一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法技术

本发明专利技术公开了一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法，属于三维地质建模技术领域，包含以下步骤：步骤1、地层高程相关距离计算；步骤2、地层相关距离分析；步骤3、自适应反距离加权插值方法构建；步骤4、三维地质结构建模，本发明专利技术在使用反距离加权法计算时，相关距离可用为反距离加权法的搜索半径；在相关范围内进行距离衰减分析为每个待插值点都赋予更适合其计算的权重幂值，计算结果能更好地表达该研究区的变化特征，在水平层面上主要处理地层高程动态拟合问题：引入AFT算法对动态建模过程中可能遇到的前沿边的几何形态类型进行分类和归纳，提出改进AFT的自适应格网构建方法。格网构建方法。格网构建方法。

【技术实现步骤摘要】
一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法


[0001]本专利技术涉及三维地质建模
，具体是一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法。

技术介绍

[0002]三维地质结构建模的本质是利用有限的地质采样数据进行空间插值，继而得到研究区地质构造的空间分布形态。空间插值方法是三维地质建模的一项主要研究内容，对三维地质结构模型的精度有重要影响。常用的插值方法有线性三角网、最近邻点法、反距离加权法、全局多项式、局部多项式、克里金插值等，径向基函数、正交多项式和马尔科夫矩阵都可用于三维地质建模中的插值计算。在众多插值方法中，反距离加权法和克里金插值法考虑了采样点之间的相关性，兼顾精度和平滑度，应用十分广泛。反距离加权插值法的原理简单，仅考虑采样点与待插值点之间的空间距离；克里金法的变异函数根据人为经验选定，且会有多个变异函数组合的情况。有学者采用土壤污染数据对比了反距离加权法和普通克里金插值法的插值效果，表明反距离加权法在空间变异性大的情况下插值精度高于克里金插值。
[0003]然而反距离加权插值的精度受搜索半径r和权重幂值p两个参数的影响，传统的方法中其参考样本选择主要是选择给定搜索半径r内的样本或选择与插值点最近的n个样本，然而r或n的设定都是人为根据经验设定，没有科学依据；幂值p的选择范围一般为0.5～3，通常选择为2，不能准确的表达每个地区的区域特征。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法，包含以下步骤：
[0007]步骤1、地层高程相关距离计算；
[0008]步骤2、地层相关距离分析；
[0009]步骤3、自适应反距离加权插值方法构建；
[0010]步骤4、三维地质结构建模。
[0011]作为本专利技术的进一步方案：所述步骤1具体包含地质钻孔数据筛选和地层高程值相关距离计算两个步骤。
[0012]作为本专利技术的进一步方案：所述地质钻孔数据筛选具体是：以地质钻孔为代表的地质采样数据，在勘查过程中样点位置的布设受地质条件、施工难易程度、钻探造价众多因素的影响，使得取样间距并非呈现一定的规律，即地质钻孔并非严格按直线、等距分布的，而相关距离的计算要求线性、等间距分布的采样点，为了计算地层高程相关距离，需要对原始钻孔数据进行统计、筛选，使之能够用于递推空间法的计算。
[0013]作为本专利技术的进一步方案：所述对钻孔的选择设定4个原则：
①
地层完整：选择揭露地层多的钻孔，控制计算样本的密度；
②
钻孔连接方向性：在实际情况中，钻孔的布设不是遵循严格的规则，此条原则的目的在于保持钻孔分布的方向性，即在不同方向上分别计算相关距离，为更全面地分析地层之间的相关性；
③
同一组钻孔的间距均匀：尽量满足计算时样本间距倍数递增的条件；
④
计算范围：计算范围应兼顾全局和局部。
[0014]作为本专利技术的进一步方案：所述地层高程值相关距离计算采用空间递推平均法，空间递推平均法通过方差折减函数Γ2(l)求解相关距离δ
u
，当用于空间平均的距离足够大时，δ
u
可根据式(1)计算，将l设定为采样间距Δz0的倍数，即l＝iΔz0，
[0015]δ
u
＝iΔz0Γ2(i)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0016]式中，Γ2(i)＝Var(i)/σ2,Var(i)为l＝iΔz0时空间均值的方差，σ2为相应的点方差。
[0017]作为本专利技术的进一步方案：当空间平均距离l充分大时δ
u
为一常数，即当i取某一值后，方差Γ2(i)趋于平稳，则可以采用迭代法计算δ
u
，步骤如下：
[0018]A、首先计算所有采样点的均值E[Y(z)]及标准差σ；
[0019]B、取i＝2，则相邻两个采样点的均值构成一组数据，计算该组数据的方差D(2)；
[0020]C、计算
[0021]D、作Γ2(i)i图，并标注出该点；
[0022]E、依次取i＝3、4、5
……
，重复步骤b、c、d，绘制Γ2(i)i曲线图；
[0023]F、找出Γ2(i)趋近平稳所对应的点，根据式(1)求得相关距离
[0024]作为本专利技术的进一步方案：所述步骤2具体是：定义地层高程相关距离δu和取样间距L的无因次比为：
[0025][0026]称C为相关系数，用于表达空间相关性。
[0027]作为本专利技术的进一步方案：所述步骤3包括反距离加权法插值邻域和反距离加权法插值权重两个步骤。
[0028]作为本专利技术的进一步方案：所述反距离加权法插值权重具体是：将采样点的平均最近邻距离robs与预期最近邻距离rexp进行比较，根据比值判定点的聚类程度。robs通过取所有点的最近邻距离的平均值计算：
[0029][0030]根据随机点模式可以得出rexp的经验公式：
[0031]r
exp
＝1/(2(n/A)
0.5
)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0032]其中，为第i个采样点与其最邻近点的距离；n为研究区域的点数；A为研究区域面积。最近邻点统计指数R可用采样点的平均最近邻距离r
obs
与预期最近邻距离r
exp
进行计算：
[0033]R＝r
obs
/r
exp
ꢀꢀꢀ
(5)
[0034]待插值点S0的局部邻点统计指数表示为R(S0)，将R(S0)度量标准化至[0,1]区间。
采用模糊隶属函数计算归一化后的局部邻点统计指数u
R
：
[0035][0036]将归一化后的指数u
R
映射到距离衰减参数p的范围，隶属函数用于计算不确定空间点的隶属度，采用梯形隶属函数确定p值。
[0037]作为本专利技术的进一步方案：所述三维地质结构建模包括建模区域三角网格剖分和三维地质结构建模。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0039](1)地层模拟准确：在使用反距离加权法计算时，相关距离可用为反距离加权法的搜索半径；在相关范围内进行距离衰减分析为每个待插值点都赋予更适合其计算的权重幂值，计算结果能更好地表达该研究区的变化特征。
[0040](2)插值方法的可推广性：根据各工程地质层的相关系数，结合格网剖分的节点间距，确定了每个格网节点在使用IDW方法时的搜索半径；在搜索半径内，根据采样点数量和位置的不同，自动调整权重幂值p，提高了IDW方法插值计算的精度。可将此方法应用于其他数据的插值计算。
[0041](3)插本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1、地层高程相关距离计算；步骤2、地层相关距离分析；步骤3、自适应反距离加权插值方法构建；步骤4、三维地质结构建模。2.根据权利要求1所述的一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法，其特征在于，所述步骤1具体包含地质钻孔数据筛选和地层高程值相关距离计算两个步骤。3.根据权利要求2所述的一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法，其特征在于，所述地质钻孔数据筛选具体是：以地质钻孔为代表的地质采样数据，在勘查过程中样点位置的布设受地质条件、施工难易程度、钻探造价众多因素的影响，使得取样间距并非呈现一定的规律，即地质钻孔并非严格按直线、等距分布的，而相关距离的计算要求线性、等间距分布的采样点，为了计算地层高程相关距离，需要对原始钻孔数据进行统计、筛选，使之能够用于递推空间法的计算。4.根据权利要求3所述的一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法，其特征在于，所述对钻孔的选择设定4个原则：
①
地层完整：选择揭露地层多的钻孔，控制计算样本的密度；
②
钻孔连接方向性：在实际情况中，钻孔的布设不是遵循严格的规则，此条原则的目的在于保持钻孔分布的方向性，即在不同方向上分别计算相关距离，为更全面地分析地层之间的相关性；
③
同一组钻孔的间距均匀：满足计算时样本间距倍数递增的条件；
④
计算范围：计算范围应兼顾全局和局部。5.根据权利要求2所述的一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法，其特征在于，所述地层高程值相关距离计算采用空间递推平均法，空间递推平均法通过方差折减函数Γ2(l)求解相关距离δ
u
，当用于空间平均的距离足够大时，δ
u
可根据式(1)计算，将l设定为采样间距Δz0的倍数，即l＝iΔz0，δ
u
＝iΔz0Γ2(i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，Γ2(i)＝Var(i)/σ2,Var(i)为l＝iΔz0时空间均值的方差，σ2为相应的点方差。6.根据权利要求5所述的一种用于三维地质结构建模的自适应反距离加权插值方法，其特征在于，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，鲍玲，刘荣荣，李伟涛，谷双喜，程蕾，
申请(专利权)人：滁州学院，
类型：发明
国别省市：