[发明专利]基于Morphing的河床基岩面建模方法

说明书

本发明公开了一种基于Morphing的河床基岩面建模方法，包括：(1)钻孔数据标准化处理与分组存贮；(2)构建河床横剖面线；(3)河床基岩埋深零值等值线分段处理；(4)基于Morphing的河床基岩面插值点生成；(5)构建河床基岩面模型。本发明根据横跨河谷的钻孔、河床基岩埋深零值等值线、河床范围和DEM等数据，基于三维Morphing，实现了较为精确的河床基岩面模型构建。算法在一定程度上降低了传统基于钻孔的基岩面建模方法对钻孔数据的过分依赖。

技术领域

本发明属于地理信息技术应用领域，具体涉及一种基于Morphing的河床基岩面建模方法。

背景技术

基岩面是指地球陆地表面疏松物质(土壤和底土)底下的坚硬岩层面。基岩面是城市三维地质建模所需的一项重要数据，在城市规划、工程建设和古地貌研究等诸多方面具有重要的研究意义和应用价值。

城市人口数量的不断增加，给城市环境和空间资源带来巨大压力，为了城市的可持续发展，许多城市开始开发利用地下空间资源。在交通方面，越来越多的城市开始规划建设跨江大桥和地铁。由于跨江大桥地铁的建设具有施工难度大，投资大，安全性要求高、不可逆等特点，迫切需要了解河床的基岩面埋深及基岩面形态特征，以便于进行跨江大桥和跨江地铁的合理规划与高效建设。

然而，现有的基岩面建模方法主要为数据驱动的建模方法，该方法需要大量的钻孔数据(张宏鑫.2015.基于Map GIS数字高程模型基岩面高程等值线图的制作.测绘与空间地理信息,38(6),62-63)。而河床钻孔的数量较少，并且多为已有跨江大桥和跨江地铁建设时积累的。这些钻孔数据稀疏，且多为线状的空间不均匀分布，构建的基岩面模型精度相对较低，难以满足实际需求。通常，河床具有一定的形态特征(如V形谷、U形谷)，且其基岩埋深等值线具有两侧对称分布的规律。针对跨江大桥、跨江地铁等项目建设时积累的钻孔数据，基于三维Morphing技术可以较为精确地构建河床基岩面模型。

权利要求中采用的快速求取空间任意两条曲线交点的算法(董明晓,郑康平.2004.一种快速求取空间任意两条曲线交点的算法.机械设计与制造,5(2),55-56)，思路是首先根据P样条曲线的控制多边形判断两条曲线是否相交，并求出两条曲线存在交点的可能参数区间；然后在此区间内，利用控制顶点算出所对应的曲线段，进行精确求交计算。

发明内容

发明目的：本发明针对数据驱动的建模方法过分依赖钻孔数据问题，以大江大河的河床为研究对象，提供一种基于Morphing的河床基岩面建模方法。该方法主要以钻孔、河床基岩埋深零值等值线、河床范围和DEM等数据为建模数据源，基于三维Morphing技术，能够构建出较为精确的河床基岩面模型。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

基于Morphing的河床基岩面建模方法，包括以下步骤：

(1)计算机获取钻孔数据、河床基岩埋深零值等值线数据、河床范围数据和河床DEM数据，并对钻孔数据进行标准化处理，并构建钻孔数据组集合DrillPoints；

(2)构建河床横剖面线，遍历钻孔数据组集合DrillPoints中的每一个钻孔数据组，按该组中钻孔空间排列的先后顺序，生成河床横剖面线并保存至河床横剖面线集合ProfileLines＝{pl_i|i＝1,2,3,…,p₀}，其中，pl_i表示第i条横剖面线，p₀表示横剖面线条数；

(3)河床基岩埋深零值等值线分段处理；

(4)根据河床横剖面线数据集合ProfileLines和基岩埋深零值等值线线段集合SectionLines，基于三维Morphing，生成河床基岩面插值点；

(5)构建河床基岩面模型,具体包括以下步骤：