專利名稱：Vr地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地層識別與分析技術(shù)，尤其是一種利用現(xiàn)有地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行VR地 質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)。
背景技術(shù)：
為了對研究區(qū)域的地層空間分布情況、巖性分布情況以及金、礦等的位置、勘探儲 量計(jì)算等進(jìn)行描述和研究，了解地質(zhì)特征，可以利用現(xiàn)有地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行地層識別并進(jìn)行可 視化分析顯示。它不僅可以為地質(zhì)學(xué)者提供一個直觀地觀察與研究地質(zhì)單元的空間展布及 其相互關(guān)系、對研究區(qū)現(xiàn)有大量地質(zhì)數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行有效保存與管理的手段，同時，還能夠 對已完成的勘察工作進(jìn)行檢驗(yàn)，為后續(xù)的勘探設(shè)計(jì)、施工操作等提供有力的地質(zhì)依據(jù)。能夠 廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)勘探、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。由于地質(zhì)現(xiàn)象的復(fù)雜性和不確定性等特點(diǎn)，地質(zhì)學(xué)者可以考慮多種地質(zhì)因素和復(fù) 雜條件進(jìn)行地層識別與模擬，在一定的范圍內(nèi)，建立多種可能的實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生最優(yōu)、最合理、最 符合地質(zhì)規(guī)律的模型設(shè)計(jì)方案，揭示地質(zhì)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、空間復(fù)雜的變化規(guī)律以及屬性參數(shù) 的分布特征，進(jìn)行綜合一體化和三維定量化的研究與管理，直接反映出地質(zhì)現(xiàn)象中的不確 定性等因素。三維地質(zhì)識別技術(shù)將為地質(zhì)學(xué)者的研究開發(fā)工作提供一個堅(jiān)實(shí)的支撐，提高 分析地質(zhì)體的能力，包括預(yù)測鉆孔位置、自動探明斷層產(chǎn)狀等，并且通過耦合研究區(qū)域多源 數(shù)據(jù)，完善空間信息處理的方法，提供統(tǒng)一的三維顯示通道，以支持在同一個坐標(biāo)系中勘探 數(shù)據(jù)的全方位、一體化顯示。改進(jìn)與完善空間地質(zhì)數(shù)據(jù)的集成或耦合方法、數(shù)據(jù)的表達(dá)形 式、空間地質(zhì)幾何形態(tài)的模型描述，已成為地質(zhì)學(xué)者的迫切需求。隨著勘探地球物理、遙感 影像處理等技術(shù)的迅速發(fā)展，使地質(zhì)數(shù)據(jù)、攝影測量數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)以及地球物理數(shù)據(jù)的三 維空間多源數(shù)據(jù)耦合成為可能，為快速、準(zhǔn)確地建立三維復(fù)雜地質(zhì)模型提供了前提，奠定了 基礎(chǔ)，拓寬了對包含逆沖斷層、倒轉(zhuǎn)褶皺等復(fù)雜地質(zhì)體進(jìn)行資源分析與評價的應(yīng)用范圍?；?于多源數(shù)據(jù)的地質(zhì)模型及其信息處理系統(tǒng)還能夠提供重要的經(jīng)濟(jì)決策依據(jù)，如投資優(yōu)先策 略、發(fā)展規(guī)劃、未來勘探預(yù)算等。一個VR地質(zhì)環(huán)境由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括輸入處理設(shè)備、輸出處理設(shè)備和專業(yè)圖形工作站或高性能PC 機(jī)。輸入處理設(shè)備主要是指數(shù)據(jù)采集設(shè)備，主要包括數(shù)據(jù)的野外采集設(shè)備、數(shù)據(jù)掃描 儀及繪圖儀等，完成數(shù)據(jù)的野外采集、數(shù)據(jù)的掃描及矢量化處理等任務(wù)。其它的輸入處理設(shè) 備主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互式輸入和批量輸入處理。通過輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，如2D/3D 數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入，同時實(shí)現(xiàn)用戶與VR場景的交互性操作，通過手、眼、頭等的位置和方向信 息，以確定繪制VR地質(zhì)的視點(diǎn)位置、跟蹤信息、對象拾取、VR漫游等。主要的輸入設(shè)備有鍵 盤、鼠標(biāo)、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、力反饋器等。位置跟蹤器主要用在沉浸式VR系統(tǒng)中，用 來測量用戶的頭部或者身體的某個部位的空間位置和角度，一般與其他VR設(shè)備結(jié)合使用， 如頭盔、立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套等，用戶在空間上能夠自由移動、旋轉(zhuǎn)。三維鼠標(biāo)可以控制VR場景做自由漫游，或控制場景中某個物體的空間位置及其方向，一般與數(shù)據(jù)手套、立體眼鏡 配合使用，可大幅度提高制作效率。數(shù)據(jù)手套是一種多模式的VR設(shè)備，可進(jìn)行VR場景中物 體的抓取、移動、旋轉(zhuǎn)等動作，也可以利用它的多模式性，用作一種控制場景漫游的工具。力 反饋器是VR研究中的一種重要的設(shè)備，該設(shè)備能使參與者實(shí)現(xiàn)VR環(huán)境中除視覺、聽覺之外 的第三感覺，即觸覺和力感，進(jìn)一步增強(qiáng)VR環(huán)境的交互性，從而真正體會到VR世界中的交 互真實(shí)感。輸出處理主要完成視覺信號、聽覺信號、觸覺信號以及嗅覺信號的輸出。目前，主 要還是以視覺信號和聽覺信號的輸出為主，且技術(shù)成熟。主要的輸出設(shè)備包括立體轉(zhuǎn)換器、 立體眼鏡、頭盔顯示器、立體投影幕、立體投影機(jī)等。立體轉(zhuǎn)換器將各種平面信號轉(zhuǎn)換為立 體信號，通過它可以實(shí)現(xiàn)視頻圖像從二維到三維的立體轉(zhuǎn)換，與IXD及DLP投影機(jī)的結(jié)合可 以在3D立體表現(xiàn)上，展示一個全真的立體空間。立體眼鏡是用于觀看立體場景、仿真效果 的計(jì)算機(jī)裝置，基于頁交換模式的立體眼鏡，分有線和無線兩種，是目前最為流行的VR觀 察設(shè)備。頭盔顯示器可單獨(dú)與主機(jī)相連以接受來自主機(jī)的立體或非立體圖形信號，使用者 可以不受外界環(huán)境的干擾，在視覺上可以達(dá)到沉浸式效果。立體投影幕是為滿足特殊仿真 的輸出需求，投影效果由多畫面拼接而成。根據(jù)投影的方式，可分為正頭、背投，或平面、拄 面投影，拄面投影可滿足現(xiàn)場沉浸感的需求。立體投影機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高分辨率、高清晰度、無 閃爍、大幅面逐行三維立體投影顯示。專業(yè)圖形工作站或高性能PC機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高速三維立體圖形處理能力，實(shí)現(xiàn)專業(yè) 三維圖形高質(zhì)量實(shí)時加速、實(shí)時交互。軟件部分主要包括輸入處理、輸出處理、三維地層識別與可視化分析相關(guān)技術(shù)以 及數(shù)據(jù)庫等，例如，VR視景驅(qū)動軟件、三維地質(zhì)識別軟件系統(tǒng)、VR開發(fā)平臺、Oracle數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)等。目前，國內(nèi)外進(jìn)行地層識別與可視化識別的方法主要有二大類第一類由密集數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為屬性模型，一般采用體素Voxel數(shù)據(jù)模型。這種識 別方法適用于掌握了充足的地質(zhì)數(shù)據(jù)(如2D/3D地震剖面)的應(yīng)用領(lǐng)域，識別過程中不需 要太多的解釋和插值擬合，模擬的精度比較高，但是由于不建立網(wǎng)格模型且不包含拓?fù)潢P(guān) 系，難以實(shí)現(xiàn)對于后期需要建立在網(wǎng)格模型基礎(chǔ)上的工程計(jì)算與應(yīng)用分析。第二類從一系列觀測資料或離散數(shù)據(jù)中確定地質(zhì)體的三維數(shù)據(jù)模型。這種識別方 法適用于不同比例尺數(shù)據(jù)的模擬，由于建立了地質(zhì)體的網(wǎng)格模型，易于實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)分析 與應(yīng)用，因此，也是目前采用比較廣泛的識別方法。這種方法又包含常用的兩種識別方式 基于剖面(section)的識別和基于層面(horizon)的識別。由法國ENSG組織研制的GOCAD的三維地質(zhì)識別及其解釋標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在全世界被廣 泛接收。自八十年代以來，Mallet領(lǐng)導(dǎo)的課題組始終致力于三維地質(zhì)識別的研究，主要從 事地質(zhì)構(gòu)造識別和地球物理學(xué)分析。構(gòu)造識別包括斷層和地層識別，由點(diǎn)、線重構(gòu)面以及由 2D剖面重構(gòu)3D幾何元的識別方式。EarthVision由Dynamic Graphics公司研制的三維識 別與可視化軟件，最新版本EarthVision 6正試圖簡化三維識別的處理過程，并將系統(tǒng)從 工作站移植到PC平臺，以降低90%的硬件費(fèi)用，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。EarthVision系統(tǒng)包括構(gòu) 造識別、巖層識別、剖面生成和幾何重構(gòu)等模塊，提供了最小張力法、克里金法等多種網(wǎng)格 插值方法，采用面向過程的三維識別方法。由美國Advanced Visual Systems公司推出的
6高級可視化系統(tǒng)AVS，提供對三維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和均勻計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行顯示和處理的圖形組建 基本技術(shù)，具有構(gòu)造等值面、等值線、顯示其范圍及走向，并用不同顏色顯示出多種參數(shù)及 其相互關(guān)系等功能。由挪威TECHN0GUIDE軟件公司研制的三維可視化識別軟件PETREL，采 用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)和多種數(shù)學(xué)方法以及隨機(jī)識別方法建立構(gòu)造模型、描述儲層參數(shù)、以及計(jì)算地 震和沉積相的分布。PETREL結(jié)合測井解釋、地質(zhì)解釋、地震解釋和地震屬性處理成果，將隨 機(jī)識別法與三維顯示技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，進(jìn)行油藏識別。然而，上述軟件主要針對石油勘探領(lǐng)域開發(fā)的系統(tǒng)，依賴于密集的、均一的樣本數(shù) 據(jù)，數(shù)據(jù)采樣不充足時，不確定性導(dǎo)致模型建立非常困難。LYNX是由加拿大LYNX Geosystems公司專門面向地質(zhì)采礦開發(fā)的軟件系統(tǒng)，可以 實(shí)現(xiàn)礦山開發(fā)、礦藏評價、采礦規(guī)劃等功能。提供塊體模型、多邊形模型和斷面礦脈模型等 幾何模型方法，集成實(shí)體插值、面插值、反向距離和KRIGING等插值方法。LYNX系統(tǒng)專門面 向煤礦設(shè)計(jì)與資源管理，沒有從理論上加以系統(tǒng)完整的研究，沒有面向通用平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)， 因此具有較強(qiáng)的局限性。Noddy系統(tǒng)由Monash大學(xué)開發(fā)研制，是采用運(yùn)動模擬識別方法的典型代表。它并 不直接建立地質(zhì)體模型，而是通過對初始模型應(yīng)用一系列標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)體變形，交互式地完成 復(fù)雜體的識別過程，類似機(jī)械CAD的識別理念。建立基于體元的數(shù)據(jù)模型。Noddy方法的缺 點(diǎn)就是不能夠直接融合樣本數(shù)據(jù)，極度不規(guī)則體的識別很難實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
經(jīng)過長期的研究開發(fā)，本發(fā)明克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的之一在于提供一 種三維地層幾何識別、多維屬性識別并結(jié)合靜態(tài)模擬可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的形態(tài)表 達(dá)(空間表達(dá))。本發(fā)明的進(jìn)一步目的在于提供一種物理規(guī)則、相關(guān)應(yīng)用的模型與識別分析方法 以及知識表達(dá)并結(jié)合動態(tài)模擬可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)模型的動態(tài)表達(dá)(時空表達(dá))。本發(fā)明的更進(jìn)一步目的還在于形態(tài)表達(dá)(空間表達(dá))與動態(tài)表達(dá)(時空表達(dá)) 最終實(shí)現(xiàn)VR地質(zhì)現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感構(gòu)建，即在計(jì)算機(jī)生成的VR環(huán)境中模擬實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的或 實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境，為地質(zhì)學(xué)者探索地表或地下世界的奧秘提 供一種嶄新的高科技手段。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分 析技術(shù)，包括以下步驟資料解釋與識別、地質(zhì)數(shù)據(jù)預(yù)處理、三維地層模型識別與構(gòu)建、空間 可視化分析修正。所述的資料解釋與識別，分為資料收集、整理分類、分析解析和推斷識別四個過 程；所述的地質(zhì)數(shù)據(jù)預(yù)處理，是根據(jù)上述的資料解釋與識別，將研究區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)分 為巖芯、地質(zhì)邊界、地層、斷層、褶皺、剖面(原始剖面、輔助剖面圖)、DTM/DEM數(shù)據(jù)等，按照 發(fā)明人研發(fā)的GeoSIS系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的矢量化處理，并完成數(shù)據(jù)輸入或?qū)?入；經(jīng)過數(shù)據(jù)效驗(yàn)檢測后，這些地質(zhì)數(shù)據(jù)將作為三維地層識別與構(gòu)建的依據(jù)。所述的三維地層模型識別與構(gòu)建是通過多源數(shù)據(jù)集成將上述的地質(zhì)數(shù)據(jù)融合到 三維空間進(jìn)行集成、識別與校正并實(shí)現(xiàn)一體化顯示；在此基礎(chǔ)上，首先建立褶皺模型、巖層初始模型、斷層模型等；然后，通過SSI運(yùn)算、曲面合并算法等建立地層面模型；繼而生成地 層實(shí)體模型，最終完成地層屬性模型的識別構(gòu)建。所述的地層面模型識別與構(gòu)建，主要包括以下幾個步驟1 進(jìn)行正確的地質(zhì)解 釋，通過地層識別對比，劃分不同的層面，確定每個層面的水平、垂直方向的變化規(guī)律；2 斷層面F = {F1，F(xiàn)2，. . · }的識別；3 地層面S= {S1，S2，. . . }的識別；4 邊界面B = {Bi， B2，....}重構(gòu)，并根據(jù)地質(zhì)體空間展布的幾何形態(tài)，標(biāo)注各個塊體Li ;5:根據(jù)2-4的操作 結(jié)果構(gòu)建地層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；6 根據(jù)所建立的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用層次遍歷算法，即可進(jìn)行地層 的自動識別、查找、維護(hù)等操作。步驟1、2、3、4均設(shè)置誤差檢測機(jī)制，可以通過交互方式重 構(gòu)模型，獲得滿意的、真實(shí)的三維地層模型。所述的空間可視化分析修正，是對建立的模型進(jìn)行可靠性檢測與修正，如果模型 精度無法滿足用戶需求，則反饋到地層識別等階段，并提供修正的方案和策略。上述的每個步驟都需要依據(jù)“空間信息質(zhì)量檢測模型”進(jìn)行相應(yīng)的效驗(yàn)檢測，如果 不滿足條件或用戶需求，需要回溯上一個流程重新修整數(shù)據(jù)、參數(shù)或模型?？臻g信息質(zhì)量檢 測模型是保證減少數(shù)據(jù)誤差、提高模型精度的有效方法。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了三維地層幾何識別、多維屬性識別并結(jié)合 靜態(tài)模擬可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的形態(tài)表達(dá)(空間表達(dá))，和物理規(guī)則、相關(guān)應(yīng)用的模 型與方法以及知識表達(dá)并結(jié)合動態(tài)模擬可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)模型的動態(tài)表達(dá)(時空表 達(dá))，并最終實(shí)現(xiàn)了形態(tài)表達(dá)(空間表達(dá))與動態(tài)表達(dá)(時空表達(dá))VR地質(zhì)現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感構(gòu) 建，即在計(jì)算機(jī)生成的VR環(huán)境中模擬實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的或?qū)嶋H上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí) 現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境，為地質(zhì)學(xué)者探索地表或地下世界的奧秘提供一種嶄新的高科技手段，實(shí)現(xiàn) 了發(fā)明目的；為地質(zhì)學(xué)者的研究開發(fā)工作提供一個堅(jiān)實(shí)的支撐，提高分析地質(zhì)體的能力，包 括預(yù)測鉆孔位置、自動探明斷層產(chǎn)狀等，并且通過耦合研究區(qū)域多源數(shù)據(jù)，完善空間信息處 理的方法，提供統(tǒng)一的三維顯示通道，以支持在同一個坐標(biāo)系中勘探數(shù)據(jù)的全方位、一體化 顯示。改進(jìn)與完善空間地質(zhì)數(shù)據(jù)的集成或耦合方法、數(shù)據(jù)的表達(dá)形式、空間地質(zhì)幾何形態(tài)的 模型描述。


圖1 本發(fā)明VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)流程圖。圖2 本發(fā)明復(fù)雜地層單元分裂模型。圖3 本發(fā)明表示斷層網(wǎng)格模型與鉆孔柱狀模型的疊加顯示圖。圖4(a)分別表示識別構(gòu)建的第四紀(jì)沉積層的砂粘土層和礫卵層的層面模型圖；圖4(b)自頂向下分別表示識別構(gòu)建的砂巖、鋁土質(zhì)粘土巖、砂巖層、煤5、砂巖、煤 7、砂巖高嶺土、煤8、砂巖、煤9、砂巖、煤11、砂巖、煤12-1、砂巖、煤12-2、泥硅質(zhì)砂巖、煤12 下、砂巖/灰?guī)r層、煤14-1、粉砂粘土巖層、k3、粉砂粘土巖層、鋁土質(zhì)粘土巖、奧灰的地層層 面模型圖；圖4(c)為主要煤層的層面模型圖。圖5 (a)為建立的三維地質(zhì)可視化實(shí)體地層模型圖；圖5(b)為剝離了部分地層之后的實(shí)體模型；圖5(c)為9號煤、12-1號媒、12下號煤三煤層疊加鉆孔、斷層數(shù)據(jù)模型；
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圖6 (a)為9號煤層等值線疊加光照模型圖；圖6(b)為對煤層進(jìn)行開挖計(jì)算操作之后的模型圖。
具體實(shí)施例方式VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，如圖1所示包括以下步驟資料解釋與識 別、地質(zhì)數(shù)據(jù)預(yù)處理、三維地層模型識別與構(gòu)建、空間可視化分析修正。所述的資料解釋與識別，分為資料收集、整理分類、分析解析和推斷識別四個過 程；所述的資料收集主要完成對研究區(qū)原始資料的收集，包括地質(zhì)資料、勘探工程資 料和物探資料三類。其中，地質(zhì)資料是地質(zhì)隊(duì)提供的地質(zhì)報(bào)告及相關(guān)附件；勘探工程資料主 要包括鉆井或坑道坐標(biāo)、方位等工程空間位置數(shù)據(jù)，揭示巖層的巖性、產(chǎn)狀、構(gòu)造性質(zhì)等特 征數(shù)據(jù)以及鉆孔柱狀圖、采樣位置圖等圖件；物探資料指采用物探方法所獲得的各種數(shù)據(jù) 及圖件。所述的整理分類是對不同的原始資料采用不同的處理方法，對原始資料按類別進(jìn)
行整理。所述的分析解析是對以文字、圖表、圖紙(如柱狀圖、剖面圖)的形式描述的地質(zhì) 資料和勘探資料的分析、理解和判斷，進(jìn)而確定標(biāo)志層，依據(jù)相應(yīng)的規(guī)則，進(jìn)行地層對比。所述的推斷識別是在遵循基本地質(zhì)規(guī)律的前提下進(jìn)行推斷，依據(jù)上述的地層對比 情況，實(shí)現(xiàn)各鉆孔之間對應(yīng)地層的合理連接，最終確定研究區(qū)地質(zhì)體及相關(guān)構(gòu)造的空間分 布情況。所述的地質(zhì)數(shù)據(jù)預(yù)處理，是根據(jù)上述的資料解釋與識別，將研究區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)分 為巖芯、地質(zhì)邊界、地層、斷層、褶皺、剖面(原始剖面、輔助剖面圖)、DTM/DEM數(shù)據(jù)等，按照 GeoSIS系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的矢量化處理，并完成數(shù)據(jù)輸入或?qū)?。所述的三維地層模型識別與構(gòu)建是通過多源數(shù)據(jù)集成將上述的地質(zhì)數(shù)據(jù)融合到 三維空間進(jìn)行集成、識別與校正并實(shí)現(xiàn)一體化顯示；在此基礎(chǔ)上，首先建立褶皺模型、巖層 初始模型、斷層模型等；然后，通過SSI運(yùn)算、曲面合并算法等建立地層面模型；繼而生成地 層實(shí)體模型，最終完成地層屬性模型的識別構(gòu)建。所述的多源數(shù)據(jù)集成方法主要包括以下幾個步驟1 對不同來源的各種數(shù)字化 地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，以獲得一系列2D、2. 5-D、3D數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)，如地層界線、2D 剖面、地形/煤層等高線；2 通過GeoSIS系統(tǒng)提供的一系列接口工具(如SHP圖層接口工 具、CAD接口工具、異構(gòu)文件接口工具)，將數(shù)字化地質(zhì)數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入VR地質(zhì)環(huán)境中，并進(jìn)行 初始的數(shù)據(jù)檢測與修正，識別有效輸入數(shù)據(jù)；3 對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)操作，權(quán)值范圍在0 1之間；4 釋放內(nèi)存空間；5 采用最優(yōu)化匹配規(guī)則，設(shè)置空間一致性參數(shù)(如擾動閥值參 數(shù)、等值參數(shù))，將各組數(shù)據(jù)依次導(dǎo)入VR地質(zhì)環(huán)境中；6 利用空間信息質(zhì)量檢測模型進(jìn)行數(shù) 據(jù)一致性檢測，如果檢測結(jié)果不滿足要求，需要轉(zhuǎn)入步驟3重新操作；7 從地質(zhì)數(shù)據(jù)中抽象 出各種幾何對象，如巖芯數(shù)據(jù)以點(diǎn)或線對象存取、從地震剖面中提取的點(diǎn)或線及多邊形對 象等，并將各種幾何對象融合到VR地質(zhì)環(huán)境中，保證所有數(shù)據(jù)的一致性，同時減少數(shù)據(jù)冗余ο所述的地層面模型識別與構(gòu)建，主要包括以下幾個步驟1 進(jìn)行正確的地質(zhì)解釋，通過地層識別對比，劃分不同的層面，確定每個層面的水平、垂直方向的變化規(guī)律；2 斷層面F= {F1，F(xiàn)2，. . . }的識別；3 :地層面S = {S1，S2，. . . }的識別；4 邊界面B= {Bi， B2，. . . }重構(gòu)，并根據(jù)地質(zhì)體空間展布的幾何形態(tài)，標(biāo)注各個塊體Li ；5 根據(jù)2-4的操作結(jié) 果構(gòu)建地層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；6 根據(jù)所建立的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用層次遍歷算法，即可進(jìn)行地層的 自動識別、查找、維護(hù)等操作。步驟1、2、3、4均設(shè)置誤差檢測機(jī)制，可以通過交互方式重構(gòu) 模型，獲得三維地層模型。所述的斷層面F = {F1，F(xiàn)2，. . . }的識別，是根據(jù)采樣區(qū)域的巖芯數(shù)據(jù)和斷層屬性， 確定已知相鄰斷點(diǎn)參數(shù)形成的平面方程，并計(jì)算平面與平面之間的交線，然后，自動推演未 知的斷點(diǎn)參數(shù)，擬合斷層面，創(chuàng)建所有斷層將地質(zhì)體各地層切割后的斷層網(wǎng)絡(luò)層次鏈表，建 立斷層的數(shù)學(xué)模型。假定研究區(qū)有m條斷層，對于每條斷層Fi(l ^m)能夠從點(diǎn)類列表 中獲得第i條斷層的所有斷點(diǎn)，執(zhí)行以下操作1 如果斷層數(shù)據(jù)足以充分地描述第i條斷 層的空間分布情況，則轉(zhuǎn)3 ;2 如果斷層數(shù)據(jù)不足，第i條斷層僅有來自剖面的兩個斷點(diǎn)、以 及來自鉆孔的一個斷點(diǎn)，那么需要根據(jù)斷層屬性推演斷層面；3 基于第i條斷層上的離散 斷點(diǎn)進(jìn)行約束三角化，形成TIN斷層面模型；4:將Fi加入斷層面集合中，即F = F U {Fi}； 5 當(dāng)i =m時，停止斷層識別；6 在m條斷層之間計(jì)算相交斷層面的交點(diǎn)，并將交點(diǎn)插入到 相應(yīng)的點(diǎn)類列表當(dāng)中，對存在交點(diǎn)的斷層面執(zhí)行局部TIN重構(gòu)算法。所述的地層面S = {Si，S2, ...}的識別，具體步驟如下1 針對可利用的有效資 料，首先進(jìn)行分層識別，將研究區(qū)概化為有限的地層，如M層地層；2 對于Vje (0~M)，即 對于每一個地層，假如其上層或下層均未出現(xiàn)地層漸滅等不整合現(xiàn)象，則轉(zhuǎn)入5 ；否則執(zhí)行 下一步；3 根據(jù)地層剖面、鉆孔數(shù)據(jù)等，解釋并識別上下底板地層的邊界；4 對于第j層， 采用最小優(yōu)化覆蓋方法，進(jìn)行任意2-2自動求交運(yùn)算，并將交點(diǎn)分別插入相應(yīng)的邊界中，同 時，采用逐點(diǎn)跟蹤技術(shù)，自動形成符合最小優(yōu)化覆蓋的地層邊界區(qū)域；5 假定第j層由上述 操作劃分為η個地層面，則對于每個層面Si (1彡i彡η)，執(zhí)行以下操作1)如果用于層面 識別的數(shù)據(jù)比較豐富，則直接轉(zhuǎn)入5) ；2)研究區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)主要包括鉆孔數(shù)據(jù)、剖面數(shù)據(jù)、 以及從地質(zhì)圖提取的地質(zhì)邊界，合并生成它們的點(diǎn)集P= {}，其中，來自地質(zhì)邊界等2D圖層 的點(diǎn)(X，y)需要插值其ζ值；3)由用戶給定網(wǎng)格密度值d，生成規(guī)則點(diǎn)集R= {}，同時，采 用基于kriging的分區(qū)插值方法，計(jì)算其ζ值；4)采用聚類算法，以R作為候選點(diǎn)集，假定 δ為兩點(diǎn)距離的閾值，以確定點(diǎn)的相似度。對于每一個點(diǎn)P e P，如果存在一個點(diǎn)r e R，使 得|pr| < δ，則從R中刪除r;5)以地質(zhì)邊界和地質(zhì)構(gòu)造邊界為約束邊，利用約束三角化 算法生成TIN網(wǎng)格模型Si ；6)將Si加入地層面集合中，即S = SU {Si} ；7)當(dāng)i = η時， 停止地層識別；8)對于VieS,VjeF，如果Si Π Fj Φ Φ，則計(jì)算它們的交點(diǎn)，并搜索其影響 域Ε。如果對于VteE,則刪除t，重構(gòu)Si或Fj的E中的TIN模型；6 :當(dāng)j =M時，地層面S ={S1，S2，...}的識別完成。所述的邊界面B= {B1，B2，...}重構(gòu)，是由于存在地/斷層尖滅等地質(zhì)現(xiàn)象，地/ 斷層網(wǎng)絡(luò)形成了或者開放或者封閉的邊界區(qū)域，通過重構(gòu)邊界面B = {}，記錄這些邊界信 肩、ο所述的地層實(shí)體模型構(gòu)建是指在建立的上述地層面模型L的基礎(chǔ)上繼而構(gòu)建實(shí) 體模型，具體步驟如下1 選定兩個層面模型作為六面體實(shí)體模型構(gòu)建的頂面(Lm)和低面 (Ln)，其中，設(shè)Lm < Ln ；2 定義坐標(biāo)系0 (i，j，k)，使得i、j沿著地質(zhì)體在水平方向的趨勢設(shè)置，k沿著地質(zhì)體的垂向設(shè)置；3 根據(jù)地質(zhì)體的尺度、分辨率、密度等要求，分別設(shè)計(jì)i、j方 向的網(wǎng)格個數(shù)，同時在局部區(qū)域可以根據(jù)密度的不同需求減少或增加網(wǎng)格的個數(shù)，例如，在 斷層附近可以增加i或j方向的網(wǎng)格，通過構(gòu)建矢量-柵格網(wǎng)格模型，保證模型的精度；4 將頂面和低面投影到水平方向，生成頂面和低面的2D網(wǎng)格。對于復(fù)雜的地質(zhì)體，以地質(zhì)邊 界或斷層為約束線，當(dāng)約束線穿越網(wǎng)格單元時，執(zhí)行單元分裂算法構(gòu)建復(fù)雜地層單元分裂 模型，如圖2所示，目的是準(zhǔn)確地刻畫地質(zhì)邊界或斷層的空間展布；5 建立頂面和低面的對 應(yīng)關(guān)系，尤其是在頂面和低面上斷層線的對應(yīng)關(guān)系，生成3D的六面體網(wǎng)格，記為H0 ；6 如果 在頂面和低面之間還有其它一個或多個地層(如Ld)，其中，Lm < Ld < Ln，則將Ld的層面模 型與六面體模型Htl進(jìn)行Boolean運(yùn)算，得到最終的六面體網(wǎng)格模型，這個模型刻畫了由頂 面到低面的所有地層。所述的地層屬性模型識別具體步驟如下1 建立屬性數(shù)據(jù)庫，并保證每一對象類 別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中擁有一個關(guān)鍵字，且關(guān)鍵字是唯一的；2 建立上述地層實(shí)體模型；其中，地 層實(shí)體模型中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立同樣要遵循1所述的原則，即保證關(guān)鍵字的唯一性；3 如果 原始屬性數(shù)據(jù)數(shù)量較少，屬性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)值與地層實(shí)體模型中的空間實(shí)體之間存在一 對多(即l:n)的ER關(guān)系，則需要通過使用基于Kriging地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法或高斯過程、人工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)模擬方法來預(yù)測或估計(jì)模型中未知點(diǎn)的屬性值；4 建立屬性數(shù)據(jù)庫與地層 實(shí)體模型的對應(yīng)關(guān)系，將屬性數(shù)據(jù)庫中的屬性值附加/疊加在地層實(shí)體模型中網(wǎng)格的空間 節(jié)點(diǎn)上，屬性值覆蓋整個模型，以反映屬性的空間變化特征。所述的空間可視化分析修正，是對建立的模型進(jìn)行可靠性識別與修正，如果模型 精度無法滿足用戶需求，則反饋到地層識別等階段，并提供修正的方案和策略，直至達(dá)到用 戶需求或質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)為止。具體方法如下1 對地層進(jìn)行趨勢面分析；2 可執(zhí)行等值線 或等厚線填充計(jì)算，并與原始地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對；3 根據(jù)研究區(qū)實(shí)際數(shù)據(jù)、功能需求等，在 地層模型上疊加光照模型或?qū)Φ貙幽Ｐ瓦M(jìn)行紋理映射，以捕捉整體或局部區(qū)域的誤差；4 對地層模型進(jìn)行立體剖分、開挖計(jì)算等操作，針對地層內(nèi)部識別的正確性與合理性進(jìn)行深 入判斷；5 采用虛擬鉆孔模擬測試特定位置地層識別的精度。上述的每個步驟都需要依據(jù)“空間信息質(zhì)量檢測模型”進(jìn)行相應(yīng)的效驗(yàn)檢測。所述的空間信息質(zhì)量檢測模型由五部分組成1)進(jìn)行多源數(shù)據(jù)集成中邏輯不一 致性分析，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)集成、實(shí)體識別與構(gòu)建、屬性識別與構(gòu)建等環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)不完整性分 析；2)誤差檢測滲透到識別的各個環(huán)節(jié)中，如涉及到空間點(diǎn)、線、面、體的幾何檢測；屬性分 布情況的誤差檢測；以及相關(guān)算法和規(guī)則的檢測分析；3)基于上述分析測試結(jié)果，結(jié)合質(zhì) 量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行誤差分析與誤差校正；4)通過質(zhì)量評估主要評價模型的精度、可靠度等指標(biāo) 是否符合實(shí)際及應(yīng)用需求。實(shí)施例1以開溧集團(tuán)某煤礦為例，介紹VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，主要步驟與 識別結(jié)果如下1.采用多源數(shù)據(jù)集成與不確定性分析等理論方法，將經(jīng)過預(yù)處理的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行 集成、耦合、轉(zhuǎn)換，同時，根據(jù)空間信息質(zhì)量檢測模型進(jìn)行數(shù)據(jù)不完整性、邏輯不一致性等不 確定性分析、誤差檢測與誤差分析校正。2.斷層面識別。從研究區(qū)域搜集的資料來看，由于鉆孔和2D剖面數(shù)據(jù)有限，幾乎所有的斷層都無法通過來自鉆孔或2D剖面的數(shù)據(jù)控制其空間產(chǎn)狀?；跀鄬訑?shù)學(xué)模型的 理論方法，在推演斷層面的基礎(chǔ)上，結(jié)合有效的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步插值、擬合各個斷層 面，獲得了合理解釋的斷層的空間數(shù)學(xué)模型。圖3表示斷層網(wǎng)絡(luò)模型與鉆孔柱狀模型的疊 加顯示，總共刻畫了 49條3D斷層模型。斷層模型以.sis文件形式保存。3.地層面識別。首先定義一個初始模板，作為重構(gòu)層面模型的參考格式；之后，基 于鉆孔數(shù)據(jù)、地質(zhì)邊界、DEM數(shù)據(jù)、斷層數(shù)據(jù)、層面數(shù)據(jù)以及剖面數(shù)據(jù)，自頂向下依次建立每 個層面模型。圖4(a)分別表示第四紀(jì)沉積層的砂粘土層和礫卵層的層面模型；圖4(b)自 頂向下分別表示砂巖、鋁土質(zhì)粘土巖、砂巖層、煤5、砂巖、煤7、砂巖高嶺土、煤8、砂巖、煤9、 砂巖、煤11、砂巖、煤12-1、砂巖、煤12-2、泥硅質(zhì)砂巖、煤12下、砂巖/灰?guī)r層、煤14_1、粉 砂粘土巖層、k3、粉砂粘土巖層、鋁土質(zhì)粘土巖、奧灰的層面模型；圖4(c)為僅僅選取主要 煤層的層面模型，并在Z方向進(jìn)行了拉伸/偏移。用R-Tree鏈表結(jié)構(gòu)對層狀框架模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲管理，并將二維層狀框架模 型轉(zhuǎn)化為“.sis”文件作為臨時層面文件保存。4.地層實(shí)體模型構(gòu)建。在斷層模型、層面模型的基礎(chǔ)上，首先計(jì)算層面與層面、層 面與斷層、斷層與斷層之間的交點(diǎn)，重構(gòu)存在交點(diǎn)的面狀網(wǎng)格模型；之后，基于斷層、層面模 型，建立點(diǎn)、邊、面及體幾何對象之間的微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及地層、地質(zhì)構(gòu)造等實(shí)體對象之間 的宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，重構(gòu)B-r印實(shí)體模型，在此基礎(chǔ)上建立了 3D grid模型。圖5 (a)為建立 的三維地質(zhì)可視化實(shí)體模型圖，圖5(b)為剝離了部分地層之后的實(shí)體模型，其中，左圖為 剝離了第四紀(jì)沉積層的砂粘土層和礫卵層之后的實(shí)體模型；右圖表示自煤5向下的各個地 層模型；圖5(c)為9號煤、12-1號媒、12下號煤三煤層疊加鉆孔、斷層數(shù)據(jù)模型。5.建立屬性數(shù)據(jù)庫與地層模型間的對應(yīng)關(guān)系，對網(wǎng)格模型中的每個網(wǎng)塊、面片、邊 或節(jié)點(diǎn)賦予各自的參數(shù)值，可依據(jù)三維空間分布情況完成地質(zhì)統(tǒng)計(jì)等計(jì)算，以反映屬性的 空間變化特征，形成三維地質(zhì)體的數(shù)值模擬。6.對上述建立的模型進(jìn)行空間可視化分析修正，如圖6 (a)為9號煤層等值線疊加 光照模型圖，圖6(b)為對煤層進(jìn)行開挖計(jì)算操作之后的模型圖。如果模型精度無法滿足用 戶需求，根據(jù)采用的不同方法提供的修正方案，反饋到相應(yīng)地層識別等階段重新修整或補(bǔ) 充，直至達(dá)到用戶需求或質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)為止。
權(quán)利要求
VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，在資料解釋與識別基礎(chǔ)上，其特征在于包括以下步驟1)地質(zhì)數(shù)據(jù)預(yù)處理、2)三維地層模型識別與構(gòu)建、3)空間可視化分析修正；上述的每個步驟都需要依據(jù)“空間信息質(zhì)量檢測模型”進(jìn)行相應(yīng)的效驗(yàn)檢測；所述的空間信息質(zhì)量檢測模型由五部分組成1)進(jìn)行多源數(shù)據(jù)集成中邏輯不一致性分析，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)集成、實(shí)體識別與構(gòu)建、屬性識別與構(gòu)建等環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)不完整性分析；2)誤差檢測滲透到識別的各個環(huán)節(jié)中，如涉及到空間點(diǎn)、線、面、體的幾何檢測；屬性分布情況的誤差檢測；以及相關(guān)算法和規(guī)則的檢測分析；3)基于上述分析測試結(jié)果，結(jié)合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行誤差分析與誤差校正；4)通過質(zhì)量評估主要評價模型的精度、可靠度等指標(biāo)是否符合實(shí)際及應(yīng)用需求。
2.根據(jù)權(quán)利要求IVR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，其特征在于所述的地質(zhì)數(shù) 據(jù)預(yù)處理，是根據(jù)上述的資料解釋與識別，將研究區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)分為巖芯、地質(zhì)邊界、地 層、斷層、褶皺、剖面(原始剖面、輔助剖面圖)、DTM/DEM數(shù)據(jù)，按照發(fā)明人研發(fā)的GeoSIS系 統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的矢量化處理，并完成數(shù)據(jù)輸入或?qū)搿?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求IVR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，其特征在于所述的三維地 層模型識別與構(gòu)建是通過多源數(shù)據(jù)集成將上述的地質(zhì)數(shù)據(jù)融合到三維空間進(jìn)行集成、識別 與校正并實(shí)現(xiàn)一體化顯示；在此基礎(chǔ)上，首先建立褶皺模型、巖層初始模型、斷層模型等； 然后，通過SSI運(yùn)算、曲面合并算法建立地層面模型；繼而生成地層實(shí)體模型；最終完成地 層屬性模型的構(gòu)建。
4.根據(jù)權(quán)利要求3VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，其特征在于所述的多源數(shù) 據(jù)集成方法主要包括以下幾個步驟1)對不同來源的各種數(shù)字化地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，以獲得一系列2D、2.5-D、3D 數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)，如地層界線、2D剖面、地形/煤層等高線；2)通過GeoSIS系統(tǒng)提供的一系列接口工具(如SHP圖層接口工具、CAD接口工具、異 構(gòu)文件接口工具)，將數(shù)字化地質(zhì)數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入VR地質(zhì)環(huán)境中，并進(jìn)行初始的數(shù)據(jù)檢測與 修正，識別有效輸入數(shù)據(jù)；3)對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)操作，權(quán)值范圍在O 1之間；4)釋放內(nèi)存空間；5)采用最優(yōu)化匹配規(guī)則，設(shè)置空間一致性參數(shù)(如擾動閥值參數(shù)、等值參數(shù))，將各組 數(shù)據(jù)依次導(dǎo)入VR地質(zhì)環(huán)境中；6)利用空間信息質(zhì)量檢測模型進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性檢測，如果檢測結(jié)果不滿足要求，需要 轉(zhuǎn)入步驟3重新操作；7)從地質(zhì)數(shù)據(jù)中抽象出各種幾何對象，如巖芯數(shù)據(jù)以點(diǎn)或線對象存取、從地震剖面中 提取的點(diǎn)或線及多邊形對象等，并將各種幾何對象融合到VR地質(zhì)環(huán)境中，保證所有數(shù)據(jù)的 一致性，同時減少數(shù)據(jù)冗余。
5.根據(jù)權(quán)利要求3VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，其特征在于所述的地層面模型識別與構(gòu)建，主要包括以下幾個步驟(1)進(jìn)行正確的地質(zhì)解釋，通過地層識別對比，劃分不同的層面，確定每個層面的水平、 垂直方向的變化規(guī)律；(2):斷層面F={F1，F(xiàn)2，...}的識別；(3)地層面S={Si，S2，…}的識別；(4)邊界面B={B1，B2，...}重構(gòu)，并根據(jù)地質(zhì)體空間展布的幾何形態(tài)，標(biāo)注各個塊體Li ；(5)根據(jù)2-4的操作結(jié)果構(gòu)建地層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；(6)根據(jù)所建立的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用層次遍歷算法，即可進(jìn)行地層的自動識別、查找、維護(hù) 等操作。步驟1、2、3、4均設(shè)置誤差檢測機(jī)制，可以通過交互方式重構(gòu)模型，獲得三維地層模 型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，其特征在于所述的斷層面 F= {F1，F(xiàn)2，...}的識別，是根據(jù)采樣區(qū)域的巖芯數(shù)據(jù)和斷層屬性，確定已知相鄰斷點(diǎn)參數(shù) 形成的平面方程，并計(jì)算平面與平面之間的交線，然后，自動推演未知的斷點(diǎn)參數(shù)，擬合斷 層面，創(chuàng)建所有斷層將地質(zhì)體各地層切割后的斷層網(wǎng)絡(luò)層次鏈表，建立斷層的數(shù)學(xué)模型。假 定研究區(qū)有m條斷層，對于每條斷層Fi(1≤i≤m)能夠從點(diǎn)類列表中獲得第i條斷層的 所有斷點(diǎn)，執(zhí)行以下操作(1)如果斷層數(shù)據(jù)足以充分地描述第i條斷層的空間分布情況，則轉(zhuǎn)3；(2)如果斷層數(shù)據(jù)不足，第i條斷層僅有來自剖面的兩個斷點(diǎn)、以及來自鉆孔的一個斷 點(diǎn)，那么需要根據(jù)斷層屬性推演斷層面；(3)基于第i條斷層上的離散斷點(diǎn)進(jìn)行約束三角化，形成TIN斷層面模型；(4)將Fi加入斷層面集合中，即F= FU {Fi}；(5)當(dāng)i=m時，停止斷層識別；(6)在m條斷層之間計(jì)算相交斷層面的交點(diǎn)，并將交點(diǎn)插入到相應(yīng)的點(diǎn)類列表當(dāng)中，對 存在交點(diǎn)的斷層面執(zhí)行局部TIN重構(gòu)操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，其特征在于所述的地層面S ={Si，S2，…}的識別，具體步驟如下1)針對可利用的有效資料，首先進(jìn)行分層識別，將研究區(qū)概化為有限的地層，如M層 地層；2)對于Vje(0 M)，即對于每一個地層，假如其上層或下層均未出現(xiàn)地層漸滅等不 整合現(xiàn)象，則轉(zhuǎn)入5 ；否則執(zhí)行下一步；3)根據(jù)地層剖面、鉆孔數(shù)據(jù)等，解釋并識別上下底板地層的邊界；4)對于第j層，采用最小優(yōu)化覆蓋方法，進(jìn)行任意2-2自動求交運(yùn)算，并將交點(diǎn)分別插 入相應(yīng)的邊界中，同時，采用逐點(diǎn)跟蹤技術(shù)，自動形成符合最小優(yōu)化覆蓋的地層邊界區(qū)域；5):假定第j層由上述操作劃分為η個地層面，則對于每個層面Si(1 ≤i ≤ η)，執(zhí)行 以下操作①如果用于層面識別的數(shù)據(jù)比較豐富，則直接轉(zhuǎn)入⑤；②研究區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)主要包括鉆孔數(shù)據(jù)、剖面數(shù)據(jù)、以及從地質(zhì)圖提取的地質(zhì)邊界，合 并生成它們的點(diǎn)集P= {}，其中，來自地質(zhì)邊界等2D圖層的點(diǎn)(x，y)需要插值其ζ值；③由用戶給定網(wǎng)格密度值d，生成規(guī)則點(diǎn)集R= {}，同時，采用基于kriging的分區(qū)插 值方法，計(jì)算其ζ值；④采用聚類算法，以R作為候選點(diǎn)集，假定S為兩點(diǎn)距離的閾值，以確定點(diǎn)的相似度。 對于每一個點(diǎn)P e P，如果存在一個點(diǎn)r e R，使得| Pr | < δ ,則從R中刪除r ；⑤以地質(zhì)邊界和地質(zhì)構(gòu)造邊界為約束邊，利用約束三角化算法生成TIN網(wǎng)格模型Si；⑥將Si加入地層面集合中，即S= SU {Si}；⑦當(dāng)i=n時，停止地層識別；⑧對于VieS,VjeF，如果Si η Fj Φ Φ，則計(jì)算它們的交點(diǎn)，并搜索其影響域Ε。如果 對于VteE，則刪除t，重構(gòu)Si或Fj的E中的TIN模型；6)當(dāng)j = M時，地層面S = {Si，S2, ...}的識別完成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，其特征在于所述的邊界面 B= {B1，B2，...}重構(gòu)，是由于存在地/斷層尖滅等地質(zhì)現(xiàn)象，地/斷層網(wǎng)絡(luò)形成了或者開 放或者封閉的邊界區(qū)域，通過重構(gòu)邊界面B = {}，記錄這些邊界信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求3VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，其特征在于所述的地層屬 性模型識別具體步驟如下1 建立屬性數(shù)據(jù)庫，并保證每一對象類別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中擁有一 個關(guān)鍵字，且關(guān)鍵字是唯一的；2 建立上述地層實(shí)體模型；其中，地層實(shí)體模型中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 的建立同樣要遵循1所述的原則，即保證關(guān)鍵字的唯一性；3 如果原始屬性數(shù)據(jù)數(shù)量較少， 屬性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)值與地層實(shí)體模型中的空間實(shí)體之間存在一對多(即l:n)的ER關(guān) 系，則需要通過使用基于Kriging地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法或高斯過程、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)模擬方 法來預(yù)測或估計(jì)模型中未知點(diǎn)的屬性值；4 建立屬性數(shù)據(jù)庫與地層實(shí)體模型的對應(yīng)關(guān)系， 將屬性數(shù)據(jù)庫中的屬性值附加/疊加在地層實(shí)體模型中網(wǎng)格的空間節(jié)點(diǎn)上，屬性值覆蓋整 個模型，以反映屬性的空間變化特征。
10.根據(jù)權(quán)利要求IVR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，其特征在于所述的空間可 視化分析修正，是對建立的模型進(jìn)行可靠性識別與修正，如果模型精度無法滿足用戶需求， 則反饋到地層識別等階段，并提供修正的方案和策略，直至達(dá)到用戶需求或質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn) 為止。
全文摘要
VR地質(zhì)環(huán)境下的地層識別與分析技術(shù)，在資料解釋與識別基礎(chǔ)上，包括以下步驟1)地質(zhì)數(shù)據(jù)預(yù)處理、2)三維地層模型識別與構(gòu)建、3)空間可視化分析修正；上述的每個步驟都需要依據(jù)“空間信息質(zhì)量檢測模型”進(jìn)行相應(yīng)的效驗(yàn)檢測。提供了一種三維地層幾何識別、多維屬性識別并結(jié)合靜態(tài)模擬可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的形態(tài)表達(dá)(空間表達(dá))，和一種物理規(guī)則、相關(guān)應(yīng)用的模型與識別分析方法以及知識表達(dá)并結(jié)合動態(tài)模擬可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)模型的動態(tài)表達(dá)(時空表達(dá))，最終實(shí)現(xiàn)VR地質(zhì)現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感構(gòu)建，即在計(jì)算機(jī)生成的VR環(huán)境中模擬實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的或?qū)嶋H上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境，為地質(zhì)學(xué)者提供一種嶄新的高科技手段。
文檔編號E21B49/00GK101906965SQ201010225990
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者徐華, 武強(qiáng) 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)