[發明專利]一種基于地質圖切剖面的三維地層建模方法

有效

• 申請號: 202010819474.4
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111968231B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 簡興祥;王麗坤;鐘紅梅;李宏濤;羅海金;袁宏;馬嬋華;姚華龍;葉嬌瓏
• 申請（專利權）人: 成都理工大學;四川省核工業地質調查院(核工業西南地質調查院);四川金核礦業有限公司
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T17/20;G06T3/40
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 王育信

1.一種基于地質圖切剖面的三維地層建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對圖切剖面進行編輯，完成建模所需要的基本參數的設定；對圖切剖面進行編輯的流程包括：(1)通過標定空間定位點將剖面平面坐標轉換為地質空間三維坐標；(2)通過地層屬性填充獲得地層參數信息；(3)通過地層邊界追蹤獲得地層的輪廓邊界；該步驟中，對于追蹤得到地層邊界點，采用了投影處理，以消除由于柵格圖像顯示分辨率影響帶來的邊界點追蹤誤差，確保追蹤得到的地層輪廓邊界與原始地層輪廓邊界的一致性，其中，所述投影處理包括以下步驟：

(a)將地層輪廓線進行簡化，刪除輪廓直線上的冗余點，然后將每兩個點組成輪廓線段{L_k}(k＝1,2,..N)，輪廓線段數為N；

(b)選定一個追蹤得到的地層邊界點P_i(i＝1,2,…,M)，計算該點到所有輪廓線段的距離集合{D_ik}(k＝1,2,..N)；

(c)從距離集合{D_ik}中找出最小距離的線段L_j，將邊界點P_i投影到線段L_j上，得到P_ij，將P_i替換為P_ij作為新的地層邊界點；

(d)重復步驟(b)、(c)，將所有地層邊界點投影到地層輪廓線上；

(e)對投影后的地層邊界輪廓線進行簡化，刪除直線上的冗余點，完成地層邊界追蹤；

S2、對地層邊界及內外區域進行離散采樣，并分別設定地層內部、地層邊界以及地層外各自的采樣點屬性值，然后將所有圖切剖面采樣點轉換成空間三維坐標點，組合成空間離散點集合；該步驟包括以下步驟：

S2-1、設定一個采樣間隔step，并沿地層輪廓線邊界進行邊界點采樣，得到地層邊界點集合B1，并對集合中所有點屬性值設為1；

S2-2、設定一個指定大小的剖分網格M×N，將圖切剖面進行二維網格剖分，并記錄每個網格中心點坐標，得到剖點集合B2；

S2-3、對集合B2中的點進行地層內外判別，若點在地層多邊形內，則該點的屬性值設置為1，否則置為0；

S2-4、對集合B1、B2中的所有點進行空間坐標轉換，將平面坐標點轉換成地質空間坐標點；

S2-5、將轉換后的空間坐標點及其屬性值放入散亂點數據集合{p_i}(i＝1,2,…,N),，得到地層采樣后的離散空間點數據，完成采樣；

S3、對三維空間離散點進行插值計算，生成三維空間地層屬性數據場；該步驟中，以逆多元二次徑向基函數作為插值函數，采用徑向基函數插值算法，進行三維離散點空間插值，生成三維空間地層屬性數據場；徑向基函數形式如下：

其中Z₀是待估測的插值點值，w_i是相應點的權值，||p_i-p₀||是p_i與p₀之間的距離；是逆多元二次函數；

插值計算過程如下：

(f)計算距離矩陣{D_ij}(i＝1,2,…,N,j＝1,2,…,N)，

(g)采用高斯消元法結合OpenCL多線程加速技術，計算逆距離矩陣D^-1；

(h)計算權系數矩陣W，Z_j是第j個離散點P_j的地層屬性值；

(i)計算屬性場值，三維空間中任意位置的場值S4、從三維地層屬性數據場中進行等值面提取，獲得地層的三維輪廓表面；該步驟中，采用Marching?Cubes算法從地層三維屬性數據場中提取等值面作為地層的三維表面輪廓，其過程如下：

(j)從三維網格數據中選取相鄰8個點組成六面體；

(k)給定等值面值V0，對六面體中的每個節點狀態值Vi進行判別，若ViV0，該節點狀態設為1；否則設為0；i＝1,2,…,8；

(l)根據節點狀態序列，按照順序組合成二進制字節，得到六面體單元構型表索引值T_i(0≤T_i≤255)；

(m)根據構型索引值T_i，從構型表中檢索出對應的棱邊節點狀態組合，計算棱邊節點狀態為0和1的等值面在棱邊的交點坐標P(x,y,z)，計算公式為：

p(x,y,z)＝p_1(x,y,z)+(v-v1)/(v2-v1)*(p_2(x,y,z)-p_1(x,y,z))

式中，p(x,y,z)是待求交點坐標，v是待計算等值面值；p₁、p₂是棱邊兩節點坐標，v1、v2是兩節點屬性值；

(n)根據構型表索引值T_i，從構型表中檢索出對應的三角形頂點及連接順序，組合成封閉的三角形面；

(o)遍歷所有網格單元，重復步驟(j)～(n)，得到目標地層表面輪廓的所有三角面；

S5、重復步驟S2～S4，獲得所有地層的三維輪廓表面，然后執行步驟S6；

S6、將所有地層三維輪廓表面進行空間拼接，完成三維地層建模。