[发明专利]基于拓扑分区的城市片区地质三维自动建模方法

说明书

基于拓扑分区的城市片区地质三维自动建模方法，包括：（1）勘察数据准备；（2）城市片区拓扑分区；（3）城市区块界面地质剖面绘制；（4）城市区块地质三维自动建模与动态更新；（5）城市片区地质三维自动建模。本发明首先将城市片区按照拓扑分区规则划分成若干个城市区块，在相邻区块界面上绘制共享的地质剖面，然后利用勘察数据和地质剖面进行所有城市区块地质三维自动建模，最后通过无缝拼接进行城市片区地质三维自动建模。一方面提高城市片区地质三维建模的精度和地质三维模型整体重构的效率；另一方面解决城市片区三维地质模型分区块构建在区块边界处模型不一致问题。

技术领域

本发明涉及城市地质领域，特别是涉及基于拓扑分区的城市片区地质三维自动建模方法。

背景技术

城市地质工作的三维数字化是实现数字城市的基础条件，而城市三维地质建模是实现城市地质工作数字化的关键技术，同时可以为解决城市中遇见的各类复杂地质问题提供重要的地质空间数据和数字化手段，同时为城市规划、建设与运营等应用提供丰富的、全面的地质信息。

目前，国内外在城市三维地质建模领域取得了可喜的研究成果，基于不同样式的建模数据源，三维地质建模方法也不一样。依据不同的建模数据源进行三维地质建模的方法包括多种：以钻孔数据为主、以地质剖面数据为主、以多源数据控制为主。

（1）以钻孔数据为主

以钻孔为主的建模方法是目前发展比较成熟的城市三维地质建模方法。研究学者对本建模方法的研究较多，目前，该类方法在处理层状地层建模方法十分成熟，在处理透镜体、夹层、断层等复杂地质体方面逐渐成熟。但是该方法通常用于某个具体的工民建工程，地质三维建模范围非常有限，不适用于城市片区大范围的地质自动建模。城市片区建模范围一般较大，需要将建模区域划分成多个城市区块分别进行建模，完成后再将城市区块的地质模型拼装成完整的城市片区地质模型。在拼装的过程中经常出现城市区块相邻边界较难平滑衔接的问题，这通常是由于城市区块在自动建模过程中未严格控制边界，相邻城市区块内钻孔数据不一致，计算机就依据特定的算法自动生成边界上的地层界面。这就容易导致不同的城市区块完成建模后，其边界上的地层界面经常会出现拓扑关系不一致的问题。目前，这个问题在大范围的城市三维地质建模领域表现的尤为突出。

（2）以地质剖面数据为主

以断面数据为主的建模方法是最近研究比较多的城市地质建模方法。屈红刚等提出的基于交叉折剖面的三维地质建模方法扩大了建模可以利用的数据源，实现基于断面数据快速构建三维地质模型。明镜等提出基于网状含拓扑剖面的三维地质多体建模方法，将建模区域分为若干网格分区，每个分区独立进行模型构建，最后拼装各个分区模型为全区整体模型。陈国良等利用交叉地质剖面数据提出一种通过划分空间单元格的思路来构建地质模型。陈国良、朱良峰等在保证交叉剖面数据一致性上做了一些有益的尝试。李爱勤等将三维拓扑推理引入三维地质建模，通过剖面投影方法在三维空间曲面上实现拓扑关系的自动构建与推理，提升地质剖面对比维数，提高地质剖面自动对比自动化程度，实现城市地质中三维层状地质体动态建模。王国灿等探索实践基于“地表地质调查剖面网络基础上的三维地质建模技术方法”，强调建模的数据基础来自地表基础地质调查的系统路线剖面和实测剖面，进而实现三维地质结构的数字表达。总之，基于地质剖面数据为主的建模方法，是利用相邻的剖面上揭露的地层信息进行地层界面重构，然后将侧面与地层界面缝合成地质体。目前采用剖面交叉技术构建地质模型的研究比较多，取得了非常好的应用成果。对于城市片区的大范围三维地质建模，交叉剖面可以作为建模区域的约束，区域内与其他数据源集成，构建出的地质模型精度更高。

（3）以多源数据控制为主