【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地球物理探测，特别是一种空地井复杂地质精细化建模方法。
技术介绍
1、近年来我国高海拔地区的铁路建设飞速发展，然而多处线路处于艰险复杂山区，常常需要在复杂构造的地区进行隧道开挖，隧道施工初期的三维模型建立显得格外重要。对该区域的破碎和富水异常解译，为不良地质超前预报及隧道安全施工提供资料参考。
2、基于面绘制的三维重建与数值模拟是地质信息科学，地球物理勘探，采矿工程等领域的重要研究方向。在地学大数据背景下，实现航空、地面、井隧等散乱三维数据场的模型构建与可视化，对海量地学数据挖掘和信息获取具有重要意义。目前，在基于距离函数的等值面提取重建方法存在空立方检索、表面阶梯状、三角形数量巨大且冗余等缺陷，会导致重建过程与仿真显示效率低且表面不连续等问题；而基于轮廓拼接的面绘制具有更高的响应速度和更少的gpu占用，能够对动态过程进行实时模拟与描述，更好的契合地质大数据背景下的建模需求。对约束集与特征量度综合考量后得出结论：单一或同类型特征量度与约束集的目标函数无法实现局部和全局最优的兼顾，不足以有效约束轮廓形状复杂、边长分布离散、顶点稀疏、沿所在平面横纵坐标轴投影长度差异大等情形下的表面重建过程与维持最优解的合理性；而基于多特征量度与约束集的目标函数优化算法能有效增强对轮廓形状、绕向与法向的多维度欧式距离、层间差异等量度的约束。显著提高对重建过程的控制程度，成为目标函数领域的主要研究方向。因此针对上述问题，该方法基于多特征量度和约束集的目标函数最优解算法，以局部最优约束未研究对象，提出了基于法向近似与多特征融合的
3、公开号cn202010706373.6，公开日为2024年03月01日的中国专利公开了一种基于多源数据的快速精细化三维地质建模方法，能精细化表达实体内部，也能兼顾地质体表面的准确表达。
4、但该专利使用插值法对每一层地层界面上位于规则网格的格点处插值出矢量点，该方法在多特征的融合上缺乏基于统计的定量分析，导致不同规则的约束均衡性与特征量度的融合相关性及稀疏特征点集合的分布合理性降低，致使其难以实现空地井综合地质信息精细化建模。因此如今需要一种能够克服由于约束缺陷、因拐点分布差异导致的匹配紊乱、绕向分布离散的问题的一种空地井复杂地质精细化建模方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的进行三维建模时由于约束缺陷、因拐点分布差异导致的匹配紊乱、绕向分布离散的问题，提供一种空地井复杂地质精细化建模方法。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、一种空地井复杂地质精细化建模方法，包括以下步骤：
4、s1：获取待分析空地井数据；所述待分析空地井数据包括轮廓离散点集；
5、s2：定义一种绕向顶点密度，以w构型的三角网为目标，基于所述绕向顶点密度确定插值数量，通过距离定权插值对所述轮廓离散点集进行优化，统一不同轮廓线的顶点密度；
6、s3：定义一种空间四边形作为建立相似度函数的基本单位，构建所述空间四边形的特征度量；
7、s4：根据所述轮廓离散点集，计算所述空间四边形的特征量度，建立最优空间四边形的样本集合矩阵，并对所述样本集合矩阵进行中心化处理；
8、s5：根据中心化处理后的所述样本集合矩阵生成协方差矩阵，计算所述协方差矩阵的特征值与特征量度，计算pca贡献度，并根据所述pca贡献度进行特征降维，解算相似度最大的最优解，建立全局最优约束的顶点匹配；
9、s6：根据所述顶点匹配的结果建立由所述空间四边形组成的网格，在单一空间四边形中对两种三角形剖分情况进行法向计算，依据法向计算邻接三角形的相似度，基于最大相似度建立局部最优约束的三角网；
10、s7：待所有网格完成计算后，输出当前的三角网为复杂地质精细化模型。
11、作为本专利技术的优选方案，所述绕向顶点密度的表达式为：
12、
13、约束条件：ρcontour1＝ρcontour2≈c，
14、其中，ρ为所述绕向顶点密度，n为特征点数量，sidei为起点为i的邻接点距离，c∈z∩c>0,c为常数，ρcontour1和ρcontour2分别为轮廓contour1和contour2的绕向顶点密度。
15、作为本专利技术的优选方案，所述s2中基于所述绕向顶点密度的插值包括以下步骤：
16、s21：依据所述绕向顶点密度判断所述待分析空地井数据中物探切片的稀疏与密集程度，设定插值的基准数n；
17、s22：填充所述轮廓离散点集中相邻轮廓线的边长集合，计算相邻轮廓线的周长c1,c2,依据所述基准数n和周长比例计算两条轮廓线的插值数：
18、n1/n2＝c1/c2；
19、其中，n1和n2分别为相邻轮廓线的插值数；
20、s23：除首尾轮廓线外，依次将各个轮廓线的点集合复制于辅助空间，填充当前轮廓线的边长集，搜寻最大边长并对当前轮廓线的边长集进行等分插值；更新当前轮廓线的边长集；
21、重复本步骤至当前轮廓线的点数达到n1；
22、s24：遍历全部轮廓线，直至所有轮廓线的点数达到n1。
23、作为本专利技术的优选方案，所述空间四边形由相邻轮廓中两组相同轮廓的相邻点组成，其特征量度包括：
24、①以所述空间四边形轮廓几何中心至特征点的连线向量作为该点的方向向量；
25、②以起始跨距的顶点分别与其所在轮廓沿顺时针方向的邻接点的连线作为空间四边形的两条短边，以起始跨距和对应邻接点的连线作为空间四边形的长边；
26、③以短边所在直线的方向向量作为该边的方向向量，方向指向邻接点；
27、④短边所在直线的三维欧氏距离d。
28、作为本专利技术的优选方案，所述样本集合矩阵的构建包括以下步骤：
29、s41：统计相邻剖面轮廓的顶点数分别为m和n，根据物探解释剖面中相邻轮廓的三维坐标资料，建立特征点方向关联度集合{a}＝[a1,a2,…,an]与距离关联度集合{b}＝[b1,b2,…,bn]，边方向关联度集合{c}＝[c1,c2,…,cn]与边距离关联度集合{d}＝[d1,d2,…,dn]；其表达式为：
30、
31、
32、其中，aij为特征点i与特征点j的方向关联度，bij为特征点i与特征点j的距离关联度；cij为特征点i与特征点j边方向关联度；dij为特征点i与特征点j的边距离关联度，i∈[1,m]∩j∈[1,n]；
33、s42：对各个特征度量的集合进行量化处理，其表达式为：
34、空间四边形的起始边的特征点二维坐标为(xi,yi),(xj,yj)其方向向量为：
35、
36、两个点本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述绕向顶点密度的表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述S2中基于所述绕向顶点密度的插值包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述空间四边形由相邻轮廓中两组相同轮廓的相邻点组成，其特征量度包括：
5.根据权利要求4所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述样本集合矩阵的构建包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述S5中PCA贡献度的计算方法包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述S5中建立全局最优约束的顶点匹配包括以下步骤：
8.根据权利要求1所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述s6中在单一空间四边形中对两种可能的三角形剖分情况进行法向计
9.根据权利要求8所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述S6中的三角网拼接算法，其具体步骤为：
10.一种空地井复杂地质精细化建模设备，其特征在于，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至9中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述绕向顶点密度的表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述s2中基于所述绕向顶点密度的插值包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述空间四边形由相邻轮廓中两组相同轮廓的相邻点组成，其特征量度包括：
5.根据权利要求4所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述样本集合矩阵的构建包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种空地井复杂地质精细化建模方法，其特征在于，所述s5中pca贡献度的计算方法包括以下步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐正宣，刘康，姚锦鹏，简兴祥，王栋，贾哲强，曹云勇，尹小康，王茂靖，王哲威，赵思为，陈明浩，孟少伟，李嘉雨，袁东，
申请(专利权)人：中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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