要素 SS722与SS723满足SS722[S0U；rceCS] = SS723[S0U；rceCS]，且面要素 SS722与 8 3723有重合边界点，则连接对象点8邑722与3邑723，得到线1'1 730<3邑722 [6扣￥；[17],3邑723 [Gravity]〉；
[0118] 3)如面要素 SS722与SS724满足SS722[S0U；rceCS] = SS724[S0U；rceCS]，但面要素 SS722与 SS724没有重合的边界点，则不符合条件；
[0119] 步骤33:完成对SceS的遍历，绘制线图层，得到关系线集合RelL = {rlk I k = 0,1， 2, . . .，847}，共有847对在识别场景条带中邻接的地层对象，线要素代表对象间的关系。对 关系线要素 rlk的属性进行赋值，W属性[SourceCS]为104的地层对象为例，其属性如下表：
[0120]
[0121]
[0122]
[0123] 结合对象与关系的图层与属性信息，完成"地质分区"图层中识别场景条带上邻接 关系属性模型的构建，点线图层如图7所示；
[0124] 步骤34:基于地层对象点集合SceG和关系线集合RelL构建无向邻接集合SimAList = {sali|i = 0，l，2，. . .，839}，集合sali中存储对象Sgi邻接的对象的属性[Id]序列。W上 述表所示的对象与关系为例，可得到：
[0125] sal722 ={723,725,732}；sal723 ={722,731}；
[0126] sal724={732,733,7：M};sal725 ={722,732};
[0127] sal726={735,737};sal727={728,737};
[012 引 sal728={727,731};sal729={732};
[0129] sal73〇={733}；sal73i={723,728}；
[0130] sal732 ={722,724,725,729}；sal733 ={724,730}；
[0131 ] sal734= {724};sal735 = {726,738};
[0132] sal736= {735};sal737= {726};
[0133] 步骤35:借助无向邻接集合，根据条件对对象点集进行化简，得到的化简后地层对 象点集SimSG= {ssgg I g = 0，1，2，. . .，369}。W [SourceCS]为104的条带为例，对其邻接关系 属性模型进行化简后，得到化简后对象点属性如下：
[0134]
[0135] 基于表数据绘制化简后的地层对象点图层；
[0136] 步骤36:化简后的示例无向邻接集合展示如下：
[0137] sal722 ={725,728}; sal723 ={} ;sal724={};
[013 引 sal725 ={722};sal726={735,737};sal727={728,737};
[0139] sal728={722,727} ;sal729={} ;sal73〇={};
[0140] Sal731={} ；Sal732 ={} ；Sal733 ={}；
[0141] sal734= {};sal735 = {726,736};sal736= {735};
[0142] sal737={726}；
[0143] 步骤37:根据删改后的无向邻接集合绘制化简后的线图层，得到关系线要素集合 Sim化={srlk I k = 0，1，2，. . .，307}。如邻接集合sal722，包含元素"725"和"72沪。则连接对 象点sg722与Sg728得到关系线31'126日，连接对象点3旨722与3旨727得到关系线31'1261，再如步骤33 重新赋值属性。示例条带化简后的对象间关系如下表所示，其中关系线Srl255表示的为化简 后新增的关系：
[0144]
[0145] 化简后的邻接关系属性模型点线图层如图8所示；
[0146] (四）權皱构造模式匹配
[0147] 步骤41:基于化简后的地层对象点集SimSG= {ssgj I J = O，1，2,...，369}与关系线 集SimRL={srlk|k = 0，l，2,. . .，307}，进行權皱构造识另Ij。通过查找ssgj[Sou;rceCS] = ssgj [Sourceld]的对象点获取核部地层对象点加入点集CorG,得到核部地层对象点集CorG = kgi I i = 0,1，2，. ..，40}，并创建对应的權皱对象集合 OriFold= Iofil i = 0，l，2，. ..，40}。 W上述表所示的对象为例，其中，对象点ssg3i6满足[SourceCS]属性与[SourceId]属性相 等，Cg3日即为SSg316，建立对应的權皱对象of 35 ;
[0148] 步骤42:将每个核部地层对象点Cgi的信息加入对应的權皱对象Ofi中，对属性Ofi [SourceCS]赋值Cgi[SourceCS];Ofi[I化ist]中添加 Cgi[Id]。W上述表所示的对象与关系 为例，核部地层对象点为Cg3日，根据Cg3日的属性[SourceCS]和[Id]给Of 3日赋值，Of 35 [SourceCS]赋值 104，Of 35 [ I 化i St ]数组中添加 727;
[0149] 步骤43:遍历化简后地层对象点集SimSG与关系线集SimRL,将规则匹配的權皱对 象记录存放进化iFold集合中，W上述表所示的对象与关系为例，将Cg35的[Id]属性赋值给 索引编号"Lefts"与"Rights"，LeftS = 727，Ri曲ts = 727。基于此进行递归判断如下：
[01 加]1)存在关系Sr 1264,满足 Sr l264[ Start Id] = LeftS,存在关系Sr 126 日，满足 Sr 1265声 srl264,且 srl26 己[Startid] =Ri 邑 htS;
[0151 ] 2)s;rl264[TimeDis]与 s;rl265[TimeDis]相等，都为 1;
[0152] 3) I s;rl264[AzimuthAng]-s;rl265 [AzimuthAng] 1=179.68, |179.68-180 I = 0.32< 15;
[0153] 4)则关系srl264与srl2化满足背斜规则集，of3日[化IdType]赋值"Anticline";将 S；rl264[EndId]与31'126日[6]1(11(1]分别插入(^3日[1化131：]的第一个位置和最后一个位置，得到 Of35[IdList] = {728，727，737};将728和737分别赋值给索引编号"Lefts"与啼i曲ts"，继续 判别；
[0154] 5)存在关系Sr 1261，满足 Sr 1261 [Start Id] = LeftS,存在关系Sr 1263 ,满足 Sr 1263声 srl26i，且 srl263[StartId] =RightS;
[01 巧]6)s;rl26i[TimeDis] = 2，s;rl263 [TimeDis] = 1，两者不相等，不满足判别规则，退出 判别；
[0156] 基于每个Cgi重复规则判别，修改權皱对象Ofi的属性；
[0160]步骤45:对權皱单元fi的重复部分进行处理，示例權皱单元f 5与f7的对象范围修改 如下：
[0157] 步骤44:对于初始的再找对象集合化iFold = {ofi I i = 0，1，2，. . .，40}中的每个權 皱对象Ofi要素，存在OfiUdList]的长度小于3,将Ofi从化iFold中移除，最终得到權皱单元 化ld={fi| i = 0，l，2,. . .，8}，分别对应属性[SourceCS]为：34、64、65、66、94、101、102、103 和104的识别场景条带。根据数组fi[I化ist]中的值查找属性与之相等的化简前地层对象 点Sgj,将sg.iKourceld]的值添加到fi[SIList]中，对權皱单元fi的属性赋值如下：
[015 引 [0159]
[0161]
[0162]步骤46:对權皱单元f I的其余属性赋值如下：
[0163；
[0164] (五)權皱地貌类型确定
[0165] 步骤51:若未加载栅格数据，贝阳日载高程栅格数据"lushanDEM.bgd";
[0166] 步骤52 :对于權皱单元f i，找到属性[Id ]为f i [ IdLi St ] [ 0 ]、f i [ IdLi St ] [ListCount/2巧日fi[ I化ist] [ListCount-I ]的地层对象点，根据其[Gravity]属性，从栅格 数据上获取高程分别为L、C和R。对于示例權皱单元fs，分别获取对象点Sg727、Sg728与sg737的 高程为 L、C和R。则，L = 321.1m，C = 409.2m，R = 730.3m;
[0167] 步骤 53:L、C和R不满足kC>0&R-C>0,则fs[Lan 壯 orm]赋值"Mountain";
[016引步骤54: Wfi[Gravity]为中屯、点，fi[a]为长轴，fi[b]为短轴，fi[Trend]为旋转角 度，绘制楠圆表示權皱地貌单元。W權皱单元fs为例，在点（402538.610，3277066.956)处， W10900.1 m为长轴，1235m为短轴，逆时针旋转43°，得到代表權皱单元fs的地貌单元。基于 所有權皱单元fi的属性绘制地貌单元，得到權皱地貌类型图层，如图9所示。
【主权项】
1. 一种褶皱地貌类型的自动化识别方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 根据核部地层与横切剖面线提取原则，提取可能存在褶皱的场景条带； 2) 基于邻接属性关系图建模方法，对场景条带进行场景空间结构的建模与化简； 3) 通过判别化简后的邻接属性关系模型能否由对应的褶皱规则推导而来，实现针对不 同褶皱构造模式的匹配识别； 4) 基于识别出的褶皱场景进行山和谷形态的进一步判别，最终确定褶皱构造地貌类 型，粗略划定褶皱地貌单元。2. 根据权利要求1所述的一种褶皱地貌类型的自动化识别方法，其特征在于，该方法的 具体实现过程为： (一) 数据预处理 步骤11:加载shp格式的地质面图层数据，得到所有地层面要素集合OriS= {〇Sl | i = 0， 1，2，···，η-1}，n为地层面要素的个数，面要素osi的属性包括原地层编号[Sourceld]、地层 年代[Age]、走向[Tend]、重心点坐标[Gravity]、岩类[RockType]、出露面积[Area]和出露 长度[Length]; 步骤12:对面要素〇Si的属性赋值:要求地层年代[Age]属性不为空，走向[Tend]属性为 极坐标方位角;若面要素osi属性不完整，对其进行补充;其中，岩类[RockType]属性结合事 先生成的XML格式的地层年代序列表进行赋值，并根据需要标记为化简地层与保留地层两 种状态； (二) 识别条带的提取 步骤21:获取集合OriS= {osi | i = 0,1，2，···，n-l}中每个面要素osi的邻接地层面要素 集合NeiSi，并从集合NeiSi中移除状态标记为化简地层的元素，得到面要素〇Sl的邻接地层 面要素集合NeiSi={n Sij| j = 0，l，2,为素集合NeiSi中状态为保留地层的元素 数量； 步骤22:对于状态为保留地层的面要素〇Sl，判断其邻接地层面要素集合如151是否满足 以下条件：若满足以上任一条件，则判定面要素〇Sl为核部地层，将其加入核部地层要素集合CorS = {csj | j = 0，l，2，'"，p-l}，p为查找到的核部地层的数量； 步骤23:针对每个核部地层要素csj，过其重心点坐标[Gravity]垂直于走向[Tend]做缓 冲区，得到裁剪面要素集合CutP= {cpj | j = 0，1，2，…，p-1};裁剪面cpj记录属性包括核部地 层编号[SourceCS]和核部地层走向[CSTrend]; 步骤24:用裁剪面要素集合CutP对集合OriS进行裁剪，得到场景地层面要素集合SceS ={SSk | k = 0，1，2，…，s-1}，s为识别条带上地层对象的数量；由裁剪面吼与面要素〇Sl裁剪 得到的面要素ssk，其出露面积[Area]、出露长度[Length]和重心点坐标[Gravity]重新计 算，编号[id]属性赋值为k，其余属性继承自裁剪面cpj与面要素osi; (三) 识别结构建模与化简 步骤31:由上一步获得地层面要素集合，根据面要素ssk的重心点坐标[Gravity]属性新 建点，得到地层对象点集3(^6={5^|1 = 0，1，2，~，8-1}，对象点吨1继承面要素8灿的所有 属性； 步骤32:针对对象点集，基于邻接属性关系图的方式建模，对满足空间拓扑关系为邻接 的地层对象间建立空间方位关系与时间距离关系，并绘制线要素，得到关系集合RelL = {rlk|k = 0，l，2，-_，t-l}，t为条带上的邻接关系数量；关系属性记录为：起点对象Id [Startld]、终点对象Id[EndId]、空间方位关系[AzimuthAng]和时间距离关系[TimeDis]， 定义[Start Id]为较老的地层对象的编号，[Endld]为较新的地层对象的编号， [AzimuthAng]为起点对象指向终点对象的方位角，[TimeDis]为邻接对象在地层年代序列 表中对应节点的[Id]值的差值的绝对值； 步骤33:根据关系集合RelL建立无向邻接集合SimAList = {sali | i=0,1，2,…，s-1};集 合sa 1 i代表属性[I d ]值为i的对象点所邻接的对象点的[I d ]值集合； 步骤34:遍历判断对象点sgi的原地层编号[Sourceld]与核部地层编号[SourceCS]属性 是否相等，若不相等，则进行化简判断； 步骤35:遍历无向邻接集合SimAList，对于化简后状态为化简地层的对象点sgi，清空集 合sah使其长度为0,并将其[Id]值从其他集合中移除;对于状态为保留地层的对象点sgi， 若集合sah的长度大于2,则保留与对象点s gl形成的方位角最接近垂直于核部地层走向 [CSTrend]的两个对象，将其它对象的[Id]值从集合sah中移除； 步骤36:由修改后的无向邻接集合SimAList得到化简后点集SimSG= {ssgj | j = 0,1， 2, . . .，c-l}和化简后的关系集合SimRL= {srlk| k = 0,1，2,…，r-1}，其中，c为化简后保留 的地层要素的数量，r为化简后的邻接关系数量； (四） 褶皱构造模式匹配 步骤41:创建集合OriFold= {ofi | i = 0，1，2，…，p-l}存放初始裙皱对象，其数量与核部 地层对象数量相等;褶皱判别对象oh的属性继承自核部地层对象cgl，并新增属性如下:褶 皱地层的编号数组[IdList]、褶皱原始地层的编号数组[SIList]、褶皱单元长轴[a]、褶皱 单元短轴[b]、裙皱类型[FoldType]、地貌类型[Landform]; 步骤42:基于化简后的点集SimSG与关系集合SimRL，进行褶皱构造识别；先获取化简后 的核部地层点集合CorG = {cgi | i = 0，1，2，…，p-1}; -个cgi对应一个裙皱判别对象ofi; 步骤43:判别关系集合SimRL中是否递归存在关系srla与关系srlb总满足背斜规则集或 向斜规则集； 步骤44:对于规则匹配的裙皱判别对象ofi，将其加入裙皱单元集合Fold= {fi | i = 0，l， 2，…，q-1 }，q为符合裙皱规则的裙皱单元数量。对裙皱单元fi属性赋值：裙皱类型 [FoldType]取决于其匹配的规则集，褶皱地层的编号数组[IdList]记录组成褶皱的对象点 编号，褶皱原始地层的编号数组[SIList]记录组成褶皱的原始地层编号，其余属性继承自 对应的核部地层对象； 步骤45:对集合Fold中两两褶皱的重复部分进行舍取，根据去重复后的褶皱单元h的范 围，对属性裙皱单元长轴[a ]和裙皱单元短轴[b ]进行赋值； (五) 褶皱地貌类型确定 步骤51:加载同一投影坐标系下的DEM数据； 步骤52:对于元素fi，从栅格数据上获取褶皱范围最左、核部与最右对象点的高程分别 为L、C和R; 步骤53:若L-C>0&R-C>0，则地貌类型为谷；反之，地貌类型为山；绘制椭圆表示褶皱 地貌单元。3. 根据权利要求2所述的一种褶皱地貌类型的自动化识别方法，其特征在于，步骤12 中，若面要素osi属性不完整，缺失的走向[Tend]属性通过计算面要素〇 Si多边形的走向来代 替。4. 根据权利要求2所述的一种褶皱地貌类型的自动化识别方法，其特征在于，步骤34 中，对对象点Sgi进行化简判断及处理的具体方案如下： 1) 对于地层对象点吨:与其邻接对象点sg』，其中j>i，若两者都为保留地层且地层年代 [Age]属性在地层年代序列表中编号[Id]相等，或两者都为化简地层，则对对象点sgi与sgj 进行如下的合并操作： a) 以对象点sgi与sgj的出露面积[Area ]属性为权重重新计算重心点坐标[Gravi ty ]，保 留对象点sgi的其他属性； b) 对象点sgj的状态标记为化简地层； c) 将集合salj整合到集合sali中，清空集合salj使其长度为0; 2) 若地层对象点sgl为化简地层，且其邻接地层对象中包含至少两个状态为保留地层的 对象点Sgu和Sgv，其中V>U: a) 若对象点sgu与sgv满足:①对象点sgu与sgv的地层年代[Age]属性在地层年代表序列 表中对应的节点的编号[I d ]相等，②对象点sgu指向sgv的方位角anguv或对象点sg v指向sgu 的方位角angvu，与对象点sgi的核部地层走向[CSTrend]差值小于容限，则执行步骤1)中的 a)至c)对对象点sg u与sgv进行合并操作； b) 若对象点sgu与sgv满足:①在对象点sgu指向对象点sgv的方位角ang uv的角度阈值与 对象点sgv指向对象点sgu的方位角ang vu的角度阈值范围内不存在其他状态为保留地层的 对象，②对象点sgu与sgv不是邻接对象，则将对象点sg v的[Id]值从集合sali中移除并加入 集合salu，将对象点sgu的[Id]值从集合sali中移除并加入集合sal v; 3) 不再出现以上情况，则清空集合sah使其长度为0。5. 根据权利要求1所述的一种褶皱地貌类型的自动化识别方法，其特征在于，步骤43 中，背斜规则集如下：向斜规则集如下：其中，索引编号Lefts与Rights分别为当前往左方向与右方向上满足规则的关系的终 点对象的编号，以及将要查找的关系的起点对象的编号[Id]; tolerance为角度容限。
【文档编号】G06F17/30GK105956066SQ201610274175
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】李安波, 陈楹, 姚蒙蒙
【申请人】南京师范大学