一种基岩断层面三维模型的自动构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基岩断层面三维模型的自动构建方法，具体包括步骤：首先，基于断层线矢量数据和基岩面DEM，提取基岩面断层剖面线；其次，基于基岩面断层剖面线和断层产状，推演断层面边界，并构建断层面模型；最后，为断层面模型绑定材质，生成基岩断层面三维模型。本发明专利技术实现了一种快速构建基岩断层面三维模型的方法。本发明专利技术与现有技术相比，既提高了基岩断层面的三维表达效果，又具有较高的自动化程度。

An automatic construction method of three-dimensional model of bedrock fault plane

【技术实现步骤摘要】
一种基岩断层面三维模型的自动构建方法
本专利技术涉及三维建模技术和地质学领域，尤其涉及一种基岩断层面三维模型的自动构建方法。
技术介绍
断层是岩层或岩体顺破裂面发生明显位移的构造，在地壳中广泛发育。地壳断块沿断层的突然运动是地震发生的主要原因，且在断层带上由于岩石破碎和易于风化侵蚀，而沿断层线常常发育沟谷、泉或湖泊。断层空间展布特征的准确直观表达，是地质空间表达的重要内容，对重大工程规划、地质灾害防治、地下空间开发等诸多应用具有重要的约束和指导意义。然而，在地质图中，以二维断层线的方式表达的断层信息，难以准确地表达断层面的三维空间展布特征。断层面是地壳受力发生断层而形成的岩石破裂面，通常呈面状展布。在三维地质建模研究与应用不断深入的今天，如何基于地质图中的断层线状分布信息和产状信息，研究实现三维断层面模型的自动构建，具有重要的研究意义和实用价值。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种基岩断层面三维模型的自动构建方法，自动化程度高。技术方案：本专利技术所述的基岩断层面三维模型的自动构建方法包括：(1)分别读取基岩断层线矢量数据和基岩面DEM到断层线集合F和基岩面DEM像元集合RE中；(2)从断层线集合F中读取任一断层线，并基于基岩面DEM像元集合RE，提取基岩面断层剖面线；(3)以基岩面断层剖面线为断层面上边界，基于断层产状信息推演断层面下边界，并基于断层面上边界和下边界构建基岩断层面模三维型；(4)根据预设颜色创建材质，完成与基岩断层面三维模型的绑定；(5)循环执行步骤(2)至(4)，完成基岩面DEM中所有基岩断层面三维模型的构建。进一步的，步骤(1)具体包括：(1-1)读取基岩断层线矢量数据到断层集合F＝{fi|i＝1,2,…,FN}；其中，fi表示第i个断层线，FN表示断层线数量；(1-2)读取基岩面DEM到基岩面DEM像元集合RE＝{rep,q|p＝1,2,…,PN,q＝1,2,…QN}；其中，rep,q表示基岩面DEM的第p行第q列的像元，PN为基岩面DEM的行数，QN为基岩DEM的列数。进一步的，步骤(2)具体包括：(2-1)从集合F中获取任一断层线fi，并取出断层线fi中所有折线段，获取每个折线段的两个端点，存入集合FE＝{(fek,1,fek,2)|k＝1,2,…,FPN}，fek,1,fek,2表示第k个折线段的两个端点，FPN为折线段数量；(2-2)创建一个空的三维点列FP；(2-3)基于基岩面像元集合RE，根据下列公式插值计算fek,1,fek,2的中间点坐标fpk(xk,yk,zk)，并将fpk存入点列FP：其中，k＝1,2,…,FPN，(xk,1,yk,1)为fek,1的坐标，(xk,2,yk,2)为fek,2的坐标，d为fek,1,fek,2间的距离，pk、qk分别为点fpk对应的基岩面DEM像元的行号、列号，为fpk对应的基岩面DEM像元值，(X,Y)为基岩面DEM的原点坐标，C为基岩面DEM的像元大小，为向下取整符号；(2-4)插值完成后的三维点列FP＝{fpk|k＝1,2,…,FPN}即为基岩面断层剖面线。进一步的，步骤(3)具体包括：(3-1)基于获取的断层线fi，根据下面公式计算断层面推演方向的单位向量其中，diri为fi的倾向，dipi为fi的倾角；(3-2)将基岩面断层剖面线作为断层面上边界，根据下式计算得到断层面下边界FL＝{flk|k＝1,2,…,FPN}；其中，D为预设断层面推演深度；(3-3)基于断层面上边界和断层面下边界，构建基岩断层面三维模型Si。进一步的，步骤(3-3)具体包括：(3-3-1)依次按照fpk、flk、fpk+1的顶点顺序，构建基岩断层面三维模型Si的正三角面片集合STL＝{stlk(fpk,flk,fpk+1)|k＝1,...,FPN-1}，其中，stlk(fpk,flk,fpk+1)表示由点fpk,flk,fpk+1形成的三角面，fpk、fpk+1表示断层面上边界中第k和第k+1个点，flk表示断层面下边界中第k个点；(3-3-2)依次按照flk+1,flk,fpk+1的顶点顺序，构建基岩断层面三维模型Si的倒三角面片集合STR＝{strk(flk+1,flk,fpk+1)|k＝1,...,FPN-1}，其中，strk(flk+1,flk,fpk+1)表示由点flk+1,flk,fpk+1形成的三角面；(3-3-3)将正三角面片集合STL和倒三角面片集合STR进行整合，得到基岩断层面三维模型Si。进一步的，步骤(4)具体包括：(4-1)基于三维建模软件，根据预设颜色创建材质ci；(4-2)将材质ci与基岩断层面三维模型Si绑定。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：本专利技术可以实现基岩断层面三维模型的自动构建，自动化程度高，三维效果好。附图说明图1是本实施例中采用的基岩面DEM和断层线数据；图2是本实施例中断层数据的属性表；图3是本专利技术提供的流程图；图4是本实施例中构建的西杨坊－东阳断层的断层面三维模型；图5是本实施例中构建的基岩断层面三维模型的仰视图；图6是本实施例中构建的基岩断层面三维模型的侧视图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案作进一步详细的说明，本实施例选取了南京市的基岩断层数据和基岩面DEM数据(像元大小为10米，如图1和图2)，该实验数据采用的投影坐标系为南京92坐标系。下面结合附图，并通过描述一个具体的实施例，来进一步说明。如图3所示，本实施例提供了一种基岩断层面三维模型的自动构建方法，具体包括如下步骤：(1)分别读取基岩断层线矢量数据和基岩面DEM到断层线集合F和基岩面DEM像元集合RE中。该步骤具体包括：(1-1)读取基岩断层线矢量数据到断层集合F＝{fi|i＝1,2,…,FN}；其中，fi表示第i个断层线，FN表示断层线数量；在本实施例中，FN＝14；(1-2)读取基岩面DEM到基岩面DEM像元集合RE＝{rep,q|p＝1,2,…,PN,q＝1,2,…QN}；其中，rep,q表示基岩面DEM的第p行第q列的像元，PN为基岩面DEM的行数，QN为基岩DEM的列数。在本实施例中，PN＝8313，QN＝15226。(2)从断层线集合F中读取任一断层线，并基于基岩面DEM像元集合RE，提取基岩面断层剖面线。该步骤具体包括：(2-1)从集合F中获取任一断层线fi，并取出断层线fi中所有折线段，获取每个折线段的两个端点，存入集合FE＝{(fek,1,fek,2)|k＝1,2,…,FPN}，fek,1,fek,2表示第k个折线段的两个端点，FPN为折线段数量；(2-2)创建一个空的三维点列FP；(2-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基岩断层面三维模型的自动构建方法，其特征在于该方法包括：/n(1)分别读取基岩断层线矢量数据和基岩面DEM到断层线集合F和基岩面DEM像元集合RE中；/n(2)从断层线集合F中读取任一断层线，并基于基岩面DEM像元集合RE，提取基岩面断层剖面线；/n(3)以基岩面断层剖面线为断层面上边界，基于断层产状信息推演断层面下边界，并基于断层面上边界和下边界构建基岩断层面模三维型；/n(4)根据预设颜色创建材质，完成与基岩断层面三维模型的绑定；/n(5)循环执行步骤(2)至(4)，完成基岩面DEM中所有基岩断层面三维模型的构建。/n

【技术特征摘要】
1.一种基岩断层面三维模型的自动构建方法，其特征在于该方法包括：
(1)分别读取基岩断层线矢量数据和基岩面DEM到断层线集合F和基岩面DEM像元集合RE中；
(2)从断层线集合F中读取任一断层线，并基于基岩面DEM像元集合RE，提取基岩面断层剖面线；
(3)以基岩面断层剖面线为断层面上边界，基于断层产状信息推演断层面下边界，并基于断层面上边界和下边界构建基岩断层面模三维型；
(4)根据预设颜色创建材质，完成与基岩断层面三维模型的绑定；
(5)循环执行步骤(2)至(4)，完成基岩面DEM中所有基岩断层面三维模型的构建。


2.根据权利要求1所述的基岩断层面三维模型的自动构建方法，其特征在于：步骤(1)具体包括：
(1-1)读取基岩断层线矢量数据到断层集合F＝{fi|i＝1,2,…,FN}；其中，fi表示第i个断层线，FN表示断层线数量；
(1-2)读取基岩面DEM到基岩面DEM像元集合RE＝{rep,q|p＝1,2,…,PN,q＝1,2,…QN}；其中，rep,q表示基岩面DEM的第p行第q列的像元，PN为基岩面DEM的行数，QN为基岩DEM的列数。


3.根据权利要求1所述的基岩断层面三维模型的自动构建方法，其特征在于：步骤(2)具体包括：
(2-1)从集合F中获取任一断层线fi，并取出断层线fi中所有折线段，获取每个折线段的两个端点，存入集合FE＝{(fek,1,fek,2)|k＝1,2,…,FPN}，fek,1,fek,2表示第k个折线段的两个端点，FPN为折线段数量；
(2-2)创建一个空的三维点列FP；
(2-3)基于基岩面像元集合RE，根据下列公式插值计算fek,1,fek,2的中间点坐标fpk(xk,yk,zk)，并将fpk存入点列FP：



其中，k＝1,2,…,FPN，(xk,1,yk,1)为fek,1的坐标，(xk,2,yk,2)为fek,2的坐标，d为fek,1,fek,2间的距离，pk、qk分别为点fpk对应的基岩面DEM像元的行号、列号，为fpk对应的基岩面DEM像元值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李安波，徐诗宇，董甜甜，闾国年，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32