專利名稱：空間地質(zhì)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探、空間信息處理及計(jì)算機(jī)技術(shù)，尤其是一種空間地質(zhì)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
三維建模理論與技術(shù)的研究已有近三十年的歷史，隨著各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用范圍的逐步拓寬，建模理論與技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和發(fā)展。三維模型是建立在空間分割原理基礎(chǔ)之上的，即一個(gè)對象的任何復(fù)雜幾何形狀都可以由有限個(gè)簡單形狀擬合而成，如地層可以通過許多三角形面片來逼近，用一系列四面體網(wǎng)格近似模擬一個(gè)斷塊等等。 因此，三維建模的核心技術(shù)是關(guān)于空間對象的三維表示方法，研究如何描述空間實(shí)體的幾何形狀及其相互關(guān)系。虛擬環(huán)境中的三維建模與可視化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)獒t(yī)學(xué)、地質(zhì)勘探、氣象、計(jì)算流體力學(xué)、分子模型構(gòu)造等。發(fā)達(dá)國家在這個(gè)領(lǐng)域的研究工作十分活躍，一些著名大學(xué)、 國家實(shí)驗(yàn)室及大公司幾十年來，一直致力于三維建模與可視化技術(shù)的研究與開發(fā)。從七十年代的CSG、B-r印s模型，到隨后關(guān)于三維空間數(shù)據(jù)模型集成或混合的研究，如TIN與GRID 的集成、TEN與八叉樹的混合模型、B-reps與TEN的集成等，以及基于這些集成或混合模型進(jìn)行空間計(jì)算和分析的研究。三維空間地質(zhì)數(shù)據(jù)模型主要分為非結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化模式，CSG> B-rep、Wireframe 模型基本上以非結(jié)構(gòu)化模式為主，規(guī)則體元(如八叉樹)采用結(jié)構(gòu)化模式，而不規(guī)則體元(如 TEN等)多采用非結(jié)構(gòu)化模式。結(jié)構(gòu)化模式多數(shù)蘊(yùn)含了相互間的關(guān)系，而非結(jié)構(gòu)化模式需要考慮幾何元素之間完整的或局部的拓?fù)潢P(guān)系。八十年代，Lienhardt定義了 n-G-maps 的簡單拓?fù)淠Ｐ?，它僅僅允許建立流型對象及其拓?fù)淠Ｐ?，之后Elter等學(xué)者的改進(jìn)方法 n-Chains可以定義非流型對象。J. L. Mallet初步建立了面向?qū)ο蟮目陀^實(shí)體建模的理論和方法，并得到了逐步的完善和發(fā)展，抽象或派生的每一個(gè)對象包括頭指針、體和終結(jié)標(biāo)志三部分，把對象的幾何形狀、拓?fù)潢P(guān)系和屬性信息以及相應(yīng)操作、運(yùn)算等進(jìn)行封裝和繼承， 增強(qiáng)了描述對象及對象之間拓?fù)潢P(guān)系的能力。Kevin和Ian比較系統(tǒng)地闡述了三維拓?fù)淠Ｐ?，首先描述模型所必要?D空間實(shí)體，包括點(diǎn)、邊、面和體，在此基礎(chǔ)上定義實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系，并提出三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)方法，采用C++編程。由于地質(zhì)現(xiàn)象本身所具有的復(fù)雜性、動態(tài)性、異構(gòu)性等特點(diǎn)，使得非結(jié)構(gòu)化模式中的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)成為一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的課題。目前使用的三維地質(zhì)建模系統(tǒng)，普遍是根據(jù)一系列鉆孔巖芯數(shù)據(jù)或剖面數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的非結(jié)構(gòu)化或結(jié)構(gòu)化模式，表達(dá)空間對象的幾何形狀。盡管這些系統(tǒng)可以用來建立三維地質(zhì)模型，然而他們基本上是無拓?fù)淠Ｐ停疵總€(gè)地質(zhì)單元有它自身的線框網(wǎng)格，重復(fù)相鄰單元而不共享其邊界，這將最終影響模型的可用性，難以對新增加的數(shù)據(jù)或約束進(jìn)行修改、編輯等操作。由于地質(zhì)體空間幾何形態(tài)千變?nèi)f化，對幾何模型和拓?fù)淠Ｐ偷男枨笠簿筒煌?，從而?dǎo)致空間地質(zhì)數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系的建立與發(fā)現(xiàn)仍然是難點(diǎn)技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免上述不足，提供一種針對空間地質(zhì)數(shù)據(jù)獲取的不同方式、 空間數(shù)據(jù)分布特征以及模型應(yīng)具備的功能與應(yīng)用目的，通過分析包含斷層、褶皺、透鏡體、 侵入巖等復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象，基于空間地質(zhì)數(shù)據(jù)的非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種空間地質(zhì)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，主要是指發(fā)現(xiàn)空間地質(zhì)數(shù)據(jù)中的幾 何元素及其之間的拓?fù)潢P(guān)系，包括以下步驟
步驟A :讀取空間地質(zhì)數(shù)據(jù)，對提取的點(diǎn)云進(jìn)行拓?fù)浜诵年P(guān)系生成；
步驟B :基于拓?fù)浜诵年P(guān)系并根據(jù)地質(zhì)應(yīng)用實(shí)際情況及算法設(shè)計(jì)，進(jìn)行拓?fù)鋭討B(tài)關(guān)系 搜索；
步驟C:進(jìn)行拓?fù)溴e(cuò)誤關(guān)系修正，包括重合性錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)與修正、相交性錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)與修 正、閉合性錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)與修正。所述的拓?fù)浜诵年P(guān)系生成包括以下步驟
步驟A1 :區(qū)分空間地質(zhì)數(shù)據(jù)來源，如果數(shù)據(jù)為鉆孔、剖面、等值線、地質(zhì)圖，執(zhí)行步驟 A2 ;如果數(shù)據(jù)來自如3DMAX、G0CAD等異構(gòu)系統(tǒng)，直接轉(zhuǎn)入步驟A4 ；
步驟A2 :對空間地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性識別分類，提取屬性相同的頂點(diǎn)集 合，形成空間點(diǎn)云群？工，…，Pn;對于每個(gè)點(diǎn)云集合Pi (i=l, 2，…，n)，分別 向±XY、±XZ、土YZ六個(gè)方向進(jìn)行聚類分割投影運(yùn)算，構(gòu)成六個(gè)子集，即
權(quán)利要求
1.一種空間地質(zhì)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，主要是指發(fā)現(xiàn)空間地質(zhì)數(shù)據(jù)中的幾何元素及其之間的拓?fù)潢P(guān)系，包括以下步驟步驟A :讀取空間地質(zhì)數(shù)據(jù)，對提取的點(diǎn)云進(jìn)行拓?fù)浜诵年P(guān)系生成；步驟B :基于拓?fù)浜诵年P(guān)系并根據(jù)地質(zhì)應(yīng)用實(shí)際情況及算法設(shè)計(jì)，進(jìn)行拓?fù)鋭討B(tài)關(guān)系搜索；步驟C :進(jìn)行拓?fù)溴e(cuò)誤關(guān)系修正，包括重合性錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)與修正、相交性錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)與修正、閉合性錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)與修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間地質(zhì)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，其特征在于 所述的拓?fù)浜诵年P(guān)系生成包括以下步驟步驟Al :區(qū)分空間地質(zhì)數(shù)據(jù)來源，如果數(shù)據(jù)為鉆孔、剖面、等值線、地質(zhì)圖，執(zhí)行步驟 A2 ;如果數(shù)據(jù)來自3DMAX、GOCAD異構(gòu)系統(tǒng)，直接轉(zhuǎn)入步驟A4 ；步驟A2 :對空間地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性識別分類，提取屬性相同的頂點(diǎn)集合，形成空間點(diǎn)云對于每個(gè)點(diǎn)云集合
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間地質(zhì)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，其特征在于 所述的生長法是以點(diǎn)集中任一點(diǎn)為起點(diǎn)，在空間數(shù)據(jù)場中先構(gòu)成第一個(gè)多邊形，然后以該多邊形為基面向外擴(kuò)展生成新多邊形，迭代上述過程，直至點(diǎn)集中的全部離散點(diǎn)均已連接為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間地質(zhì)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，其特征在于 所述的拓?fù)鋭討B(tài)關(guān)系搜索包括以下步驟步驟BI :根據(jù)地質(zhì)應(yīng)用實(shí)際情況及算法設(shè)計(jì)，通過調(diào)用接口函數(shù)，動態(tài)搜索相應(yīng)的拓?fù)潢P(guān)系；步驟B2 :設(shè)計(jì)一個(gè)存儲選擇的接口工具，判斷是否進(jìn)行存儲操作；如果選擇存儲操作， 則將步驟BI拓?fù)鋭討B(tài)關(guān)系搜索的結(jié)果保存于數(shù)據(jù)庫或文件系統(tǒng)中；否則，釋放占用的內(nèi)存空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空間地質(zhì)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，其特征在于 所述的拓?fù)潢P(guān)系分類如下11.頂點(diǎn)-邊、12.頂點(diǎn)-多邊形、13.頂點(diǎn)-體，以確定頂點(diǎn)可連接的多條邊、多個(gè)多邊形以及頂點(diǎn)在體的表面上、在體內(nèi)或在體外；21.邊-多邊形、22.邊-體，以確定邊可連接多少有序多邊形、邊與體表面的相交關(guān)31.多邊形-多邊形、32.多邊形-曲面、33.多邊形-體，以確定多邊形之間的相鄰關(guān)系、以及多邊形可被多個(gè)曲面或體共享或相交；41.曲面-曲面、42.曲面-體，以確定曲面相鄰關(guān)系、以及曲面為體的頂板、底板或邊界面；51.體-體，以確定體及其關(guān)聯(lián)體之間的相鄰、相交、包含關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間地質(zhì)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，其特征在于 所述的重合性錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)與修正主要發(fā)現(xiàn)模型中存在的點(diǎn)重合、邊重合、多邊形重合，并進(jìn)行修正；相交性錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)與修正主要發(fā)現(xiàn)邊-邊、邊-多邊形、多邊形-多邊形自交和相交關(guān)系錯(cuò)誤，并進(jìn)行合理修正；閉合性錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)與修正主要發(fā)現(xiàn)邊界、邊界面、邊界體是否形成空間閉合區(qū)域，并進(jìn)行閉合修正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空間地質(zhì)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，主要包括拓?fù)浜诵年P(guān)系生成、拓?fù)鋭討B(tài)關(guān)系搜索、以及拓?fù)溴e(cuò)誤關(guān)系修正三層次發(fā)現(xiàn)，是針對空間地質(zhì)數(shù)據(jù)獲取的不同方式、空間數(shù)據(jù)分布特征以及模型應(yīng)具備的功能與應(yīng)用目的，通過分析包含斷層、褶皺、透鏡體、侵入巖等復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)一種基于非結(jié)構(gòu)化模式的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，以確定礦區(qū)地質(zhì)勘探長期積累的龐大而復(fù)雜的空間地質(zhì)數(shù)據(jù)之間空間、時(shí)間和結(jié)構(gòu)上的相互關(guān)系，并保持它們的一致性和真實(shí)性，從而增強(qiáng)三維地質(zhì)數(shù)據(jù)的空間表達(dá)能力和時(shí)空分析效率，為地質(zhì)工作者提供分析、預(yù)測和評價(jià)地質(zhì)資源的先進(jìn)的科學(xué)手段。
文檔編號G06F19/00GK102609982SQ201210018340
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者徐華, 武強(qiáng) 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京), 北京石油化工學(xué)院