專利名稱：一種工程地質(zhì)剖面圖的計(jì)算機(jī)圖形生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程地質(zhì)剖面圖生成方法，特別是涉及一種利用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn) 的工程地質(zhì)剖面圖生成方法，屬于適用于特定功能的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算處理方法領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工程地質(zhì)剖面圖是按一定的比例尺表示地質(zhì)體在垂向剖面上的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及其相 互關(guān)系的圖件，是地質(zhì)內(nèi)容最基本的表示形式，其內(nèi)容與精度關(guān)系到整個(gè)勘探成果的質(zhì)量， 直接影響到下一道工序。工程地質(zhì)剖面圖的制作工作量大、工作繁瑣、重復(fù)過程多，目前多 由計(jì)算機(jī)輔助完成。但當(dāng)前業(yè)內(nèi)主流的CAD系統(tǒng)僅能生成圖框、圖例和地質(zhì)鉆孔(或其它 勘探手段的勘探點(diǎn))等等，對(duì)于地層的比對(duì)以及地層剖面線的連接則主要依靠用戶的腦力 分析與手工繪制。部分CAD系統(tǒng)能對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的剖面進(jìn)行分析并產(chǎn)生正確的連層結(jié)果，但 無法處理具有地層尖滅、透鏡體等現(xiàn)象的復(fù)雜剖面。因此在計(jì)算機(jī)輔助的工程地質(zhì)剖面圖 生成中，工程地質(zhì)剖面圖地層的自動(dòng)連線一直是一個(gè)難以完全解決的技術(shù)問題，其根本問 題在于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)處理方法無法有效完成對(duì)地層信息的分析比對(duì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供利用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)的工程地質(zhì)剖 面圖生成方法，該方法能夠有效實(shí)現(xiàn)地層信息的分析比對(duì)，找出兩個(gè)地層序列中的最優(yōu)層 樣本匹配，并合理地連接地層剖面線。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種工程地質(zhì)剖面圖的計(jì)算機(jī)圖形生成方法，首先在工程場(chǎng)地采集地層樣本，其 次根據(jù)工程場(chǎng)地相鄰地點(diǎn)地層樣本的地層序列比對(duì)找出比對(duì)地層序列中的最優(yōu)地層樣本 匹配結(jié)果，再根據(jù)地層匹配結(jié)果繪制工程地質(zhì)剖面圖其特征在于所述地層序列的比對(duì)采 用Smith-Waterman序列比對(duì)算法。上述方法中采用的Smith-Waterman序列比對(duì)算法是生物信息學(xué)中生物雙序列比 對(duì)算法中的基礎(chǔ)算法。該算法本質(zhì)是一種局部最優(yōu)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，在識(shí)別局部相似性時(shí)， 具有很高的靈敏度。雙序列比對(duì)算法解決的技術(shù)問題是找出兩條生物序列之間最大相似性 匹配，可以簡(jiǎn)單地描述為把兩條DNA或蛋白質(zhì)序列上下羅列，然后依次比較它們?cè)诿恳粋€(gè) 位置上的相似情況，從而找出這兩條序列間具有最大相似度的子序列片斷。在工程地質(zhì)剖 面圖的繪制中需要解決類似的序列比較問題——工程地質(zhì)剖面圖繪制的關(guān)鍵問題是如何 進(jìn)行地層剖面線的連接。在連接地層剖面線時(shí)，要根據(jù)鉆孔地層是否是同一種地層決定剖 面線如何連接。如果是相同地層，則把相同地層的頂(底)板相連接即構(gòu)成地層剖面線，如 果地層不相同，則在確定尖滅點(diǎn)后將尖滅點(diǎn)與尖滅層的頂(底)板相連構(gòu)成地層剖面線。剖 面線連接的基礎(chǔ)便是通過不同地點(diǎn)的地層序列的比對(duì)尋找相同地層。進(jìn)一步分析，在生物 序列比對(duì)中，進(jìn)行比對(duì)的兩條生物序列是以其“同源性”為基礎(chǔ)的，即原本相同的兩條序列 由于物種在漫長的進(jìn)化過程中的變異使得兩條序列間表現(xiàn)為整條序列之間的大體相似以及某些片段間的高度匹配性；在地層序列比對(duì)中，同一區(qū)域不同地點(diǎn)的兩個(gè)地層序列其主 沉積韻律一般是相同的，并且由于區(qū)域構(gòu)造和沉積環(huán)境的變化，造成地層垂向序列普遍存 在的等時(shí)變化，這使得同一區(qū)域或臨近區(qū)域的地層序列也具有大體相似性以及某些片段間 的高度匹配性。本技術(shù)方案正是基于生物序列比對(duì)與地層序列比對(duì)的共性，將一直都限于 在生物信息學(xué)中生物序列比對(duì)的Smith-Waterman序列比對(duì)算法運(yùn)用到工程地質(zhì)剖面圖的 繪制中，用以解決地層序列比對(duì)算法的技術(shù)問題?；谏鲜鲂蛄斜葘?duì)算法實(shí)施的鉆孔地層序列間的匹配能夠準(zhǔn)確且方便地判斷工 程場(chǎng)地地層的連續(xù)與否，并能進(jìn)一步根據(jù)工地質(zhì)剖面線上相鄰鉆孔地層序列間的兩兩比對(duì) 結(jié)果確定為地層尖滅或地層透鏡體，由此能夠很好地處理地質(zhì)剖面圖繪制中地層尖滅與透 鏡體等特殊工況。盡管Smith-Waterman算法是專門針對(duì)雙序列比對(duì)的計(jì)算方法，但是由于該算法 的產(chǎn)生是針對(duì)于生物序列比對(duì)的需要，其應(yīng)用也一直限于生物信息學(xué)中序列比對(duì)的領(lǐng)域， 因此要把適用于生物序列比對(duì)的Smith-Waterman算法轉(zhuǎn)用到工程地質(zhì)剖面圖的繪制中， 還需要從地質(zhì)領(lǐng)域的角度解決一些專業(yè)技術(shù)的問題。這些技術(shù)問題中最主要的是解決地層 相似度的記分方法。Smith-Waterman算法主要分為計(jì)算得分矩陣與尋找最佳相似片段對(duì)兩 個(gè)步驟，第一個(gè)步驟需要首先解決包含需進(jìn)行比對(duì)的地層序列中所有比對(duì)單位(即不同地 層)在內(nèi)的集合中任何元素或空符號(hào)兩兩之間的記分值。由于地層序列本身包含多項(xiàng)特征 指標(biāo)，比對(duì)的過程涉及到土層比對(duì)或巖層比對(duì)，不同比對(duì)過程中地層不同特征指標(biāo)的重要 性不同，因此需要首先確定不同比對(duì)過程參與比對(duì)記分的具體特征指標(biāo)，及其具體記分值。 同時(shí)還需要考慮地層尖滅、地層透鏡體產(chǎn)生的空位的記分。另外，建立起的地層序列比對(duì)方 法還需要實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的地質(zhì)工程常規(guī)軟件、設(shè)備的銜接，以減少技術(shù)方案的應(yīng)用成本。上述方法可以按如下步驟實(shí)施步驟Si、鉆孔采樣在工程場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)按照勘察大綱用鉆機(jī)鉆孔采樣，得到鉆孔樣 本；步驟S2、建立鉆孔數(shù)據(jù)庫建立鉆孔數(shù)據(jù)庫錄入鉆孔數(shù)據(jù)。鉆孔數(shù)據(jù)包括鉆孔坐標(biāo)、分 層信息、土層信息、室內(nèi)和原位試驗(yàn)信息等必需反映在工程剖面上的信息，以及工程剖面線 相關(guān)信息包括剖面線編號(hào)與剖面上的鉆孔編號(hào)等；步驟S3、建立鉆孔地層序列表對(duì)每個(gè) 鉆孔樣本的地層由上而下進(jìn)行編號(hào)，相同的地層采用同樣的編號(hào)，由此得到各鉆孔的地層 序列，以及包含所有在工程場(chǎng)地出現(xiàn)的地層的地層序列表；步驟S4、鉆孔地層序列匹配采 用Smith-Waterman序列比對(duì)算法進(jìn)行工程地質(zhì)剖面線上兩兩相鄰的兩鉆孔地層序列間的 比對(duì)運(yùn)算，得到兩鉆孔地層序列的最佳匹配，再依次進(jìn)行工程地質(zhì)剖面線上的所有相鄰鉆 孔地層序列間的比對(duì)運(yùn)算，得到工程地質(zhì)剖面線上各個(gè)鉆孔之間的地層最佳匹配序列；步 驟S5、繪制工程地質(zhì)剖面圖按照步驟S4得到的地層最佳匹配序列連接地層剖面線，并依 制圖規(guī)范完成工程地質(zhì)剖面圖中的所有信息標(biāo)注。上述方法中，步驟S3、建立鉆孔地層序列表中，對(duì)每個(gè)鉆孔樣本的地層由上而下進(jìn) 行編號(hào)時(shí)可以采用3種方法之一方法1，對(duì)每個(gè)鉆孔樣本地層從上至下連續(xù)編號(hào)，即①、
②、③......；方法2，將土層、巖層分別連續(xù)編號(hào)，如土層1-1、1-2、1-3，巖層2-1、2-2、2-3 ；
方法3，按土、石大類結(jié)合土層成因類型組合編號(hào)，如填土 1、沖積粘土 2-1、沖積粉質(zhì)粘土 2-2、沖積細(xì)砂2-3、殘積可塑狀粉質(zhì)粘土 3-1、殘積硬塑狀粉質(zhì)粘土 3-2，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖4_1、 中等風(fēng)化花崗巖4-2、微風(fēng)花崗巖4-3。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)方法提供了工程地質(zhì)剖面圖繪制中 地層序列比對(duì)的科學(xué)運(yùn)算方法，比對(duì)運(yùn)算結(jié)果準(zhǔn)確，并且能夠很好解決地層缺失、尖滅、透 鏡體等特殊工況；( 由于地層序列的比對(duì)采用了數(shù)學(xué)運(yùn)算方法，使得地層匹配的關(guān)鍵問 題可以完成由計(jì)算機(jī)輔助完成，并且能夠與業(yè)內(nèi)常用軟件系統(tǒng)無縫銜接，保證了工程地質(zhì) 剖面圖的繪制可以通過計(jì)算機(jī)一體完成；C3)采用計(jì)算機(jī)運(yùn)算生成圖形使得工程地質(zhì)剖面 繪制工作具有符合地質(zhì)規(guī)律好、智能化、高效快速的特點(diǎn)。


圖1是方法實(shí)施流程示意圖。圖2是地層序列匹配的距離分?jǐn)?shù)空間和選擇匹配路徑示例圖。圖3是實(shí)施例一生成的工程地質(zhì)剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例一如圖1 圖3所示，用本發(fā)明方法繪制某地工程場(chǎng)地工程地質(zhì)剖面圖，具體按照如 下方案實(shí)施(圖1所示為方法實(shí)施流程示意圖)步驟Si、鉆孔采樣在工程場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)按照勘察大綱用XY-100型鉆機(jī)鉆孔采樣，得到編號(hào)分別為 BS269, BS270、BS271、BS272 的四個(gè)鉆孔樣本。步驟S2、建立鉆孔數(shù)據(jù)庫采用業(yè)內(nèi)常用的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)軟件建立鉆孔數(shù)據(jù)庫并錄入鉆孔 數(shù)據(jù)，鉆孔數(shù)據(jù)包括鉆孔坐標(biāo)、分層信息、土層信息、工程剖面線相關(guān)信息以及室內(nèi)和原位 試驗(yàn)信息等必需在反映工程剖面上的信息。上述分層信息包括土層編號(hào)、層底深度等數(shù)據(jù)；土層信息包括地質(zhì)時(shí)代、地質(zhì)成 因、土層名稱、顏色、描述、濕度、可塑性、風(fēng)化程度、破碎程度等數(shù)據(jù)；工程剖面線相關(guān)信息 包括剖面線編號(hào)與該剖面上的鉆孔編號(hào)等。步驟S3、建立鉆孔地層序列表步驟S31、讀取鉆孔數(shù)據(jù)庫在AutoCAD中調(diào)用netload命令，加載采用C#在AutoCAD下編制的dll程序，首 先讀取步驟S2建立的鉆孔數(shù)據(jù)庫中工程剖面線相關(guān)信息，再依據(jù)鉆孔編號(hào)讀取對(duì)應(yīng)的鉆 孔坐標(biāo)、分層信息、土層信息、室內(nèi)和原位試驗(yàn)等信息。步驟S32、對(duì)鉆孔樣本地層編號(hào)對(duì)每個(gè)鉆孔樣本的地層由上而下進(jìn)行編號(hào)，相同的地層采用相同編號(hào)。按土、石 大類結(jié)合土層成因類型組合編號(hào)，如填土 1、沖積粘土 2-1、沖積粉質(zhì)粘土 2-2、沖積細(xì)砂 2-3、殘積可塑狀粉質(zhì)粘土 3-1、殘積硬塑狀粉質(zhì)粘土 3-2，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖4-1、中等風(fēng)化花崗 巖4-2、微風(fēng)花崗巖4-3。編號(hào)后的鉆孔地層序列再按照層序編號(hào)排序，層序編號(hào)=主層編 號(hào)X 10+亞層編號(hào)，得到結(jié)果如表1所示鉆孔地層序列表(示鉆孔BS^9、BS270)。表1鉆孔BS^9、BS270地層序列表
權(quán)利要求
1.一種工程地質(zhì)剖面圖的計(jì)算機(jī)圖形生成方法，首先在工程場(chǎng)地采集地層樣本，其次 根據(jù)工程場(chǎng)地相鄰地點(diǎn)地層樣本的地層序列比對(duì)找出比對(duì)地層序列中的最優(yōu)地層樣本匹 配結(jié)果，再根據(jù)地層匹配結(jié)果繪制工程地質(zhì)剖面圖其特征在于所述地層序列的比對(duì)采用 Smith-Waterman序列比對(duì)算法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述地層由上而下編號(hào)的方法可以是如 下三種方法之一方法一對(duì)每個(gè)鉆孔樣本地層從上至下連續(xù)編號(hào)；方法二 將土層、巖層分別連續(xù)編號(hào)；方法三按土、石大類結(jié)合土層成因類型組合編號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于按照如下方案實(shí)施 步驟Si、鉆孔采樣在工程場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)采樣，得到鉆孔樣本； 步驟S2、建立鉆孔數(shù)據(jù)庫 建立鉆孔數(shù)據(jù)庫錄入鉆孔數(shù)據(jù)； 步驟S3、建立鉆孔地層序列表對(duì)每個(gè)鉆孔樣本的地層由上而下進(jìn)行編號(hào)，相同的地層采用同樣的編號(hào)，由此得到各 鉆孔的地層序列，以及包含在工程場(chǎng)地出現(xiàn)的所有地層的集合即地層序列表； 步驟S4、鉆孔地層序列匹配采用Smith-Waterman序列比對(duì)算法進(jìn)行工程地質(zhì)剖面線上兩兩相鄰的鉆孔地層序列 間的比對(duì)運(yùn)算，得到兩鉆孔地層序列的最佳匹配，再依次進(jìn)行工程地質(zhì)剖面線上的所有相 鄰鉆孔地層序列間的比對(duì)運(yùn)算，得到工程地質(zhì)剖面線上各鉆孔之間的地層最佳匹配序列； 步驟S5、繪制工程地質(zhì)剖面圖按照步驟S4得到的地層最佳匹配序列連接地層剖面線，并依制圖規(guī)范完成工程地質(zhì) 剖面圖中的所有信息標(biāo)注。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟S2、建立鉆孔數(shù)據(jù)庫中，鉆孔數(shù) 據(jù)包括鉆孔坐標(biāo)、分層信息、土層信息、室內(nèi)和原位試驗(yàn)信息等必需反映在工程剖面上的信 息，以及工程剖面線相關(guān)信息包括剖面線編號(hào)與剖面上的鉆孔編號(hào)等；所述分層信息包括 土層編號(hào)、層底深度等數(shù)據(jù)，所述土層信息包括地質(zhì)時(shí)代、地質(zhì)成因、土層名稱、顏色、描述、 濕度、可塑性、風(fēng)化程度、破碎程度等數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟S4、鉆孔地層序列匹配按如下方 案實(shí)施步驟S41、生成各地層之間的記分矩陣 采用式1計(jì)算記分矩陣ω
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一所述的方法，其特征在于所述地層序列間的比對(duì)運(yùn)算通 過在AutoCAD中調(diào)用netload命令加載采用C#在AutoCAD下編制的dll程序?qū)崿F(xiàn)，工程地 質(zhì)剖面圖由AutoCAD直接生成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述鉆孔數(shù)據(jù)庫采用能夠與AutoCAD配 合使用的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)軟件建立。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工程地質(zhì)剖面圖的計(jì)算機(jī)圖形生成方法。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于較復(fù)雜的地層比對(duì)以及地層剖面線的連接主要依靠用戶腦力分析與手工繪制的缺陷，本發(fā)明提供了一種利用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)的工程地質(zhì)剖面圖生成方法。本方法基于地層序列比對(duì)與Smith-Waterman序列比對(duì)算法兩者的原理，在解決地層序列比對(duì)中地層相似度記分方法關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)上，具體采用Smith-Waterman算法解決地層序列比對(duì)的計(jì)算問題。本發(fā)明方法原理可靠，比對(duì)運(yùn)算結(jié)果準(zhǔn)確，并且能夠很好解決地層缺失、尖滅、透鏡體等特殊工況。由計(jì)算機(jī)直接生成工程地質(zhì)剖面具有符合地質(zhì)規(guī)律好、智能化、高效快速的特點(diǎn)，特別適用于工程領(lǐng)域的需要。
文檔編號(hào)G06T11/00GK102103758SQ20111006741
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者何寶石, 周宏偉, 周家文, 徐曉斌, 渠文平 申請(qǐng)人:四川大學(xué), 廣東省電力設(shè)計(jì)研究院