一种工程地质剖面图的计算机图形生成方法技术

本发明专利技术公开了一种工程地质剖面图的计算机图形生成方法。针对现有技术中对于较复杂的地层比对以及地层剖面线的连接主要依靠用户脑力分析与手工绘制的缺陷，本发明专利技术提供了一种利用计算机辅助实现的工程地质剖面图生成方法。本方法基于地层序列比对与Smith-Waterman序列比对算法两者的原理，在解决地层序列比对中地层相似度记分方法关键问题的基础上，具体采用Smith-Waterman算法解决地层序列比对的计算问题。本发明专利技术方法原理可靠，比对运算结果准确，并且能够很好解决地层缺失、尖灭、透镜体等特殊工况。由计算机直接生成工程地质剖面具有符合地质规律好、智能化、高效快速的特点，特别适用于工程领域的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种工程地质剖面图生成方法，特别是涉及一种利用计算机辅助实现 的工程地质剖面图生成方法，属于适用于特定功能的数字数据计算处理方法领域。
技术介绍
工程地质剖面图是按一定的比例尺表示地质体在垂向剖面上的结构、构造及其相 互关系的图件，是地质内容最基本的表示形式，其内容与精度关系到整个勘探成果的质量， 直接影响到下一道工序。工程地质剖面图的制作工作量大、工作繁琐、重复过程多，目前多 由计算机辅助完成。但当前业内主流的CAD系统仅能生成图框、图例和地质钻孔(或其它 勘探手段的勘探点)等等，对于地层的比对以及地层剖面线的连接则主要依靠用户的脑力 分析与手工绘制。部分CAD系统能对相对简单的剖面进行分析并产生正确的连层结果，但 无法处理具有地层尖灭、透镜体等现象的复杂剖面。因此在计算机辅助的工程地质剖面图 生成中，工程地质剖面图地层的自动连线一直是一个难以完全解决的技术问题，其根本问 题在于现有计算机处理方法无法有效完成对地层信息的分析比对。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供利用计算机辅助实现的工程地质剖 面图生成方法，该方法能够有效实现地层信息的分析比对，找出两个地层序列中的最优层 样本匹配，并合理地连接地层剖面线。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下，首先在工程场地采集地层样本，其 次根据工程场地相邻地点地层样本的地层序列比对找出比对地层序列中的最优地层样本 匹配结果，再根据地层匹配结果绘制工程地质剖面图其特征在于所述地层序列的比对采 用Smith-Waterman序列比对算法。上述方法中采用的Smith-Waterman序列比对算法是生物信息学中生物双序列比 对算法中的基础算法。该算法本质是一种局部最优的动态规划算法，在识别局部相似性时， 具有很高的灵敏度。双序列比对算法解决的技术问题是找出两条生物序列之间最大相似性 匹配，可以简单地描述为把两条DNA或蛋白质序列上下罗列，然后依次比较它们在每一个 位置上的相似情况，从而找出这两条序列间具有最大相似度的子序列片断。在工程地质剖 面图的绘制中需要解决类似的序列比较问题——工程地质剖面图绘制的关键问题是如何 进行地层剖面线的连接。在连接地层剖面线时，要根据钻孔地层是否是同一种地层决定剖 面线如何连接。如果是相同地层，则把相同地层的顶(底)板相连接即构成地层剖面线，如 果地层不相同，则在确定尖灭点后将尖灭点与尖灭层的顶(底)板相连构成地层剖面线。剖 面线连接的基础便是通过不同地点的地层序列的比对寻找相同地层。进一步分析，在生物 序列比对中，进行比对的两条生物序列是以其“同源性”为基础的，即原本相同的两条序列 由于物种在漫长的进化过程中的变异使得两条序列间表现为整条序列之间的大体相似以及某些片段间的高度匹配性；在地层序列比对中，同一区域不同地点的两个地层序列其主 沉积韵律一般是相同的，并且由于区域构造和沉积环境的变化，造成地层垂向序列普遍存 在的等时变化，这使得同一区域或临近区域的地层序列也具有大体相似性以及某些片段间 的高度匹配性。本技术方案正是基于生物序列比对与地层序列比对的共性，将一直都限于 在生物信息学中生物序列比对的Smith-Waterman序列比对算法运用到工程地质剖面图的 绘制中，用以解决地层序列比对算法的技术问题。基于上述序列比对算法实施的钻孔地层序列间的匹配能够准确且方便地判断工 程场地地层的连续与否，并能进一步根据工地质剖面线上相邻钻孔地层序列间的两两比对 结果确定为地层尖灭或地层透镜体，由此能够很好地处理地质剖面图绘制中地层尖灭与透 镜体等特殊工况。尽管Smith-Waterman算法是专门针对双序列比对的计算方法，但是由于该算法 的产生是针对于生物序列比对的需要，其应用也一直限于生物信息学中序列比对的领域， 因此要把适用于生物序列比对的Smith-Waterman算法转用到工程地质剖面图的绘制中， 还需要从地质领域的角度解决一些专业技术的问题。这些技术问题中最主要的是解决地层 相似度的记分方法。Smith-Waterman算法主要分为计算得分矩阵与寻找最佳相似片段对两 个步骤，第一个步骤需要首先解决包含需进行比对的地层序列中所有比对单位(即不同地 层)在内的集合中任何元素或空符号两两之间的记分值。由于地层序列本身包含多项特征 指标，比对的过程涉及到土层比对或岩层比对，不同比对过程中地层不同特征指标的重要 性不同，因此需要首先确定不同比对过程参与比对记分的具体特征指标，及其具体记分值。 同时还需要考虑地层尖灭、地层透镜体产生的空位的记分。另外，建立起的地层序列比对方 法还需要实现与现有的地质工程常规软件、设备的衔接，以减少技术方案的应用成本。上述方法可以按如下步骤实施步骤Si、钻孔采样在工程场地现场按照勘察大纲用钻机钻孔采样，得到钻孔样 本；步骤S2、建立钻孔数据库建立钻孔数据库录入钻孔数据。钻孔数据包括钻孔坐标、分 层信息、土层信息、室内和原位试验信息等必需反映在工程剖面上的信息，以及工程剖面线 相关信息包括剖面线编号与剖面上的钻孔编号等；步骤S3、建立钻孔地层序列表对每个 钻孔样本的地层由上而下进行编号，相同的地层采用同样的编号，由此得到各钻孔的地层 序列，以及包含所有在工程场地出现的地层的地层序列表；步骤S4、钻孔地层序列匹配采 用Smith-Waterman序列比对算法进行工程地质剖面线上两两相邻的两钻孔地层序列间的 比对运算，得到两钻孔地层序列的最佳匹配，再依次进行工程地质剖面线上的所有相邻钻 孔地层序列间的比对运算，得到工程地质剖面线上各个钻孔之间的地层最佳匹配序列；步 骤S5、绘制工程地质剖面图按照步骤S4得到的地层最佳匹配序列连接地层剖面线，并依 制图规范完成工程地质剖面图中的所有信息标注。上述方法中，步骤S3、建立钻孔地层序列表中，对每个钻孔样本的地层由上而下进 行编号时可以采用3种方法之一方法1，对每个钻孔样本地层从上至下连续编号，即①、②、③......；方法2，将土层、岩层分别连续编号，如土层1-1、1-2、1-3，岩层2-1、2-2、2-3 ；方法3，按土、石大类结合土层成因类型组合编号，如填土 1、冲积粘土 2-1、冲积粉质粘土 2-2、冲积细砂2-3、残积可塑状粉质粘土 3-1、残积硬塑状粉质粘土 3-2，强风化花岗岩4_1、 中等风化花岗岩4-2、微风花岗岩4-3。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是(1)方法提供了工程地质剖面图绘制中 地层序列比对的科学运算方法，比对运算结果准确，并且能够很好解决地层缺失、尖灭、透 镜体等特殊工况；( 由于地层序列的比对采用了数学运算方法，使得地层匹配的关键问 题可以完成由计算机辅助完成，并且能够与业内常用软件系统无缝衔接，保证了工程地质 剖面图的绘制可以通过计算机一体完成；C3)采用计算机运算生成图形使得工程地质剖面 绘制工作具有符合地质规律好、智能化、高效快速的特点。附图说明图1是方法实施流程示意图。图2是地层序列匹配的距离分数空间和选择匹配路径示例图。图3是实施例一生成的工程地质剖面图。具体实施例方式下面结合附图，对本专利技术的优选实施例作进一步的描述。实施例一如图1 图3所示，用本专利技术方法绘制某地工程场地工程地质剖面图，具体按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种工程地质剖面图的计算机图形生成方法，首先在工程场地采集地层样本，其次根据工程场地相邻地点地层样本的地层序列比对找出比对地层序列中的最优地层样本匹配结果，再根据地层匹配结果绘制工程地质剖面图其特征在于：所述地层序列的比对采用Ｓｍｉｔｈ－Ｗａｔｅｒｍａｎ序列比对算法。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周家文，徐晓斌，周宏伟，何宝石，渠文平，
申请(专利权)人：四川大学，广东省电力设计研究院，
类型：发明
国别省市：90