一种基于自适应插值的广义三棱柱地质模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应插值的广义三棱柱地质模型构建方法，针对钻孔稀疏与高精度广义三棱柱地质模型要求的矛盾以及广义三棱柱体元模型与现有插值方法的融合问题，提供了一种基于现有广义三棱柱体元模型的自动化精细插值方法，从而实现输入原始钻孔，先构建广义三棱柱原始模型，根据设定的插值参数，然后通过研究的自动插值方法得到一个更精细化的广义三棱柱模型。的广义三棱柱模型。的广义三棱柱模型。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应插值的广义三棱柱地质模型构建方法


[0001]本专利技术属于三维地质模型
，具体涉及一种广义三棱柱地质模型自适应插值方法。

技术介绍

[0002]这些年，现代工业和经济社会快速发展，原材料和资源日趋紧张，人类地下开发活动逐步加剧，对地下空间信息化的需求也大幅增加。在中国西南地区大型水利水电工程的开发中，深厚覆盖层地质问题是在工程勘测和设计阶段需要重点研究的，需要通过构建大区域的三维地质模型以准确了解工程区域的地质三维几何构造，为工程的科学施工和管理提供信息化支撑；城市地下空间的开发也在加速，包括地铁、城市管廊和地下矿产，这些都需要随着发展实时快速构建和更新现有三维地质模型，可以为工程规划设计和施工管理提供三维的信息化支撑，因而针对地质、水利水电工程、矿山、水文、地下工程、地下水和城市等众多领域都需要对地下的地质结构进行精准的几何表达，一个真三维地质建模平台正在成为表达地下三维空间信息和展示数值分析模拟的平台。但是，由于地下钻孔采样费昂贵且分布稀疏，通常需要根据稀疏的钻孔数据来快速准确重构的地下三维模型，一种准确反映地质构造情况又支持快速更新模型的建模方法，就成为了解决这些问题的关键。
[0003]相对于用四面体、不规则三角网和栅格模型等体元模型的三维地质建模方法，广义三棱柱体元直接采用钻孔数据构建层状地质体三维地质模型，三棱柱体元保留了三个钻孔之间的内在联系，可以区分地层的顺层和穿层方向，而且也保留了地层层的基本几何元素，有更好的地质解释，这让广义三棱柱在三维地质建模方法中有着独特的优势，因而适合于需要快速简单，局部频繁更新和大区域的地质建模，因而近些年有很多广义三棱柱相关的研究和应用。但是由于广义三棱柱是直接根据钻孔数据的几何连接构建地质模型，这样模型的精度就取决于钻孔的稀疏程度，不能满足需要精细化地质模型的应用需求，而现在地质建模中常用地统计插值方法和几何插值方法是针对离散点插值，无法转换为钻孔源数据，不能直接在广义三棱柱体元模型中应用。这是目前制约广义三棱柱体元模型推广到实际工程应用中需要解决的难题，需要迫切研究。
[0004]广义三棱柱模型是体元模型的一种，专门为地质构造设计的，地质钻孔为棱边将地层进行三棱柱剖分，因钻孔经常斜歪，形成的三棱柱并不标准而称广义三棱柱，三棱柱的顶和底三角形分别位于地层的顶底两层面，广义三棱柱的棱边即为钻孔所在的线段。广义三棱柱具有方向性，可以区分地层的顺层和穿层方向，有更好的地质解释。
[0005]广义三棱柱体元购机三维地质模型的研究已有较多积累，技术也取得了较大发展，想要让广义三棱柱体元地质建模方式更具备普适性，目前直接基于广义三棱柱体院构建地质模型的精度取决于钻孔采样的分布精度，如果钻孔采样均匀密集，那模型几何变化很平缓，计算精度也高，但是当钻孔采样间距大、高程变化大时，直接利用广义三棱柱模型由于钻孔之间都是直线相连则变化剧烈，地层界面变化不平滑，无论是三维可视化效果还是进行空间分析，相比于结合地学插值的地质建模方法，降低了稀疏钻孔采样的适用情景，
不能满足实际应用的一些需求，实用价值大大降低。而广义三棱柱体元模型的源数据是整个钻孔，现有的插值方法都是基于离散点的，因而无法直接应用地统计插值方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于自适应插值的广义三棱柱地质模型构建方法解决了广义三棱柱地质模型在工程应用时钻孔数据稀疏，以致模型精度低的问题。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于自适应插值的广义三棱柱地质模型构建方法，包括以下步骤：
[0008]S1、构建基础的广义三棱柱地质模型；
[0009]S2、计算当前广义三棱柱地质模型的平滑度，并判断其是否满足设定精度要求；
[0010]若是，则进入步骤S3；
[0011]若否，则进入步骤S4；
[0012]S3、基于计算出的平滑度，采用自适应插值方法在广义三棱柱地质模型中各的广义三棱柱中进行虚拟钻孔插值，直到其满足插值停止阈值，并对当前广义三棱柱地质模型进行重构优化，进入步骤S4；
[0013]S4、完成广义三棱柱地质模型构建。
[0014]进一步地，所述步骤S1具体为：
[0015]S11、采集待建区域地质结构的原始数据；
[0016]所述原始数据包括钻孔数据、剖面数据、测验数据以及测量数据；
[0017]S12、根据采集的原始数据中钻孔数据的孔口坐标，构建一个限定Delaunay三角网；
[0018]S13、基于构建的限定Delaunay三角网，过向下扩展一个三角形得到一个广义三棱柱，在地质结构的每一层中构成一个三棱柱，进而得到广义三棱柱地质模型。
[0019]进一步地，所述步骤S13中的广义三棱柱地质模型为若干以钻孔作为三棱柱的棱边，孔口作为三角形的三个顶点的广义三棱柱，连接相邻广义三棱柱的钻孔形成的模型；
[0020]在构建所述广义三棱柱地质模型过程中，对于地质结构中断层面和缺失层边界处，设置虚拟钻孔；
[0021]所述广义三棱柱地质模型中划分有连续的插值单元。
[0022]进一步地，所述步骤S2中，广义三棱柱地质模型的平滑度是指当前广义三棱柱顶面区域在当前地层范围对于周围地层的起伏变化大小；
[0023]计算广义三棱柱地质模型的平滑度的方法具体为：
[0024]A1、计算广义三棱柱地质模型中每个广义三棱柱中顶面三角形的平滑度，得到单一广义三棱柱平滑度；
[0025]A2、按照地层结构，从上至下计算与单一广义三棱柱中三个相同钻孔构建的其他层中广义三棱柱的平滑度，将其中的最大值作为对应广义三棱柱的平滑度；
[0026]A3、按照步骤A1～A2中的方法计算出所有广义三棱柱的平滑度，完成广义三棱柱地质模型的平滑度计算。
[0027]进一步地，所述步骤A2中，广义三棱柱的平滑度N
top
‑
GTP
的计算公式为：
[0028]N
top
‑
GTP
＝max(N
vi
,1≤i≤3)
[0029]式中，N
vi
为当前广义三棱柱的法向曲率，i为广义三棱柱顶面三个点的序号；
[0030]所述三棱柱的法向曲率为高斯曲率，通过法向量平均法或Taubin方法进行面积加权求和的方法得到。
[0031]进一步地，所述步骤S3具体为：
[0032]S31、根据模型精度要求设置插值停止阈值；
[0033]S32、当当前广义三棱柱地质模型的虚拟钻孔插值未超过对应设定插值停止阈值时，确定需要进行虚拟钻孔插值的插值单元，并进行虚拟钻孔插值；
[0034]S33、在进行虚拟钻孔插值的插值单元内计算平滑度；
[0035]S34、重复步骤S32
‑
S33，直到满足插值停止阈值；
[0036]S35、对当前广义三棱柱地质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应插值的广义三棱柱地质模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建基础的广义三棱柱地质模型；S2、计算当前广义三棱柱地质模型的平滑度，并判断其是否满足设定精度要求；若是，则进入步骤S3；若否，则进入步骤S4；S3、基于计算出的平滑度，采用自适应插值方法在广义三棱柱地质模型中各的广义三棱柱中进行虚拟钻孔插值，直到其满足插值停止阈值，并对当前广义三棱柱地质模型进行重构优化，进入步骤S4；S4、完成广义三棱柱地质模型构建。2.根据权利要求1所述的基于自适应插值的广义三棱柱地质模型构建方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：S11、采集待建区域地质结构的原始数据；所述原始数据包括钻孔数据、剖面数据、测验数据以及测量数据；S12、根据采集的原始数据中钻孔数据的孔口坐标，构建一个限定Delaunay三角网；S13、基于构建的限定Delaunay三角网，过向下扩展一个三角形得到一个广义三棱柱，在地质结构的每一层中构成一个三棱柱，进而得到广义三棱柱地质模型。3.根据权利要求2所述的基于自适应插值的广义三棱柱地质模型构建方法，其特征在于，所述步骤S13中的广义三棱柱地质模型为若干以钻孔作为三棱柱的棱边，孔口作为三角形的三个顶点的广义三棱柱，连接相邻广义三棱柱的钻孔形成的模型；在构建所述广义三棱柱地质模型过程中，对于地质结构中断层面和缺失层边界处，设置虚拟钻孔；所述广义三棱柱地质模型中划分有连续的插值单元。4.根据权利要求2所述的基于自适应插值的广义三棱柱地质模型构建方法，其特征在于，所述步骤S2中，广义三棱柱地质模型的平滑度是指当前广义三棱柱顶面区域在当前地层范围对于周围地层的起伏变化大小；计算广义三棱柱地质模型的平滑度的方法具体为：A1、计算广义三棱柱地质模型中每个广义三棱柱中顶面三角形的平滑度，得到单一广义三棱柱平滑度；A2、按照地层结构，从上至下计算与单一广义三棱柱中三个相同钻孔构建的其他层中广义三棱柱的平滑度，将其中的最大值作为对应广义三棱柱的平滑度；A3、按照步骤A1～A2中的方法计算出所有广义三棱柱的平滑度，完成广义三棱柱地质模型的平滑度计算。5.根据权利要求4所述的基于自适应插值的广义三棱柱地质模型构建方法，其特征在于，所述步骤A2中，广义三棱柱的平滑度N
top
‑
GTP
的计算公式为：N
top
‑
GTP
＝max(N
vi
,1≤i≤3)式中，N
vi
为当前广义三棱柱的法向曲率，i为广...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙黎明，魏迎奇，杜臣昌，蔡红，谢定松，肖建章，李维朝，严俊，吴帅峰，宁智华，柯钦坚，王长鹏，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：