本發(fā)明涉及三維地質(zhì)建模，具體是一種融合多源數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)模型可視化方法及其相關裝置。

背景技術：

1、早在1992年國際勘探地球物理學家協(xié)會和歐洲勘探地球物理學家協(xié)會就成立了seg/earg三維建模委員會，1993年加拿大的學者simon?w.houlding提出三維地質(zhì)建模的概念，并詳細闡述了實現(xiàn)地質(zhì)三維可視化技術的一些基本方法，包括三角網(wǎng)生成方法、三角網(wǎng)面模型構建方法、三維三角網(wǎng)固化方法、地質(zhì)體邊界的劃定和連接等，基本上反映了當時地質(zhì)體三維可視化技術的核心成果。針對地質(zhì)建模的特殊性與復雜性，法國的mallet教授提出了離散光滑插值技術(dsi)，法國nancy大學以該技術為核心，開發(fā)了知名三維地質(zhì)建模商業(yè)軟件gocad，并在2013年與skua軟件合并后成為skua-gocad。gocad能夠?qū)崿F(xiàn)復雜斷層、褶皺等地質(zhì)實體的模型構建、多源地球物理數(shù)據(jù)的集成與分析、地下資源勘探、地質(zhì)災害的模擬和預測等功能。

2、leapfrog?geo是一個用于地質(zhì)建模和可視化領域的建模軟件，具有友好的建模界面，注重直觀性和實時可視化，多用于礦產(chǎn)勘探和地質(zhì)工程領域。

3、petrel是由schlumberger開發(fā)的基于windows平臺的三維建模軟件，在巖石物理建模、構造建模、確定性和隨機性沉積相建模等方面應用廣泛，主要包括勘探分析、開發(fā)綜合分析、鉆井生產(chǎn)三大模塊，綜合了地震解釋、構造模擬、巖相模擬、油藏屬性、數(shù)值模擬顯示及虛擬現(xiàn)實等功能。

4、國內(nèi)研究人員對三維地質(zhì)建模與可視化的研究最早是陳昌彥等于1998年構建的長江三峽永久船閘邊坡工程三維可視化模型，并對地質(zhì)體的空間擬合函數(shù)進行研究，進而開發(fā)了國內(nèi)最初的三維可視化計算程序。其后北京東方泰坦科技有限公司開發(fā)形成了titan?t3d，利用平行或基本平行的剖面數(shù)據(jù)建立起三維空間任意復雜形狀物體的真三維實體模型；北京理正信息技術有限公司的理正地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺軟件可以利用等值線或者散亂分布的地形高程點，建立三維地質(zhì)數(shù)字模型。

5、在開源軟件領域，gempy是德國亞琛大學開發(fā)的一個用于地質(zhì)建模和地質(zhì)數(shù)據(jù)分析的開源python庫，旨在幫助地質(zhì)學家、地質(zhì)模型構建者和資源評估人員建立復雜的三維地質(zhì)模型。gempy允許用戶將地層、斷層等地質(zhì)實體進行描述，可以處理復雜的斷層關系，能夠自定義地質(zhì)屬性，運用集成式可視化工具直觀地展示地質(zhì)模型。

6、三維地質(zhì)建模的核心是三維空間中的算法與可視化，不同的建模軟件擁有各自的核心算法，用以生成地質(zhì)幾何體、進行地質(zhì)過程模擬和計算。可視化則須借助計算機視覺技術，不同的建模軟件也有相應的可視化解決方案。

7、傳統(tǒng)三維地質(zhì)建模軟件能夠在資料豐富的前提下建立美觀、精細的三維地質(zhì)模型，但具有如下弊端：

8、1、商業(yè)三維地質(zhì)建模軟件均具有極高的使用門檻，要求建模人員具有專業(yè)的建模理論知識和熟練的軟件操作技術，構建模型時操作步驟較為復雜，且對數(shù)據(jù)資料的完備性要求較高，若不能按照軟件需求的類型和格式收集數(shù)據(jù)，則難以建立模型。

9、2、專業(yè)三維地質(zhì)建模軟件的功能繁雜，實際應用便捷性較差，難以應用于工程中需要快速建立三維地層的場景，對地下構筑物、地質(zhì)異常體的建模與集成功能欠缺。

10、3、不同建模軟件之間的數(shù)據(jù)互通性極差，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

11、4、現(xiàn)有建模軟件所建立的三維地質(zhì)模型難以脫離平臺軟件平臺運行，構建模型之后無法獨立使用。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種融合多源數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)模型可視化方法及其相關裝置，能夠?qū)⒒A地質(zhì)數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、地球物理解釋數(shù)據(jù)進行整合，能夠融合商業(yè)建模軟件生成的模型數(shù)據(jù)，形成一種多源數(shù)據(jù)融合的三維地質(zhì)模型可視化方法。

2、本發(fā)明采用的技術方案：一種融合多源數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)模型可視化方法，包括以下步驟：

3、s1：建模數(shù)據(jù)的批量提取，將多種來源的數(shù)據(jù)分為四種類型：

4、(1)基礎地質(zhì)數(shù)據(jù)，包括鉆孔柱狀圖、平面地質(zhì)圖和剖面圖，從鉆孔柱狀圖中提取地層分層數(shù)據(jù)，從平面地質(zhì)圖中提取各個地層的產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，從剖面圖中提取地層、斷層的空間位置、產(chǎn)狀數(shù)據(jù)；

5、(2)地下構筑物數(shù)據(jù)，提取地下構筑物的幾何數(shù)據(jù)；

6、(3)地質(zhì)異常體數(shù)據(jù)，通過地球物理解釋數(shù)據(jù)獲取富水區(qū)、溶洞、陷落柱的空間位置和幾何形態(tài)點云數(shù)據(jù)；

7、(4)其他來源數(shù)據(jù)，支持導入三維地質(zhì)建模軟件創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，如leapfrog?geo、geomodeller等軟件的導出數(shù)據(jù)(*.vtu格式)，支持gocad的tsurf數(shù)據(jù)(*.ts格式)直接導入，以及其它建模軟件，如petrel，生成的xyz數(shù)據(jù)或其它文本文件格式進行導入，涵蓋了主流三維地質(zhì)建模軟件的數(shù)據(jù)格式類型；其他三維地質(zhì)建模軟件的數(shù)據(jù)格式類型也可以通過本發(fā)明的數(shù)據(jù)格式轉化原理進行數(shù)據(jù)格式的轉化與導入；

8、s2：根據(jù)s1中提取的數(shù)據(jù)生成模型，包括：

9、(1)生成基礎地質(zhì)模型：從地質(zhì)圖、剖面圖、鉆孔柱狀圖提取的數(shù)據(jù)，綜合生成地層、斷層的面模型數(shù)據(jù)體；

10、(2)生成地下構筑物三維幾何模型：依據(jù)地下構筑物的尺寸生成三維幾何體模型數(shù)據(jù)；

11、(3)生成地質(zhì)異常體模型：依據(jù)地球物理解釋結果，通過空間點云生成地質(zhì)異常體三維模型，同時地質(zhì)異常體的屬性數(shù)據(jù)建立結構化的數(shù)據(jù)表進行保存；

12、(4)其他來源數(shù)據(jù)生成模型：通過編寫格式轉換代碼將其他文件格式轉換為*.vtu格式數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一；

13、s3：模型融合渲染，將s2中的模型數(shù)據(jù)通過空間坐標匹配進行空間位置拓撲關系建模，在統(tǒng)一的三維空間坐標系中實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，在vedo框架中對上述模型進行三維渲染，實現(xiàn)三維可視化。

14、優(yōu)選的，所述s1中，地下構筑物包括巷道、隧道、硐室、工程樁體。

15、優(yōu)選的，所述s1中，基礎地質(zhì)數(shù)據(jù)提取方法為：

16、s11：基于平面地質(zhì)圖對地質(zhì)實體界限進行數(shù)字化處理，結合數(shù)字高程模型賦予地質(zhì)實體界面點的三維坐標和產(chǎn)狀信息；對于鉆孔柱狀圖和剖面圖，批量讀取點、線要素及其插入點的相對坐標，根據(jù)鉆孔坐標進行坐標轉換，得到地層、斷層要素的三維坐標，提取分層點數(shù)據(jù)；

17、s12：基于提取的分層點數(shù)據(jù)及產(chǎn)狀數(shù)據(jù)構建地層層序關系表，設定好各個界面之間的接觸關系，采用插值方法構建地層界面；

18、s13：將構建好的各個地層界面生成*.vtu格式數(shù)據(jù)。

19、優(yōu)選的，s2中生成地下構筑物三維幾何模型的方法為：依據(jù)巷道或隧道的斷面提取巷道或隧道的斷面尺寸，根據(jù)巷道或隧道中心線，生成巷道或隧道的三維幾何體模型數(shù)據(jù)；硐室和工程樁體則根據(jù)其設計尺寸生成三維幾何體。

20、5.根據(jù)權利要求1所述的一種融合多源數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)模型可視化方法，其特征在于：s2中其他來源數(shù)據(jù)生成模型的方法為：通過編寫格式轉換代碼，將其他文件格式轉為*.vtu格式，具體是：解析其他格式文件的內(nèi)容，遍歷文件，以鍵值對的方式將各個地層的模型數(shù)據(jù)儲存在字典中，其中以各個地層界面的名稱作為鍵，相應的界面點坐標數(shù)據(jù)和三角網(wǎng)角點數(shù)據(jù)組成的數(shù)組作為值，從而提取到文件中的數(shù)據(jù)體，運用vtk技術對數(shù)據(jù)體進行重構，生成*.vtu數(shù)據(jù)文件。

21、優(yōu)選的，所述s3中模型融合渲染的方法為：

22、s31：在vedo中搭建建模空間，設定建模范圍和模型分辨率，構建模型標量場；

23、s32：vtu數(shù)據(jù)直接讀取并添加到建?？臻g中進行展示；

24、s33：線數(shù)據(jù)，使用點要素點云坐標數(shù)據(jù)構建平滑曲線，設定線寬和顏色，之后結合實際應用選擇不同的表現(xiàn)形式；地層、斷層面數(shù)據(jù)，設定地層渲染的高程區(qū)間，指定地層要素的線條樣式，將每個地層添加到建?？臻g中展示；

25、s34：每個類型的地質(zhì)體均有數(shù)個地層界面約束，根據(jù)層面模型的約束范圍為標量場中的角點賦值，用來表示不同類型的地層；

26、s35：渲染地層面、斷層、地下構筑物、地質(zhì)異常體，添加圖例、坐標軸，輸出為html文件，完成地質(zhì)模型的網(wǎng)頁端可視化。

27、一種融合多源數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)模型可視化系統(tǒng)，包括：

28、數(shù)據(jù)處理模塊，用于建模數(shù)據(jù)的批量提??；

29、數(shù)據(jù)集成模塊，用于生成數(shù)據(jù)模型；

30、融合渲染模塊，用于模型渲染，實現(xiàn)三維可視化；

31、模型導出模塊，用于模型網(wǎng)頁展示和控制。

32、一種電子設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器中存儲有計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時，使得所述處理器執(zhí)行如上述融合多源數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)模型可視化方法的步驟。

33、一種存儲介質(zhì)，所述的存儲介質(zhì)為計算機可讀存儲，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行以實現(xiàn)上述的融合多源數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)模型可視化方法的步驟。

34、本發(fā)明的的有益效果：本發(fā)明提出一種針對不同地質(zhì)數(shù)據(jù)格式、不同勘探分析來源的數(shù)據(jù)融合與三維地質(zhì)建模方法，可便捷實現(xiàn)鉆探數(shù)據(jù)的批量快速提取、地質(zhì)構造的三維建模、地球物理解釋成果的數(shù)據(jù)融合、地質(zhì)異常體(富水異常區(qū)、陷落柱、溶洞、采空區(qū)或地下建筑設施)三維模型構建，能夠?qū)⒖碧?、分析成果進行集成融合和可視化展示。

35、本發(fā)明可應用于地鐵隧道盾構、礦井巷道掘進、礦產(chǎn)資源采掘、礦山地質(zhì)保障系統(tǒng)等工程設計及開發(fā)中，為開發(fā)工程的部署及方案制定，提供可視化的分析決策輔助，并為構建透明礦井、智慧礦山奠定基礎。