一種新型三維地層曲面的繪制方法
【專利摘要】本發明涉及一種新型三維地層曲面的繪制方法，其特征在于包括如下步驟：1)把工程現場分為相互獨立的若干區域，分區的原則為根據工程地質條件相似或相近的基本原則進行；以避免不相關的數據干擾；2)根據工程分區進行鉆孔并統計鉆孔數據，在統計鉆孔數據時忽略鉆探數據中的特殊地質體；通過工程物探和鉆探方法共同確定地層尖滅點的位置，生成虛擬鉆孔；3)形成鉆孔模型；4)把鉆孔數據作為確定性插值條件，虛擬鉆孔作為不確定性插值條件，確定地層插值數據和結果；5)生成三維地質模型；6)實時生成虛擬鉆孔數據，獲取該點和面巖土體分布數據，繪制形成三維地層曲面。本發明具有三維數據充足、誤差小和效率高等突出的有益效果。
【專利說明】
一種新型三維地層曲面的繪制方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種新型三維地層曲面的繪制方法，適用于工程勘察的地層分布確定，為基坑支護、地基基礎設計提供數據。屬于工程勘探技術領域。
技術背景
[0002]確定地層分布是工程勘察的重要內容，也是基坑支護、地基基礎確定的重要條件。現技術中，地層分布一般可根據鉆孔點的數據確定，但由于鉆孔點數量有限，其它非鉆孔部位一般采用插值方法進行數據補充，形成完整的地層分布曲線或地層分布曲面。
[0003]目前，工程勘察中的地層分布往往為二維數據，主要根據鉆孔數據，使用直線或者樣條曲線(一般為三階樣條曲線)進行連線插值，確定地層剖面曲線。用此方法繪制的地層剖面曲線僅僅為地層曲面的示意圖，與實際地層相差較大，往往不能符合巖土工程勘察設計需要。并且，二維的地層剖面圖局限性較大，在進行設計過程中，需要設計人員通過想象來彌補其二維數據的不足，存在工作量大、效率低和誤差大的缺陷。有人采用反距離加權法進行地層插值，以彌補其二維數據的不足，得到較為相符的地層數據。但這種地層插值法存在三維數據不足、中心權重過大、容易導致“牛眼”和誤差大的問題。
[0004]因此，需要開發一種新的三維地層繪制的新方法，以生成三維地層模型，從而解決現有巖土工程設計、施工中存在三維數據不足、中心權重過大、容易導致“牛眼”和誤差大的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的，是為了解決現有巖土工程設計、施工中存在三維數據不足、中心權重過大、容易導致“牛眼”和誤差大的問題，提供一種新型三維地層曲面的繪制方法。具有三維數據充足、誤差小和效率高等特點。解決了工程設計、施工過程中地層分層及地質形態的問題。
[0006]本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到:
[0007]一種新型三維地層曲面的繪制方法，其特征在于包括如下步驟:
[0008]I)進行工程分區
[0009]把工程現場分為相互獨立的若干區域，分區的原則為根據工程地質條件相似或相近的基本原則進行；以避免不相關的數據干擾；
[0010]2)進行鉆孔及鉆孔數據處理
[0011 ] 2-1)根據工程分區進行鉆孔并統計鉆孔數據，在統計鉆孔數據時，忽略鉆探數據中的特殊地質體，包括巖土體空洞、孤石；
[0012]2-2)通過工程物探和鉆探方法共同確定地層尖滅點的位置，生成虛擬鉆孔；
[0013]2-3)采用二級編碼形式將鉆探數據進行統一編碼，以把鉆孔數據和虛擬鉆孔數據轉化為可用計算機直接編程分析的數據；
[0014]3)形成鉆孔模型
[0015]通過計算機編程，把步驟2)形成的鉆孔數據和虛擬鉆孔數據轉化為可為Autodesk3D max軟件地質模塊識別的數據格式；把所述的鉆孔數據和虛擬鉆孔數據同時導入到Autodesk 3D max軟件中，生成鉆孔模型；
[0016]4)確定地層插值
[0017]把鉆孔數據作為確定性插值條件，虛擬鉆孔作為不確定性插值條件，確定地層插值數據和結果；
[0018]5)生成三維地質模型
[0019]5-1)分析各點各巖土層高程數據的概率特性，選取變差函數，計算其目標函數；
[0020]5-2)計算及擬合實驗變差函數；
[0021]5-3)輸出步驟4)確定的地層插值數據和結果，并將其輸入Autodesk 3D max軟件中，生成三維地質模型；
[0022]6)繪制形成三維地層曲面
[0023]6-1)通過工程物探方法和鉆探方法共同確定巖土中的空洞、孤石等特殊地質體，通過布爾運算把巖土體空洞、孤石等特殊地質體信息輸入三維地質模型中；
[0024]6-2)在需要地層數據的點和面，實時生成虛擬鉆孔數據，獲取該點和面巖土體分布數據，繪制形成三維地層曲面。
[0025]本發明的目的還可以通過采取如下技術方案達到:
[0026]進一步地，步驟2-2)中所述生成虛擬鉆孔，是指通過工程物探和鉆探方法共同確定地層尖滅點的位置，并在該位置自動生成虛擬鉆孔。
[0027]進一步地，步驟3)所述生成鉆孔模型，是指通過工程物探方法和鉆探方法共同確定巖土中的空洞、孤石等特殊地質體，通過布爾運算在三維地質模型中生成特殊地質體;在任何需要地層數據的點和面，實時生成虛擬鉆孔數據，獲取該點和面巖土體分布數據。
[0028]進一步地，步驟3)中所述的計算機編程，是指使用Excel軟件和Excel VBA進行編程。
[0029]進一步地，步驟4)中確定地層插值，是指通過改進的克里金插值方法進行地層連線確定的地層插值。
[0030]進一步地，步驟5-2)計算及擬合實驗變差函數是指通過遺傳算法擬合實驗變差函數。
[0031]本發明具有如下突出的有益效果:
[0032]本發明根據地質類別把場地分區，各分區間數據獨立、不相互影響;首先忽略巖土體空洞、孤石等特殊地質體的數據，通過Excel表格進行鉆孔數據向三維地層數據轉化，并分析數據特征;通過工程物探和鉆探方法共同確定地層尖滅點的位置，并在該位置自動生成虛擬鉆孔，通過鉆孔和虛擬鉆孔數據生成三維地質模型;通過工程物探方法和鉆探方法共同確定巖土中的空洞、孤石等特殊地質體，通過布爾運算在三維地質模型中生成特殊地質體;根據需要實時生成虛擬鉆孔數據，獲取該點和面巖土體分布數據，繪制形成三維地層曲面；因此能夠解決現有巖土工程設計、施工中存在三維數據不足、中心權重過大、容易導致“牛眼”和誤差大的問題，具有三維數據充足、誤差小和效率高等突出的有益效果，可廣泛應用于工程設計和施工。
【附圖說明】
[0033]圖1是三維地層繪圖實施步驟算流程圖。
【具體實施方式】
[0034]具體實施案例1:
[0035]本實施例涉及的新型三維地層曲面的繪制方法，其特征在于包括如下步驟:
[0036]I)進行工程分區
[0037]把工程現場分為相互獨立的若干區域，分區的原則為根據工程地質條件相似或相近的基本原則進行；以避免不相關的數據干擾；
[0038]2)進行鉆孔及鉆孔數據處理
[0039]2-1)根據工程分區進行鉆孔并統計鉆孔數據，在統計鉆孔數據時，忽略鉆探數據中的特殊地質體，包括巖土體空洞、孤石；
[0040]2-2)通過工程物探和鉆探方法共同確定地層尖滅點的位置，生成虛擬鉆孔；
[0041]2-3)采用二級編碼形式將鉆探數據進行統一編碼，以把鉆孔數據和虛擬鉆孔數據轉化為可用計算機直接編程分析的數據；
[0042]3)形成鉆孔模型
[0043]通過計算機編程，把步驟2)形成的鉆孔數據和虛擬鉆孔數據轉化為可為Autodesk3D max軟件地質模塊識別的數據格式；把所述的鉆孔數據和虛擬鉆孔數據同時導入到Autodesk 3D max軟件中，生成鉆孔模型；
[0044]4)確定地層插值
[0045]把鉆孔數據作為確定性插值條件，虛擬鉆孔作為不確定性插值條件，確定地層插值數據和結果；
[0046]5)生成三維地質模型
[0047]5-1)分析各點各巖土層高程數據的概率特性，選取變差函數，計算其目標函數；
[0048]5-2)根據所述變差函數和目標函數形成計算及擬合實驗變差函數；
[0049]5-3)輸出步驟4)確定的地層插值數據和結果，并將地層插值數據和結果輸入Autodesk 3D max軟件中，自動生成三維地質模型；
[0050]6)繪制形成三維地層曲面
[0051]6-1)通過工程物探方法和鉆探方法共同確定巖土中的空洞、孤石等特殊地質體，通過布爾運算把巖土體空洞、孤石等特殊地質體信息輸入三維地質模型中；
[0052]6-2)在需要地層數據的點和面，實時生成虛擬鉆孔數據，獲取該點和面巖土體分布數據，繪制形成三維地層曲面。
[0053]本發實施例中:
[0054]步驟2-2)中所述生成虛擬鉆孔，是指通過工程物探和鉆探方法共同確定地層尖滅點的位置，并在該位置自動生成虛擬鉆孔。
[0055]步驟3)所述生成鉆孔模型，是指通過工程物探方法和鉆探方法共同確定巖土中的空洞、孤石等特殊地質體，通過布爾運算在三維地質模型中生成特殊地質體;在任何需要地層數據的點和面，實時生成虛擬鉆孔數據，獲取該點和面巖土體分布數據。
[0056]步驟3)中所述的計算機編程，是指使用ExceI軟件和ExceI VBA進行編程。
[0057]步驟4)中確定地層插值，是指通過改進的克里金插值方法進行地層連線確定的地層插值。所述改進的克里金插值方法，是指把鉆孔數據作為確定性插值條件，虛擬鉆孔作為不確定性插值條件，分析各點各巖土層高程數據的概率特性，選取變差函數，計算其目標函數;計算實驗變差函數及通過遺傳算法擬合實驗變差函數，確定的地層插值。
[0058]步驟5-2)計算及擬合實驗變差函數是指通過遺傳算法擬合實驗變差函數。
[0059]所述變差函數為常規技術所采用的變差函數，所述目標函數是根據本領域常規技術計算得到的目標函數，所述布爾運算是常規技術的布爾運算，所述三維地質模型是指常規技術的三維地質模型。
[0060]具體應用案例:
[0061 ]本實施例應用于選取某巖溶地區工程。
[0062]選取某巖溶地區工程，通過三維地層繪制新方法實施三維地質建模，通過如下步驟實現:
[0063]I)工程分區及鉆探數據整理
[0064]為了避免不相關的數據干擾，首先根據工程地質環境和鉆探結果進行工程分區，把工程現場分為相互獨立的若干區域。分區的原則為根據工程地質條件相似或相近的基本原則進行；
[0065]2)鉆孔數據轉換
[0066]①忽略鉆探數據中的巖土體中的土洞、溶洞、孤石等特殊地質體；
[0067]②通過工程物探方法得出各地質分層界面圖，同時把鉆探數據確定的地層類型和深度數據合并到物探方法得出的地層分界面圖中。在地層分界面圖中，由地層曲線延伸、交匯得出地層尖滅點(即各地層交匯、突變點)的位置。在地層尖滅點處，根據地層數據生成虛擬鉆孔；
[0068]③把鉆孔數據和虛擬鉆孔數據轉化為可用計算機直接編程分析的數據。采用二級編碼形式將鉆探數據進行統一編碼、分析；
[0069]3)鉆孔模型生成
[0070]①使用Excel軟件和ExcelVBA進行編程，把鉆孔數據和虛擬鉆孔數據轉化為可為Autodesk 3D max軟件地質模塊識別的ags數據格式文件；
[0071 ] ②ags數據格式文件通過Autodesk 3D max軟件擴展的地質模塊導入到Autodesk3D max軟件中，在Autodesk 3D max軟件生成地質鉆孔模型；
[0072]4)改進克里金插值
[0073]①把鉆孔數據作為確定性插值條件，虛擬鉆孔作為不確定性插值條件，分析各點各巖土層高程數據的概率特性，選取變差函數，計算其目標函數；
[0074]②計算實驗變差函數；
[0075]③通過遺傳算法擬合實驗變差函數；
[0076]④輸出地層數據的克里金插值結果，并同樣將插值后的地層數據轉換為ags數據格式，并通過軟件擴展的地質模塊將其輸入Autodesk 3D max軟件中；
[0077]5)地質模型和地層數據生成
[0078]①生成三維地質模型；
[0079]②通過工程物探方法和鉆探方法共同確定的巖土中的土洞、溶洞、孤石等特殊地質體，通過布爾運算將其信息輸入三維地質模型中。
[0080]③在任何需要地層數據的點和面，實時生成虛擬鉆孔數據，獲取該點和面巖土體分布數據，繪制形成三維地層曲面，可服務于后續的工程設計和施工。
[0081]在工程地質勘察中，鉆探點一般來說是較為準確的已知點，根據鉆探數據，采用確定性的插值方法進行地層插值可得到較為相符的地層數據。現有技術中，確定性插值方法一般包括:反距離加權法、最小二乘法和克里金方法等。一般來說，基于“地理學第一定律”的基本假設:空間位置上越靠近的點，具有相似特征值的可能性越大;而距離越遠的點，其具有相似特征值的可能性越小。反距離插值算法由于已知點附近數值對周圍數值影響較大(中心權重過大)，容易導致“牛眼”出現，導致誤差(因為不一定就是已知點附近產生集中的)。為了克服這個問題，本發明通過建立與已知點方差一致的點進行插值(改進克里金插值法)。可在巖土工程三維設計中推廣使用。
【主權項】
1.一種新型三維地層曲面的繪制方法，其特征在于包括如下步驟: 1)進行工程分區 把工程現場分為相互獨立的若干區域，分區的原則為根據工程地質條件相似或相近的基本原則進行；以避免不相關的數據干擾； 2)進行鉆孔及鉆孔數據處理 2-1)根據工程分區進行鉆孔并統計鉆孔數據，在統計鉆孔數據時，忽略鉆探數據中的特殊地質體，包括巖土體空洞、孤石； 2-2)通過工程物探和鉆探方法共同確定地層尖滅點的位置，生成虛擬鉆孔； 2-3)采用二級編碼形式將鉆探數據進行統一編碼，以把鉆孔數據和虛擬鉆孔數據轉化為可用計算機直接編程分析的數據； 3)形成鉆孔模型 通過計算機編程，把步驟2)形成的鉆孔數據和虛擬鉆孔數據轉化為可為Autodesk3Dmax軟件地質模塊識別的數據格式；把所述的鉆孔數據和虛擬鉆孔數據同時導入到Autodesk 3D max軟件中，生成鉆孔模型； 4)確定地層插值 把鉆孔數據作為確定性插值條件，虛擬鉆孔作為不確定性插值條件，確定地層插值數據和結果； 5)生成三維地質模型 5-1)分析各點各巖土層高程數據的概率特性，選取變差函數，計算其目標函數； 5-2)根據所述變差函數和目標函數形成計算及擬合實驗變差函數； 5-3)輸出步驟4)確定的地層插值數據和結果，并將地層插值數據和結果輸入Autodesk3D max軟件中，自動生成三維地質模型； 6)繪制形成三維地層曲面 6-1)通過工程物探方法和鉆探方法共同確定巖土中的空洞、孤石等特殊地質體，通過布爾運算把巖土體空洞、孤石等特殊地質體信息輸入三維地質模型中； 6-2)在需要地層數據的點和面，實時生成虛擬鉆孔數據，獲取該點和面巖土體分布數據，繪制形成三維地層曲面。2.根據權利要求1所述的一種新型三維地層曲面的繪制方法，其特征在于:步驟2-2)中所述生成虛擬鉆孔，是指通過工程物探和鉆探方法共同確定地層尖滅點的位置，并在該位置自動生成虛擬鉆孔。3.根據權利要求1所述的一種新型三維地層曲面的繪制方法，其特征在于:步驟3)所述生成鉆孔模型，是指通過工程物探方法和鉆探方法共同確定巖土中的空洞、孤石等特殊地質體，通過布爾運算在三維地質模型中生成特殊地質體;在任何需要地層數據的點和面，實時生成虛擬鉆孔數據，獲取該點和面巖土體分布數據。4.根據權利要求1所述的一種新型三維地層曲面的繪制方法，其特征在于:步驟4)中確定地層插值，是指通過改進的克里金插值方法進行地層連線確定的地層插值。
【文檔編號】G06T17/05GK106097445SQ201610387481
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月2日 公開號201610387481.5, CN 106097445 A, CN 106097445A, CN 201610387481, CN-A-106097445, CN106097445 A, CN106097445A, CN201610387481, CN201610387481.5
【發明人】李偉科, 韓建強
【申請人】廣州市設計院