线状工程三维地质建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种线状工程三维地质建模方法，由于工程地质条件的复杂性、认知程度的局限性，导致三维地质建模的方法和技术尚不成熟。既有的三维地质建模商业软件大多是针对油藏、矿山等行业，针对线状工程特点的寥寥无几，且人机交互的工作量较大，无法满足大规模的工程应用需要。针对线状工程勘察设计的特点，本发明主要包括纵断面段落、横纵断面段落及特殊地质结构(断层等)的三维地质建模方法。先成感兴区域实体，再建立地质界面模型，通过布尔运算分割成地质体，避免了用面封闭成体可能遇到的各种拓扑难题，且模型为实体，有利于后期仿真、设计、工程量计算；针对性强，人机交互量工作量小，模型可操控性强，满足大规模应用需求。
【专利说明】
线状工程三维地质建模方法
技术领域
[0001]本发明涉及地质建模技术领域，特别是涉及一种线状工程三维地质建模方法。
【背景技术】
[0002]三维地质建模是运用计算机技术，在三维环境下，将地质信息与可视化工具结合，用于地质研究的技术。三维地质建模可采用基于钻孔离散地层点的建模方法、基于地质剖面的建模方法、基于层面点云的建模方法等构建三维地质模型。但在工程应用方面，受到一定程度的制约，主要表现为:
[0003]—方面，工程地质条件的复杂性，认知程度的局限性。地质体在建造演化过程中形成极其复杂的几何形态和拓扑关系，而因为工程特性的差异又被人为的划分为各种地层，使其更具复杂性、不连续性及不确定性;现有的勘察技术手段只能获取有限的地质信息，难以准确地、全面地揭示工程范围内的地质条件，需要地质工程师根据自身的经验来推断与解译；
[0004]另一方面，可视化工具的局限性。工程地质条件的复杂性、认知程度的局限性导致三维地质建模的方法和技术尚不成熟，空间拓扑关系的处理方法、多源地质信息的融合技术、特殊地质现象的表现形式等问题亟待解决。既有的三维地质建模商业软件大多是针对油藏、矿山等行业，针对线状工程特点的寥寥无几，且人工交互的工作量较大，无法满足大规模的工程应用需要。
【发明内容】
[0005]本发明的发明目的是:针对线状工程的特点，发明了满足工程设计精度的三维地质建模方法。线状工程勘察设计的特点:采用以钻探、原位测试(静力触探、动力触探、标准贯入试验等)为主，调绘、物探、简易勘探等手段为辅的综合勘探方法，主要沿线路方向进行纵断面勘察，辅以一定量的横断面勘察，查明线状工程场地的工程地质条件，设计专业以纵断面、横断面等为基础进行施工图设计。鉴于此，结合线状工程勘察设计的特点，在三维地质建模时将工程分为纵断面段落和横纵断面段落。纵断面段落只含纵断面勘察，主要采用结合地形曲面的等厚推演或水平推演法建模，横纵断面段落同时含纵断面和横断面勘察，主要采用交叉剖面展平投影法建模；同时，针对特殊地质结构-断层，建立基于点-产状、平剖面、点云的断层模型。建模过程中结合调绘、物探等信息，在人机交互的基础上，实现模型的快速重构。。
[0006]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
[0007]—种线状工程三维地质建模方法，包括如下步骤:
[0008]步骤101、基础数据准备;具体为:通过电子纵断面、电子横断面、工程地质平面图、工程地质资料数据备份库、数字化纸质断面得到各地质界面线;其中，所述各地层界面线由数据点组成，该各地层界面线包含数据点三维坐标(X，y，z)、数据线拓扑属性信息；同时，准备地形曲面及平面线位中线；
[0009]步骤102、感兴区域建模;具体为:搜索所有基础数据中的数据点，找出坐标X或y最小和最大的点口0；[111:_111；[11、口0；[111:_1]1&叉，以及2最小的值2_111；[11;以点point_min，point_max依次为起点、终点，平面线位中线为基准向左右分别扩展30?80m，进而形成xy平面上的感兴区域，以ZJiiin所处高程水平面、地形曲面为底板、顶板，封闭成感兴区域实体；
[0010]步骤103、地质界面建模:具体为:以地质界面线为单位，数据点为元素进行推演，推演得到的点线继承基础数据点的属性，与基础数据点线一起形成地质界面；
[0011]步骤104、特殊地质结构建模;包括下列三种类型:A，以特殊地质结构的一个已知点和其产状成面;B，以特殊地质结构的平面展布线为断面，以纵断面展布线为引导线，扫略成面;C，以物探成果获取的点云直接成面；
[0012]步骤105、布尔运算成体;具体为:将地质界面和特殊地质结构面赋予一定的厚度thickness_DC，形成厚曲面体;以厚曲面体为本体，与感兴区域实体布尔交形成感兴区域内厚曲面体，该体继承地质界面的地层属性；以感兴区域实体为本体，与厚曲面体进行布尔减操作，将感兴区域实体分割成若干个地质体；
[0013]步骤106、地质体赋属性;具体为:
[0014]I)统计布尔运算生成的地质体个数，获取某一地质体下表面上任意点A，测量点A和已建好的所有地质界面的最小距离disdance_min，及对应最小距离的点B ；
[0015]2)若有且只有一个地质界面满足最小距离disdance_min彡厚度thickness_DC、且点B的高程Hb小于A点Ha的高程的条件，则将该地质界面的地层属性赋予地质体；
[0016]若同时存在2个以上地质界面满足最小距离disdance_min彡厚度thickness_DC、且点B的高程Hb小于A点Ha的高程的条件，将点A沿线路方向向前或向后移动5?20m，重复I)过程，即获得满足条件的地质界面；
[0017]3)循环所有地质体，重复I)、2)过程，将所有地质体赋予属性；
[0018]步骤107、获得线状工程三维地质模型。
[0019]进一步:所述特殊地质结构为断层。
[0020]进一步:所述步骤103中的推演具体包括:纵断面段落的推演和横纵断面段落的推演。
[0021]本发明具有的优点和积极效果是:
[0022](I)本发明针对线状工程勘察设计特点，将其分为纵断面段落、横纵断面段落及特殊地质结构，采用不同的推演方法建立地质界面，进而构建三维地质模型，针对性强，弥补了行业空白。
[0023](2)本发明人机交互量工作量小，模型可操控性强，且能实现模型的快速重构，有利于工程应用，满足线状工程勘察设计大规模应用需求。
[0024](3)本发明先成感兴区域实体，再建立地质界面模型，通过布尔运算分割成地质体，避免了用面封闭成体可能遇到的各种拓扑难题，且模型为实体，有利于后期仿真、设计、
工程量计算。
【附图说明】
[0025]图1是本发明优选实施例的流程图；
[0026]图2是本发明优选实施例的横纵断面布置示意图。
[0027]其中:1、线位中线;2、钻孔。
【具体实施方式】
[0028]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0029]请参阅图1和图2，一种线状工程三维地质建模方法，包括如下步骤:
[0030]S1:基础数据准备；
[0031]各地质界面线可以通过电子纵(横)断面、工程地质平面图、工程地质资料数据备份库、数字化纸质断面等方法得到。各地层界面线由数据点组成，包含数据点三维坐标(X，y，z)、数据线拓扑属性信息(地层属性信息:层号、地质年代、地质成因、地层名称、风化程度等)O
[0032]此外，需要地形曲面及平面线位中线。
[0033]S2:感兴区域建模
[0034]即建模区域，搜索所有基础数据中的数据点，找出坐标X或y最小和最大的点point_min、point_max，以及z最小的值z_min;以点point_min，point_max为起点、终点，平面线位中线为基准向左右扩展30?80m形成xy平面上的感兴区域，以z_min所处高程水平面、地形曲面为底板、顶板，封闭成感兴区域实体。
[0035]S3:地质界面建模
[0036]以地质界面线为单位，数据点为元素进行推演，推演得到的点线继承基础数据点的属性，与基础数据点线一起形成地质界面。获取推演点线的方法如下。
[0037]I)对于纵断面段落:
[0038]纵断面一般沿线位中线I方向布置，结合地形曲面的等厚推演或水平推演法建模，具体方法如下。
[0039]等厚推演:以数据点元素为基准，平面线位中线在该数据点元素处的法线为方向，向左右两侧每隔一定距离(diSdance_TY)生成一个点，并使得该点与地形曲面的距离(沿z方向)和基准点保持一致。
[0040]水平推演:以数据点元素为基准，平面线位中线在该数据点元素处的法线为方向，向左右两侧每隔一定距离(disdance_TY)生成一个点。
[0041 ] 距离(disdance_TY)和推演点的组数(NTeam_TY)可根据需要调整。
[0042]2)对于横纵断面段落:
[0043]横纵断面布置示意图如附图2。钻孔2位于纵断面Z-Z’上;纵断面一般沿线位中线I方向布置，横断面Z-Z’一般沿线位中线I垂线方向布置，纵、横断面交割成的区域主要有ABED、BCFE两种类型，采用交叉剖面展平投影法建模，具体方法如下。
[0044]对于ABED类型:ABE段的地质界面线已知，DE段未知;将折面ABE展平，将ABE展平面上的地质界面线按比例投影到DE展平面上，通过一定的转换方法得到的折面DE上的地质界面线及数据点(即推演点)，并继承原地质界面线属性。
[0045]对于BCFE类型:EBCF段的地质界面线已知，EF段未知;将折面EBCF展平，将EBCF展平面上的地质界面线按比例投影到EF面上，通过一定的转换方法得到的EF面上的地质界面线及数据点(即推演点)，并继承原地质界面线属性。
[0046]S4:特殊地质结构(断层等)建模
[0047]可采用三种方式建模，一，以特殊地质结构的一个已知点和其产状成面;二，以特殊地质结构的平面展布线为断面，以纵断面展布线为引导线，扫略成面;二，以物探等成果获取的点云直接成面。
[0048]S5:布尔运算成体
[0049]将地质界面和特殊地质结构面赋予一定的厚度(thickness_DC)，形成厚曲面体。以厚曲面体为本体，与感兴区域实体布尔交形成感兴区域内厚曲面体，该体继承地质界面的地层属性；以感兴区域实体为本体，与厚曲面体进行布尔减操作，将感兴区域实体分割成若干个地质体。
[0050]S6:地质体赋属性
[0051](I)统计布尔运算生成的地质体个数，获取某一地质体下表面上任意点A，测量点A和已建好的所有地质界面的最小距离(disdance_min)，及对应最小距离的点B;
[0052](2)若有且只有一个地质界面满足disdance_min<thickness_DC、且点B的高程(Hb)小于A点(Ha)的高程的条件，则将该地质界面的地层属性赋予地质体；
[0053]若同时存在2个以上地质界面满足上述条件，将点A沿线路方向向前或向后移动5?20m，重复(I)过程，即可获得满足条件的地质界面；
[0054](3)循环所有地质体，重复(I)、(2)过程，可将所有地质体赋予属性。
[0055]S7:获得线状工程三维地质模型。
[0056]以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。比如仅对标识的形状、色彩进行改变。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1.一种线状工程三维地质建模方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤101、基础数据准备;具体为:通过电子纵断面、电子横断面、工程地质平面图、工程地质资料数据备份库、数字化纸质断面得到各地质界面线;其中，所述各地层界面线由数据点组成，该各地层界面线包含数据点三维坐标(X，y，z)、数据线拓扑属性信息；同时，准备地形曲面及平面线位中线； 步骤102、感兴区域建模;具体为:搜索所有基础数据中的数据点，找出坐标X或y最小和最大的点口0；[111:_111；[11、口0；[111:_11^，以及2最小的值2_111；[11;以点point_min，point_max依次为起点、终点，平面线位中线为基准向左右分别扩展30?80m，进而形成xy平面上的感兴区域，以ZJiiin所处高程水平面、地形曲面为底板、顶板，封闭成感兴区域实体； 步骤103、地质界面建模:具体为:以地质界面线为单位，数据点为元素进行推演，推演得到的点线继承基础数据点的属性，与基础数据点线一起形成地质界面； 步骤104、特殊地质结构建模;包括下列三种类型:A，以特殊地质结构的一个已知点和其产状成面;B，以特殊地质结构的平面展布线为断面，以纵断面展布线为引导线，扫略成面;C，以物探成果获取的点云直接成面； 步骤105、布尔运算成体；具体为:将地质界面和特殊地质结构面赋予一定的厚度thickness_DC，形成厚曲面体;以厚曲面体为本体，与感兴区域实体布尔交形成感兴区域内厚曲面体，该体继承地质界面的地层属性；以感兴区域实体为本体，与厚曲面体进行布尔减操作，将感兴区域实体分割成若干个地质体； 步骤106、地质体赋属性;具体为: 1)统计布尔运算生成的地质体个数，获取某一地质体下表面上任意点A，测量点A和已建好的所有地质界面的最小距离disdance_min，及对应最小距离的点B; 2)若有且只有一个地质界面满足最小距离也8(^1106_111；[11<厚度1:11；[01^11688_0(]、且点13的高程Hb小于A点Ha的高程的条件，则将该地质界面的地层属性赋予地质体； 若同时存在2个以上地质界面满足最小距离disdance_min<厚度thickness_DC、且点B的高程Hb小于A点Ha的高程的条件，将点A沿线路方向向前或向后移动5?20m，重复I)过程，即获得满足条件的地质界面； 3)循环所有地质体，重复1)、2)过程，将所有地质体赋予属性； 步骤107、获得线状工程三维地质模型。2.根据权利要求1所述线状工程三维地质建模方法，其特征在于:所述特殊地质结构为断层。3.根据权利要求1所述线状工程三维地质建模方法，其特征在于:所述步骤103中的推演具体包括:纵断面段落的推演和横纵断面段落的推演。
【文档编号】G06T17/05GK105957146SQ201610284556
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】李红旭, 张利国, 陈则连, 张晨, 张戎垦
【申请人】铁道第三勘察设计院集团有限公司