一種地質剖面圖的生成方法與流程

2023-10-08 12:32:24 1

本發明涉及地質建模
技術領域：
，特別是涉及一種地質剖面圖的生成方法。
背景技術：
：地質切剖面是地質圖的重要組成部分，地質人員常常需要在任意地點、任意方向上切制一定比例的剖面圖，用以了解地質體在垂向剖面上的結構、構造及其相互關係的圖件。隨著社會的不斷進步，人們對地質現象的理解日益深入，因此對地質圖和地質剖面圖的要求也越來越高，由於二維地質圖「缺乏真實性」以及三維地質模型「不透明性」，所以設計既適用於二維地質圖又適合三維地質模型剖面圖的生成方法是必要的。目前，生成地質剖面圖主要有兩種方法，第一種是手工編繪剖面圖，但手工編繪剖面圖困難，不可能快速地製作出任意方向和任意內容的剖面圖，只能製作一些約定的，通過該種方法繪製地質剖面圖具有代表性方向和確定性內容。第二種是利用計算機輔助繪製剖面圖，但此方法具有以下缺點：①.效率低。一幅正規的地質圖都附有2-3條切過全區的地質切剖面，幫助了解和分析全區地質概況，如用CAD或者GIS繪圖軟體來完成，耗時巨大。②.圖件結果因人而異。由於繪製剖面時，已知深部信息較少，需要由地質人員依據地質知識進行合理的推斷，因此，不同地質工作人員繪製的地質圖會有顯著差異。③.圖件不易修改。隨著地質資料收集方式與技術手段的不斷更新，地質剖面圖繪製成型之後，仍然需要不斷更新，而地質人員應用CAD軟體或者GIS平臺繪製剖面圖，其動態可更新性差，修改剖面時需面臨著大量的重複性工作。針對上述傳統的地質剖面圖的生成方法中存在的不足，如何設計一種地質剖面圖的生成方法，該方法既適用於生成二維地質剖面圖又適用於生成三維地質模型剖面圖且生成速度、精度高、動態可更新性好，是目前急需解決的問題。技術實現要素：本發明的目的是提供一種地質剖面圖的生成方法，該方法既適用於生成二維地質剖面圖又適用於生成三維地質模型剖面圖，以提高剖面圖的生成速度、生成精度和動態可更新性。為實現上述目的，本發明提供了一種地質剖面圖的生成方法，其特徵在於，包括以下步驟：基於地質知識建立協同克立格方程組矩陣；根據所述協同克立格方程組矩陣建立二維地質剖面圖；根據所述協同克立格方程組矩陣建立三維地質模型剖面圖。可選的，所述基於地質知識建立協同克立格方程組矩陣具體步驟為：設有N個變量構成協同區域化變量集合{Zk(x),k＝1,2,…N}；假設一階矩和二階矩存在且平穩：其中：E(Zk(x))為表示區域化變量Zk(x)的數學期望；mk為為常數；設k0為k＝0,1,2…N中某一數值，計算中心點在x0處的承載上估計變量的平均值表示變量x0的變化域；滿足二階平穩的協同區域化變量必須每一個區域化變量Zk(x)的期望存在且平穩，交叉協方差函數為：Ckk′(h)＝E[Zk′(x+h)·Zk(x)](3)；根據權重係數和交叉協方差函數Ckk′(h)確定協同克立格方程組，具體公式如下：其中，βk′為樣本標號；nk′為樣品個數；為權係數；為點承載；μk為拉格朗日參數；為協方差；為變量的變化域；對公式(4)進行線性變換，得到協同克立格方程組矩陣為：kλ＝M(5)；其中：其中，λ矩陣權係數向量；M矩陣為樣本數據和待觀察點的協方差矩陣；K矩陣為樣本數據間的協方差矩陣。可選的，所述根據所述協同克立格方程組矩陣建立二維地質剖面圖的具體步驟為：基於地質數據建立地質屬性資料庫；定義地質對象之間的時空關係；根據所述地質屬性資料庫和所述時空關係採用協同克立格方程組矩陣構建第一勢場；根據二維地質剖面圖的位置和所述第一勢場構建第一地質邊界線；根據所述第一地質邊界線的地質屬性確定二維地質剖面圖。可選的，所述地質數據包括：產狀、地層邊界、構造、驗證鑽孔、實測剖面和露頭。可選的，所述第一勢場中任意兩點應滿足以下公式：其中，T*(p)表示任意點的勢值；T*(p0)表示已知點的勢值；M表示測量點的個數；N表示測量產狀的個數；μα表示測量點的權值；vβ表示產狀點的權值；T(pα)表示序號為α的一個勢值；T(p′α)表示序號為α的另一個勢值。可選的，所述根據所述協同克立格方程組矩陣建立三維地質模型剖面圖的具體步驟為：採用網格索引與包圍盒碰撞檢測算法優化歐式距離；根據優化後的所述歐式距離，採用協同克立格方程組矩陣構建第二勢場；根據所述第二勢場和三維地質模型剖面的位置構建第二地質邊界線；根據所述第二地質邊界線的地質屬性確定三維地質模型剖面圖。可選的，所述根據所述第二勢場和三維地質剖面的位置構建第二地質邊界線具體包括：針對實體模型時，根據所述第二勢場和三維地質剖面的位置直接追蹤獲得第二地質邊界線；針對表面體模型時，先建三角網格，然後在所述三角網格上根據所述第二勢場和三維地質剖面的位置追蹤獲得第二地質邊界線。可選的，所述實體模型包括：四面體模型或者六面體模型。可選的，所述歐式距離的公式為：其中，(x0,y0,z0)為空間坐標一點，A、B、C、D為係數。根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：本發明首先基於地質知識建立協同克立格方程組矩陣，然後根據協同克立格方程組矩陣分別建立了二維地質剖面圖和三維地質模型剖面圖，克服了傳統採用計算機輔助繪製地質剖面圖的生成速度慢、精度低以及動態可更新性差等特點。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例地質剖面圖的生成方法的流程圖；圖2為本發明實施例時空關係圖；圖3為本發明實施例構建第一地質邊界線示意圖；圖4為本發明實施例構建第二地質邊界線示意圖；圖5為本發明實施例二維地質剖面圖；圖6為本發明實施例四面體模型剖面圖；圖7為本發明實施例六面體模型剖面圖；圖8為本發明實施例表面體模型剖面圖。具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明的目的是提供一種地質剖面圖的生成方法。為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。圖1為本發明實施例地質剖面圖的生成方法的流程圖，詳見圖1。本發明的地質剖面圖的生成方法包括以下步驟：步驟1：基於地質知識建立協同克立格方程組矩陣。步驟2：根據協同克立格方程組矩陣建立二維地質剖面圖。步驟3：根據協同克立格方程組矩陣建立三維地質模型剖面圖。下面對各個步驟進行詳細的介紹：步驟1：基於地質知識建立協同克立格方程組矩陣。設有N個變量構成協同區域化變量集合{Zk(x),k＝1,2,…N}；假設一階矩和二階矩存在且平穩：其中：E(Zk(x))為表示區域化變量Zk(x)的數學期望；mk為為常數。設k0為k＝0,1,2…N中某一數值，計算中心點在x0處的承載上估計變量的平均值其中，表示變量x0的變化域。樣品有效數據集是而是確定在承載上的平均值：其中，為為權係數；為樣品有效數據集。確定待估樣本點的無偏最優估計值，必須滿足兩個最小方差無偏估計要求：第一，無偏條件，即第二，估計方差最小性，即其中為方差；滿足二階平穩的協同區域化變量必須每一個區域化變量Zk(x)的期望存在且平穩，互協方差函數也存在且平穩，所以交叉變異函數為：其中：h為滯後矩；Zk′(x+h)為區域化變量Zk′(x)在x+h處的樣品值。交叉協方差函數為：Ckk′(h)＝E[Zk′(x+h)·Zk(x)](5)。根據權重係數和交叉協方差函數Ckk′(h)確定協同克立格方程組，具體公式如下：其中，βk′為樣本標號；nk′為樣品個數；為權係數；為點承載；μk為拉格朗日參數；為協方差；為變量的變化域。對公式(6)進行線性變換，得到協同克立格方程組矩陣為：kλ＝M(7)；其中：其中，λ矩陣權係數向量；M矩陣為樣本數據和待觀察點的協方差矩陣；K矩陣為樣本數據間的協方差矩陣。步驟2：根據協同克立格方程組矩陣建立二維地質剖面圖。步驟21：基於地質數據建立地質屬性資料庫；所述地質數據包括：產狀、地層邊界、構造、驗證鑽孔、實測剖面和露頭；所述地質屬性庫詳見表1。表1.地質屬性庫步驟22：定義地質對象之間的時空關係；所述時空關係詳見圖2。步驟23：根據所述地質屬性資料庫和所述時空關係採用協同克立格方程組矩陣構建第一勢場；所述第一勢場中任意兩點應滿足以下公式：其中，T*(p)表示任意點的勢值；T*(p0)表示已知點的勢值；M表示測量點的個數；N表示測量產狀的個數；μα表示測量點的權值；vβ表示產狀點的權值；T(pα)表示序號為α的一個勢值；T(p′α)表示序號為α的另一個勢值。步驟24：確定二維地質剖面圖的位置。所述二維地質剖面圖的位置是根據需求任意確定的。步驟25：根據所述二維地質剖面圖的位置和所述第一勢場構建第一地質邊界線；詳見圖3。步驟26：根據所述第一地質邊界線的地質屬性確定二維地質剖面圖。步驟3：根據協同克立格方程組矩陣建立三維地質模型剖面圖。步驟31：採用網格索引與包圍盒碰撞檢測算法優化歐式距離；所述歐式距離的公式為：其中，(x0,y0,z0)為空間坐標一點，A、B、C、D為係數。步驟32：根據優化後的所述歐式距離，採用協同克立格方程組矩陣構建第二勢場。步驟33：確定三維地質模型剖面的位置。所述三維地質模型剖面的位置是根據需求任意確定的。步驟34：根據所述第二勢場和三維地質模型剖面的位置構建第二地質邊界線。針對表面體模型時，先建三角網格，然後在所述三角網格上根據所述第二勢場和所述三維地質剖面的位置追蹤獲得第二地質邊界線；詳見圖4中(a)部分、(b)部分。針對實體模型時，根據所述第二勢場和所述三維地質剖面的位置直接追蹤獲得第二地質邊界線；所述實體模型包括：四面體模型或者六面體模型；詳見圖4中的(c)部分、(d)部分。步驟35：根據所述第二地質邊界線的地質屬性確定三維地質模型剖面圖。具體舉例：本發明採用上述步驟分別手機兩大類4中不同類型的數據，詳見表2.表2.數據類型簡介數據類型比例尺數據描述地質圖1:50,000產狀、地層、以及斷層地形圖1:50,000等高線六面體——立方體儲量估算三維模型四面體——四面體地層模型表面模型提——鉛鋅礦床三維模型.根據表2中的數據，採用協同克立格方程組矩陣建立二維地質剖面圖和三維地質模型剖面圖，詳見圖5、圖6、圖7、圖8，其中圖5為本發明實施例二維地質剖面圖；圖6為本發明實施例四面體模型剖面圖；圖7為本發明實施例六面體模型剖面圖；圖8為本發明實施例表面體模型剖面圖。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp