采用点位层厚网格模型实现三维地质建模的方法和装置与流程

本发明涉及数学地质、地理信息和计算机，尤其是指一种采用点位层厚网格模型实现三维地质建模的方法、装置、设备和计算机存储介质。

背景技术：

1、现有技术在构建三维地质模型时，经常出现以下问题：

2、薄地层结构模型顶面与底面交叉：三维地质结构建模过程中，由于地层界面网格生成方法的不足，薄地层的顶面与底面可能会出现交叉。

3、结构模型在地层尖灭位置上下穿层：三维地质结构建模过程中，将邻接地层分别视为独立地层开展建模，缺少对地层分界面的处理或者对地层分界面的处理不当，尤其缺少对地层分界面中地层缺失区域的适当处理，导致上地层底面与下地层顶面出现交叉，从而形成上下地层相互穿插。

4、地质属性体模型内部缺少地层界面、表面与结构模型表面不重合：在三维地质属性建模过程中，将多个地层视为一个整体进行处理，一次性获取多个地层的整体外轮廓面，依据所述外轮廓面开展体元剖分和属性插值，忽视了不同地层之间界面划分，导致生成的属性体模型缺少地层界面信息；体元剖分过程中不使用地层顶面和底面对体元的顶面和底面进行精确约束，导致生成的属性体模型地层界面与结构模型地层界面不重合，典型表现是属性体模型表面与结构模型表面不重合。

5、属性体模型适应地层厚度变化能力不足：在三维地质属性建模过程中，采用单一分辨率生成属性体模型，如果分辨率过低，则薄地层竖向细分层数可能过少，甚至可能整体被剖分为一层，从而难以精确体现薄地层中属性的竖向变化特征；如果为了处理薄地层而将分辨率设置过高，则厚地层竖向细分层数可能过多，从而增加了不必要的属性空间插值计算量，甚至可能导致属性插值算法计算过程不收敛。单一分辨率的三维地质属性体模型难以同时满足薄地层和厚地层的数据处理需求。

6、综上，如何构建地层结构正确、地层界面准确并能适应地层厚度变化的三维地质模型是目前待解决的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术构建三维地质模型存在的地层结构不正确、地层界面不准确和地层厚度变化适应能力不足问题。

2、为解决所述技术问题，本发明提供了一种实现三维地质建模的方法，包括：

3、采用基于多边形网格和广义棱柱体元的点位层厚网格数据模型，表达三维地质模型；

4、采用点位层厚插值计算模型实现地层界面网格生成与组合成模，构建三维地质结构模型；

5、采用点位层厚划分计算模型实现地层广义棱柱体元剖分与属性插值，构建三维地质属性体模型。

6、优选地，所述采用基于多边形网格和广义棱柱体元的点位层厚网格数据模型，表达三维地质模型，包括：

7、采用多边形网格表达三维地质结构模型：针对建模区域内存在的m个自上而下叠置的地层，采用m+1个自上而下分布的多边形网格，表达所述地层中存在的m+1个地层界面，

8、任意上下位置相邻的第i个和第i+1个多边形网格分别表达第i个地层的顶面和底面，

9、所有多边形网格的顶点数量相同、多边形数量相同、多边形的边数相同、顶点组成多边形的方式相同；

10、采用广义棱柱体元栅格模型表达三维地质属性体模型：针对m个地层中的任意一个地层li，采用n层自上而下叠置的广义棱柱体元层表达所述地层顶面和底面之间的空间，所有广义棱柱的棱数相同，每一个广义棱柱体元具有0个或一个或多个属性值，

11、最上层体元层中的各个广义棱柱的顶面与地层li顶面多边形网格中的多边形一一重合，最下层体元层中的各个广义棱柱的底面与地层li底面多边形网格中的多边形一一重合，

12、对于任意上下邻接的2个体元层，上层体元层中的各个广义棱柱的底面与下层体元层中的各个广义棱柱的顶面一一重合；

13、其中，m为大于0的整数，n为大于1的整数，第i个和第i+1个多边形网格动态指代正在被使用的上下位置相邻的2个多边形网格，第i个地层动态指代正在被使用的地层。

14、优选地，所述地层按照预设规则进行划分，所述预设规则包括但不限于地质年代、煤岩特征、岩体特征、岩土特征；所述广义棱柱包括常规棱柱和变异棱柱，所述变异棱柱包括但不限于顶面与底面不平行、顶面与棱不垂直、底面与棱不垂直、棱的长度为零中的一种情况或者多种情况。

15、优选地，所述采用点位层厚插值计算模型实现地层界面网格生成与组合成模，构建三维地质结构模型，包括：

16、对于采用多边形网格表达的三维地质结构模型，根据最上层地层顶面的一个或多个具有地层分界信息的样本点三维坐标，以及最上层地层顶面多边形网格mit中任意第j个顶点vj的平面坐标，采用空间插值计算方法，确定顶点vj的竖向坐标，从而获得多边形网格mit每一个顶点的三维坐标；

17、根据任意一个地层li顶面的一个或者多个具有地层分界信息的样本点三维坐标和在上述样本点的平面坐标位置地层li的厚度，以及地层li顶面多边形网格mit中任意第j个顶点vj的平面坐标，采用空间插值计算方法，确定顶点vj的平面坐标位置地层li的厚度，从而获得多边形网格mit中每一个顶点的平面坐标位置地层li的厚度；

18、采用所述顶点vj的竖向坐标减去或者加上顶点vj的平面坐标位置地层li的厚度，将所得数值作为地层li底面多边形网格mib中第j个顶点vj的竖向坐标，从而获得多边形网格mib中每一个顶点的三维坐标；

19、其中，三维坐标包括平面坐标和竖向坐标，第j个顶点动态指代所述多边形网格中正在被使用的顶点。

20、优选地，所述采用点位层厚插值计算模型实现地层界面网格生成与组合成模，构建三维地质结构模型，还包括：

21、对于采用多边形网格表达的三维地质结构模型中的任意一个地层li，生成一个与地层li顶面多边形网格的顶点和多边形数据完全相同的多边形网格mit，作为地层li的顶面绘图数据；如果地层li中存在地层缺失区域，那么从多边形网格mit中删除所有顶点都位于所述地层缺失区域的多边形，然后从多边形网格mit中删除不被任何多边形使用的顶点；

22、生成一个与地层li底面多边形网格的顶点和多边形数据完全相同的多边形网格mib，作为地层li的底面绘图数据；如果地层li中存在地层缺失区域，那么从多边形网格mib中删除所有顶点都位于所述地层缺失区域的多边形，然后从多边形网格mib中删除不被任何多边形使用的顶点；

23、提取地层li顶面和底面绘图数据多边形网格mit和mib中的边界线，依据所述边界线生成表达地层li四周边界面的多边形网格；所述边界线是由多边形网格中的开放边，依据首尾之间顶点共用情况连接成的一条或者多条无重复顶点的折线；所述开放边是多边形网格中只被一个多边形使用的多边形边。

24、优选地，采用点位层厚划分计算模型实现地层广义棱柱体元剖分与属性插值，构建三维地质属性体模型，包括：

25、对于采用多边形网格表达的三维地质结构模型中的任意一个地层li,确定需要剖分的体元层数n；

26、在地层li顶面绘图数据多边形网格mit中的任意第k个多边形和地层li底面绘图数据多边形网格mib中的第k个多边形之间的空间位置，生成从上至下逐层排列的n-1个细分多边形；

27、将多边形网格mit中的第k个多边形和位于最上层的细分多边形分别作为广义棱柱的顶面和底面，生成一个广义棱柱体元；将网格多边形mib中的第k个多边形和位于最下层的细分多边形分别作为广义棱柱的顶面和底面，生成一个广义棱柱体元；将细分多边形中每一对处于上下相邻位置的2个多

28、边形分别形作为广义棱柱的顶面和底面，生成一个广义棱柱体元；

29、其中，n为大于1的整数，k动态指代所述多边形网格中正在被使用的多边形。

30、优选地，采用点位层厚划分计算模型实现地层广义棱柱体元剖分与属性插值，构建三维地质属性体模型，还包括：

31、对于采用广义棱柱体元栅格模型表达的三维地质属性体模型中的任意一个广义棱柱体元pk，根据建模区域内具有属性信息的样本点的三维坐标和属性值，以及体元pk内部空间或表面的任意一个点的三维坐标，采用空间插值计算方法，确定体元pk具有的属性值。

32、本发明还提供了一种实现三维地质建模的装置，包括：

33、三维地质模型数据表达模块，用于采用基于多边形网格和广义棱柱体元的点位层厚网格数据模型，表达三维地质模型；

34、三维地质结构建模模块，用于采用点位层厚插值计算模型实现地层界面网格生成与组合成模，构建三维地质结构模型；

35、三维地质属性建模模块，用于采用点位层厚划分计算模型实现地层广义棱柱体元剖分与属性插值，构建三维地质属性体模型。

36、本发明还提供了一种实现三维地质建模的设备，包括：

37、存储器，用于存储计算机程序；

38、处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述一种实现三维地质建模的方法步骤。

39、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被使用器执行时实现所述一种实现三维地质建模的方法的步骤。

40、本发明的所述技术方案相比现有技术具有以下优点：

41、本发明所述的采用点位层厚网格模型实现三维地质建模的方法和装置，能够一次性正确生成三维地质结构模型和/或三维地质属性体模型，在整个模型生成过程中不需要人工干预。这项技术的核心在于采用基于多边形网格和广义棱柱体元的点位层厚网格数据模型，表达三维地质模型，精确展现地层结构、地质构造和属性特征分布的三维空间形态；采用点位层厚插值计算模型实现地层界面网格生成与组合成模，构建三维地质结构模型，实现了地层厚度对三维地质结构模型顶面和/或底面竖向坐标的约束，解决了薄地层结构模型顶底面自相交的问题；实现了邻接地层中上地层底面与下底层顶面同数不同模，解决了多地层三维地质结构模型上下穿层的问题；采用点位层厚划分计算模型实现地层广义棱柱体元剖分与属性插值，构建三维地质属性体模型，实现了三维地质属性体模型中含有精确的地层界面信息，解决了三维地质属性体模型内部缺少地层界面和/或三维地质属性体模型与三维地质结构模型二者地层界面不重合的问题；将三维地质结构模型中的不同地层按需剖分为分辨率相同或者不同的体元栅格模型，解决了单一分辨三维地质属性体模型对地层厚度变化适应能力不足的问题。

42、综上所述，本发明提供的技术通过一系列创新的方法和步骤，有效地解决了现有技术构建三维地质模型存在的地层结构不正确、地层界面不准确和对地层厚度变化适应能力不足的问题，实现了自动化的多地层多分辨率高精度三维地质建模过程，有效提高了模型成果数据的准确性、模型生成过程的高效性以及人机交互操作的便捷性。