一種不確定性概率場屬性分布建模方法與系統與流程
2023-10-08 12:25:29
本發明涉及空間屬性分布的建模領域，尤其涉及一種不確定性概率場屬性分布建模方法與系統。
背景技術：
在三維地質體地層屬性、海洋體溶質屬性分布建模、三維分布建模、三維空氣體各類漂浮物屬性分布建模、三維土壤體汙染物屬性分布建模，以及各類空間場的等濃度面、等勢面的三維建模等領域，均面臨如何基於屬性的已知邊界信息來如何合理構建整體區間屬性三維分布的難題。現有一般屬性空間分布建模方法，不管是基於地質統計學等不確定性理論的屬性建模方法還是確定性理論的屬性建模方法都可以概括為：1、基於已有已知屬性邊界信息基礎上，通過人機互動或假定等來確定可以實現各個屬性主體輪廓描述的控制性約束邊界信息體系。2、基於控制性約束邊界信息體系，採用不確定性方法(地質統計學方法)或確定方法(連續或多階可導)，來確定各個屬性完整的空間分布邊界。這兩種模式的一般屬性建模方法，一旦已知屬性邊界信息比較多且複雜時，比如包含上千個已知屬性鑽孔邊界信息集以及幾十個甚至上百個不同屬性且這些屬性呈空間交錯分布式時，會導致大量的前期人機互動工作量，甚至幾乎是陷入死循環的人機互動工作量。
技術實現要素：
基於背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種不確定性概率場屬性分布建模方法與系統，提供了一種基於已知屬性邊界信息，構建區域空間不同屬性的統一分布概率場，然後再通過統一分布概率場的最大概率來自動化確定屬性空間體中複雜屬性的空間分布邊界，最後通過空間矢量化迭代計算不同屬性空間分布的建模方法及系統。
本發明提出的一種不確定性概率場屬性分布建模方法，包括如下步驟：
(一)基於已知的屬性邊界信息Si(i＝1，2，3，…)，針對需要進行屬性空間分布建模的整體空間，進行幾何空間建模與描述，構建整體場地空間Ω；
(二)基於所述屬性邊界信息Si(i＝1，2，3，…)，提取、統計全部屬性類型的每類屬性Aj(j＝1，2，3，…)，構建數位化的屬性類型特徵向量集合{A1，A2，A3，…}；
(三)對所述屬性邊界信息Si(i＝1，2，3，…)進行幾何空間建模與描述，構建已知屬性空間分布模型{(A1，C1)，(A2，C2)，(A3，C3)，…}；
(四)基於所述的屬性類型特徵向量集合{A1，A2，A3，…}和已知屬性空間分布模型{(A1，C1)，(A2，C2)，(A3，C3)，…}，對所述整體場地空間Ω中各點q(x，y，z)(q∈Ω)所對應的每類屬性Aj(j＝1，2，3，…)的分布概率進行計算並得出點q(x，y，z)的屬性分布概率 生成統一屬性概率分布場
其中：由q(x，y，z)點所在的相同趨勢面α(x，y，z)上的不同已知屬性空間分布點與q(x，y，z)點在α(x，y，z)面上的距離綜合計算得到，即：其中，f(·)函數滿足以下兩個約束：
(五)分析、提取整體場地空間Ω中各點q(x，y，z)的屬性分布概率中的最大概率所對應的屬性類型，生成統一最大概率屬性分布模型F，其中
(六)基於步驟(五)生成的統一最大概率屬性分布模型F，統計場地空間Ω中每類屬性Aj(j＝1，2，3，…)分布概率最大的點，得到每類屬性Aj分布概率最大的分類點集合其中
(七)基於所述的分類點集合(替換原來的)，統計場地空間Ω中有兩個或兩個以上屬性類型分布概率同時最大的點，得到多屬性最大概率邊界點集合
(八)基於所述的分類點集合和多屬性最大概率邊界點集合Qboudary，按屬性的類型進行統計，得出所述每類屬性類型Aj所對應的多屬性最大概率邊界點集合 即為每類屬性類型Aj的最大概率屬性邊界點集合
(九)對各個每類屬性Aj的最大概率屬性邊界點集合進行矢量化，獲得各類屬性的二、三維矢量化邊界，生成不確定性概率場屬性分布模型。
需要說明的是，其中：屬性類型包括地質地層類型、水體溶質類型、大氣漂浮物種類等，屬性邊界信息Si(i＝1，2，3，…)為地質鑽孔、水體取樣、大氣探測等方式獲取的第i個樣本的數據集合，Si由相應的每類屬性Aj及Aj的空間分布三維坐標集合等數據組成，每類屬性Aj(j＝1，2，3，…)，j的每一個取值對應一種屬性即：
其中，x、y表示水平方向的正交坐標，z表示垂直方向的坐標。
優選的，所述方法用於三維地質體地層屬性分布建模中，所述屬性類型為地質地層類型。
優選的，所述方法可用於三維海洋體溶質屬性分布建模、三維空氣體各類漂浮物屬性分布建模、三維土壤體汙染物屬性分布建模以及各類空間場的等濃度面、等勢面的三維建模。
優選的，所述方法可用於地質領域的各種專業應用分析領域。專業應用分析領域包括：工程地質的豎直地質剖面、水平地質剖面、斜地質剖面構建以及三維地質建模、三維地質體單元剖分、三維地層方量計算、工程建設全流程領域等的工程建設專業領域；用於水文地質的豎直地質剖面、水平地質剖面、斜地質剖面構建以及三維地質建模、三維地質體單元剖分、三維地層方量計算與分析等的水文地質專業領域；用於環境地質的豎直地質剖面、水平地質剖面、斜地質剖面構建以及三維地質建模、三維地質體單元剖分、三維地層方量計算與分析等的環境地質專業領域；用於礦產地質的豎直地質剖面、水平地質剖面、斜地 質剖面構建以及三維地質模型建模、三維地質體單元剖分、三維儲量計算與估算、礦產開採、礦區建設、礦區修復等的礦產地質專業領域；用於環境工程的土壤汙染物分布的豎直地質剖面、水平地質剖面、斜地質剖面構建以及三維地質模型建模、三維地質體單元剖分、三維地層方量計算等相關環境工程領域；用於基礎地質的豎直地質剖面、水平地質剖面、斜地質剖面構建以及三維地質模型建模、地質填圖等的基礎地質專業領域。
本發明還提出一種不確定性概率場屬性分布建模系統，包括整體場地空間構建模塊、屬性類型特徵向量空間構建模塊、已知屬性空間分布模型構建模塊、統一屬性概率計算模塊、屬性最大概率邊界點集合分析計算模塊、二/三維矢量化邊界模塊，所述整體場地空間構建模塊，基於已知的屬性邊界信息對需要進行屬性空間建模的整體場地空間，進行幾何空間建模與描述；所述屬性類型特徵向量空間構建模塊，對屬性邊界信息進行歸一化預處理，提取、統計全部的屬性類型，生成屬性類型特徵向量集合；所述已知屬性空間分布模型構建模塊，基於全部的屬性類型，進行幾何空間進一步建模與描述完善，生成已知屬性空間分布模型；所述統一屬性概率計算模塊對整體場地空間中各點所對應的每類屬性的分布概率進行計算，生成統一屬性概率分布場，且分析、提取各點所對應的屬性類型特徵向量空間中的每類屬性分布概率中的最大概率所對應的屬性類型，生成統一最大概率屬性分布模型，所述屬性最大概率邊界點集合分析計算模塊基於所述的統一最大概率分布模型，進行計算統計出存在二個及以上的不同屬性類型的點即多屬性最大概率邊界點集合，並統計屬性類型特徵向量空間中同一類屬性所對應的的全部最大概率屬性邊界點集合，獲得該屬性類型的最大概率屬性邊界點集合，所述二/三維矢量化邊界模塊基於各個屬性類型的最大概率屬性邊界點集合進行矢量化，獲得各個屬性的二、三維矢量化邊界。
有益效果
(一)本發明提出的一種不確定性概率場屬性分布建模方法，先構建整個空間體中各屬性類型的統一分布概率場，然後基於最大屬性概率分布構建屬性邊界，其針對整個空間體不需要預先大量人機互動來確定各類屬性邊界的控制性描述，有效的提高了建模效率與準確性。
(二)本發明提出的一種不確定性概率場屬性分布建模方法，可以實現複雜屬性空間分布自動化建模、區域海量已知屬性邊界信息的自動化快速建模以及隨區域海量已知屬性邊界信息動態變化的動態、快速建模。
附圖說明
圖1：本發明一種不確定性概率場屬性分布建模方法流程圖；
圖2：本發明實施例1中整體場地空間示意圖；
圖3：本發明實施例1中提取、統計全部屬性類型系統界面截圖；
圖4：本發明實施例1中鑽孔位置所在的地質垂直切面示意圖；
圖5：本發明實施例1中標高－15.5米處的水平地質剖面示意圖；
圖6：本發明實施例1中地層兩個或以上的地層類型的最大分布概率分布點示意圖；
圖7：本發明實施例1中不確定性概率場屬性分布模型示意圖；
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步解說。
實施例1
本實施例中的一種不確定性概率場屬性分布建模方法，包括如下步驟：
(一)基於已知的屬性邊界信息Si(i＝1，2，3，…)，針對需要進行屬性空間分布建模的整體空間，進行幾何空間建模與描述，構建整體場地空間Ω，結合附圖2進行說明，根據已知地質鑽孔，鑽孔編號：zk1、zk2、zk3、zk4、zk6、zk7、zk8、zk9的柱狀數據圖的空間分布，構建圖示立方體框架範圍整體場地空間；
(二)基於所述屬性邊界信息Si(＝1，2，3，…)，提取、統計全部屬性類型的每類屬性Aj(j＝1，2，3，…)，構建數位化的屬性類型特徵向量集合{A1，A2，A3，…}；結合附圖3進行說明，基於給定的zk1、zk2、zk3、zk4、zk6、zk7、zk8、zk9等各個鑽孔數據，提取、統計已知地質鑽孔所有類型的地層的屬性特徵，如鑽孔zk1的5種不同類型的地層分別標記為①、②1、③、④1等，同時分別統計地層的高程、擴散影響參數及其它參數，從而得到每一種類型地層及其對應的高程等屬性參數，即構建起了數位化的地層類型特徵向量空間，也可以用其他字母或數字形式表示地層標記。
(三)對所述屬性邊界信息Si(i＝1，2，3，…)進行幾何空間建模與描述，構建已知屬性空間分布模型{(A1，C1)，(A2，C2)，(A3，C3)，…}；
(四)基於所述的屬性類型特徵向量集合{A1，A2，A3，…}和已知屬性空間分布模型{(A1，C1)，(A2，C2)，(A3，C3)，…}，對所述整體場地空間Ω中各點q(x，y，z)(q∈Ω)所對應的每類屬性Aj(j＝1，2，3，…)的分布概率進行計算並得出點q(x，y，z)的屬性分布概率 生成統一屬性概率分布場結合附圖4進行說明，zk5位置所在的地質垂直切面附圖4所示，計算水平面上(X，Y)＝(36133.86，36468.89)位置上的不同深度位置(用Z坐標表示)確定為每種類型地層的概率，得到地層概率分布統計下表所示。
(五)分析、提取整體場地空間Ω中各點q(x，y，z)的屬性分布概率中的最大概率所對應的屬性類型，生成統一最大概率屬性分布模型F，其中 結合附圖5進行說明，根據附圖5上所示的1、2、3處位置的不同類型地層的概率分布表，分析、提取最大概率所對應的地層類型，如：1處的最大概率為地層類型③，其概率為54.615，2處的最大概率為地層類型④1，其概率為56.5273，3處的最大概率為地層類型②2，其概率為60.623％。所有地質位置均得到如上所述的最大概率的地層類型分布，即得到了統一最大概率地層類型分布模型。
(六)基於步驟(五)生成的統一最大概率屬性分布模型F，統計場地空間Ω中每類屬性Aj(j＝1，2，3，…)分布概率最大的點，得到每類屬性Aj分布概率最大的分類點集合其中結合附圖6進行說明，1、2、3、4、5、6處，均對應著最大概率的地層類型分布，如下表所示。可知：1、2、3處的最大概率地層為②1，4、5處的最大概率地層為④1，6處的最大概率地層為④2。類似上述1～6處，確定場地空間中所有地層類型最大概率為②1的點，確定場地空間中所有地層類型最大概率為④1 的點，確定場地空間中所有地層類型最大概率為④2的點。
(七)基於所述的分類點集合統計場地空間Ω中有兩個或兩個以上屬性類型分布概率同時最大的點，得到多屬性最大概率邊界點集合結合附圖7進行說明，分塊代表不同類型的地層，在位置存在兩個或以上的地層類型的最大分布概率分布點為多個類型地層的邊界。
(八)基於所述的分類點集合和多屬性最大概率邊界點集合Qboudary，按屬性的類型進行統計，得出所述每類屬性類型Aj所對應的多屬性最大概率邊界點集合 即為每類屬性類型Aj的最大概率屬性邊界點集合統計同一種地層所對應的邊界點集合，生成該地層的最大概率邊界點集合。
(九)對各個每類屬性Aj的最大概率屬性邊界點集合進行矢量化，獲得各類屬性的三維矢量化邊界，生成不確定性概率場屬性分布模型。
需要說明的是：本實施例中屬性類型為地質地層類型。三維海洋體溶質屬性分布建模、三維空氣體各類漂浮物屬性分布建模、三維土壤體汙染物屬性分布建模與本例中的地質建模方法相同。
實施例2
本實施例中的一種不確定性概率場屬性分布建模方法構建二維地質剖面的不確定性概率場屬性分布模型，包括不局限與豎直/水平/斜地質剖面,包括如下步驟：
(一)基於已知的屬性邊界信息，針對需要進行屬性分布建模的構建整體場地空間，進行二維地質剖面的幾何空間建模與描述，構建整體場地空間；
(二)基於所述屬性邊界信息，提取、統計全部屬性類型的每類屬性，構建數位化的屬性類型特徵向量集合；
(三)對所述屬性邊界信息進行二維地質剖面的幾何空間建模與描述，構建已知屬性空間分布模型；
(四)基於所述的屬性類型特徵向量集合和已知屬性空間分布模型，對所述整體場地空間中各點所對應的每類屬性的分布概率進行計算並得出點的屬性分布概率，生成二維地質剖面的統一屬性概率分布場；
(五)分析、提取二維地質剖面中各點的屬性分布概率中的最大概率所對應的屬性類型，生成二維地質剖面的統一最大概率屬性分布模型，其中；
(六)基於步驟(五)生成的統一最大概率屬性分布模型，統計二維地質剖面中單一屬性類型分布概率最大的點，得到單一屬性類型分布概率最大的分類點集合；
(七)基於所述的分類點集合，統計二維地質剖面中有兩個或兩個以上屬性類型分布概率同時最大的點，得到多屬性最大概率邊界點集合；
(八)基於所述的分類點集合和多屬性最大概率邊界點集合，按屬性的類型進行統計，得出所述每類屬性類型所對應的多屬性最大概率邊界點集合，即為每類屬性類型的最大概率屬性邊界點集合；
(九)對各個每類屬性的最大概率屬性邊界點集合進行矢量化，獲得各類屬性的二維地質剖面矢量化邊界，生成不確定性概率場屬性分布模型。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。