CN105184865A - 基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法。本发明的目的是提供一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，以解决地质三维建模过程与地质二维出图过程分离的问题，以及地质图件绘制工作量大、绘图校对工作周期长、图面标注和格式排版繁琐、数据利用方式单一、人为差错率高、图件解译内容不一致、图纸修改更新不易等问题，提高地质图的出图质量和效率。本发明的技术方案是：该编绘方法包括以下步骤：1、地质对象分类及属性定义；2、地质数据及地质图设置入库；3、地质解译过程图绘制；4、过程图整编与线框模型输出；5、地质图输出。本发明适用于水电、水利、岩土、矿山、交通等行业的工程地质专业领域。

Description

基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法

技术领域

本发明涉及一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法。适用于水电、水利、岩土、矿山、交通等行业的工程地质专业领域。

背景技术

传统上地质信息的模拟与表达主要采用平面图和剖面图，其实质是将三维空间中的地层、构造、地貌及其它地质现象投影到某一平面上进行描绘。该方法存在的主要问题是空间信息的损失与失真、制图过程繁杂、数据重用性低及信息更新困难。

随着计算机软硬件的发展和以计算机辅助设计技术、图形图像技术、数据库技术为代表的数字信息技术在地质领域的广泛应用，工程三维设计技术在水利水电等工程领域已经有广泛的应用，直接从三维空间的角度去理解和表达地质体与地质环境，出图方式也由传统的手工绘图发展到计算机辅助的自动化或半自动化出图。

计算机辅助绘制地质二维图的方式主要有两种，一种是采用CAD技术进行地质剖面的自动或半自动绘制，另一种是采用组件式GIS技术，结合某种编程语言进行绘制。归纳起来，它们存在以下问题：

(1)地质二维图绘制过程与地质三维建模作业流程分离，地质三维模型和二维图件不能保持协作同步，图件更新周期长，重复工作量大。

(2)采用CAD技术在图形表达方面具有优势，但对属性数据库支持较弱，不易特征化标注对象的属性。

(3)组件式GIS技术将数据存储在数据库中，方便了属性查询和空间分析，但三维GIS发展不成熟，导致绘图过程脱离了地质三维模型，内容不够完整。

(4)没有完整、***的地质对象分类及属性定义支持，无法控制不同对象的特征，不利于跨行业的地质三维建模与二维出图的标准化定制。

(5)传统计算机辅助绘图分由不同工程师独立完成，单幅图初步完成后再互相参考相关图纸进行校对，绘图和校对的工作周期拉得很长，不能够在网络环境下基于地质数据库协同完成。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，以解决地质三维建模过程与地质二维出图过程分离的问题，以及地质图件绘制工作量大、绘图校对工作周期长、图面标注和格式排版繁琐、数据利用方式单一、人为差错率高、图件解译内容不一致、图纸修改更新不易等问题，提高地质图的出图质量和效率。

本发明所采用的技术方案是：一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，其特征在于包括以下步骤：

1、地质对象分类及属性定义，将自然地质体对象和勘察、改造地质体的人工对象统称为地质对象，按照建模和出图业务要求进行分类，在分类基础上为每一类地质对象进行属性定义，保存为地质对象分类及属性定义配置数据文件；

2、地质数据及地质图设置入库，将地质图范围内的各类地质对象数据和地质图出图设置数据输入地质数据库；

3、地质解译过程图绘制：

3.1、地质对象多源数据提取，从地质数据库中提取地质对象数据和地质图出图设置数据；

3.2、地质对象及标注图元绘制，通过坐标投影、平移和旋转变换，将地质对象多源数据从三维转换为二维状态，并根据地质对象分类及属性定义配置和地质符号库以标准化的点、线、面、文字进行地质对象和标注图元的绘制；

3.3、图元附加属性，为地质对象及标注图元批量附加属性字段，初步生成地质三维建模和二维出图均需要的过程图；

4、过程图整编与线框模型输出：

4.1、地质对象及标注图元位置调整，通过人机交互的方式对过程图中的地质对象和标注图元的位置进行调整，直至地质对象解译正确、推测合理、标注美观无压盖现象，同时满足地质三维建模和地质图件编绘的质量要求；

4.2、平面图元变换为三维线框数据，地质对象及标注图元位置调整完成后经过平移和旋转的逆变换，将过程图中的平面图元变换为三维线框数据；

4.3、三维线框数据写入数据库和模型，将三维线框数据写入地质数据库和三维线框模型；

循环往复步骤3和步骤4，直至地质三维模型中的三维线框模型满足地质三维建模的质量要求，以及三维线框模型和地质数据库中的三维线框数据都能满足输出完整、准确、合理、规范的地质图的要求；

5、地质图输出：

基于地质解译过程图绘制的成果，结合地质数据库中存储的地质图参数设置，自动排列绘制图名、图例、图签、图框、附图、附表等图饰要素，得到地质图。

所述步骤3.1在进入第二次及以后的循环时，同时从地质数据库和地质三维模型中进行地质对象多源数据提取，多源数据内容包括三个部分：

第一部分为地质数据库中地质对象数据和地质图出图设置数据；

第二部分为地质数据库中存储的三维线框数据；

第三部分为剖面图、平切图、等值线图从地质三维模型中剖切线、面、体模型得到的点、线、面几何图元数据。

所述步骤4.3中保存到地质数据库中的三维线框数据包括地质线条的空间和属性数据，以及标注图元的位置、倾角、尺寸和标注内容，基于地质数据库中的三维线框数据，步骤3在进入第二次及以后的循环时，在过程图绘制作业中还原前次作业步骤4结束时的地质对象及标注图元状态。

所述步骤4.3保存到地质数据库中的三维线框数据作为数据源，通过网络连接在协同设计环境中使用，实现异地远程多人协同的地质解译过程图绘制、过程图整编和地质图输出。

所述步骤1中地质对象按建模和出图的要求进行分类，分为测绘模型、勘探模型、地质模型、建筑物模型和物探、试验、观测模型。

所述步骤1中地质对象的属性字段包括基本属性、工程属性、地质属性、标注属性和图元属性。

所述步骤2中地质图出图设置数据包括：出图基本参数、出图范围参数、投影距离参数，地质剖面图和地质平切图中的地质对象投影距离参数为有效距离、参考距离、基线与剖面最大夹角。

本发明的有益效果是：本发明基于地质对象分类及属性定义配置，将绘制地质解译过程图和创建三维线框模型的过程有机融合，实现异地远程多人协同的地质解译过程图绘制、过程图整编和地质图输出，解决先成图后建模流程存在的地质解译工作重复、图纸模型数据不一致、二维地质解译不准确、地质图编绘工作量大、资料更新修改效率低、地质图成果提资周期长的问题，大幅提高了地质图的出图质量和效率。

附图说明

图1为本发明的流程框图。

图2为本发明实施例的地质对象分类及属性定义配置XML文件片段。

图3为本发明实施例的地质剖面图出图设置界面。

图4为本发明实施例的地质解译过程图。

图5为本发明实施例的三维线框模型。

图6为本发明实施例的地质剖面图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例以勘探线地质剖面图的绘制为例，进一步对本发明作具体介绍。

本例使用基于BentleyMicroStation计算机辅助设计(CAD)平台研制的GeoStation地质三维勘察设计***，其将地质对象数据和各种图件参数数据存储在SQLServer数据库中。

在本实施例中，按照本发明描述的基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，其过程主要包括以下几个步骤：1、地质对象分类及属性定义A；2、地质数据及地质图设置入库B；3、地质解译过程图绘制C；4、过程图整编与线框模型输出D；5、地质图输出E。

1、地质对象分类及属性定义A：

将地质图件上绘制点、线、面图元所表示的自然地质体对象和勘察、改造地质体的人工对象统称为地质对象。

按照行业规范的建模和出图要求进行分类：①测绘模型，包括地形面、地形等高线、地质测绘点、实测剖面；②勘探模型，包括勘探线、钻孔、平洞、探井、探坑、探槽；③地质模型，包括覆盖层、基覆界面、基岩面、地层界面、地层单元、岩性界面、岩性单元、岩脉、矿体、构造、风化、卸荷、倾倒、地应力、位移、元素含量、水位、相对隔水层、建议开挖面、物理地质现象、岩体质量、地质分区、岩体结构；④物探、试验、观测模型，包括试验点、观测点、取样点、断面、测线、测试曲线、测值；⑤建筑物模型，包括房屋、大坝、地下洞室、建基面、人工边坡、构筑物中心线。

为每一类地质对象定义属性字段：①基本属性，包括对象类型、对象名称、对象编号、唯一识别码；②工程属性，包括项目、阶段、工程区、标段、位置、时间、单位、人员；③地质属性，包括地层、岩性、构造、风化、卸荷、倾倒、元素含量、水位、相对隔水层、岩体分类、物理地质现象、地质分区；④标注属性，包括类型、组成、样式、字体、字高、字宽、文字对齐方式、基点位置、偏距X、偏距Y、旋转角、引线类型、引线长；⑤图元属性，包括图层、颜色、符号、线型、线宽、花纹、透明度、渲染样式。

本实施例将该对象分类及属性定义内容保存在XML格式的地质对象分类及属性定义配置F中，如图2所示。该配置文件根据水电、水利、岩土等行业规范和需求只需要配置一次，通过修改配置文件可以满足不同行业、不同企业和不同项目地质出图标准化的需要。

2、地质数据及地质图设置入库B：

将地质图范围内的各类地质对象数据和地质图出图设置数据输入地质数据库H。

勘探线地质剖面图需要的数据包括工程数据、地质数据、勘探数据、试验数据、物探数据、水工数据、监测数据、试验数据等，根据数据来源可通过手工录入或数据表导入等多种方式到地质数据库H中。

勘探线地质剖面图出图设置内容有：①出图基本参数，包括图名、图号、比例尺(横比例尺、纵比例尺)、图幅规格(A0～A4)、图例列数、产品级别、完成人(制图、校核、审查、核定)、完成时间(日期)和完成单位(制图单位)；②出图范围参数，包括出图方式(三维模型剖切、勘探剖面提取(更新孔洞)和勘探剖面提取(不更新孔洞))、勘探线编号、底部高程、孔左绘制内容；③投影距离参数，包括有效距离、参考距离、基线与剖面最大夹角，如图3所示。

3、地质解译过程图绘制C：

3.1、地质对象多源数据提取C1：首先从地质数据库H中进行地质对象多源数据提取，GeoStation地质三维勘察设计***自动提取的多源数据包括存储在地质数据库H中的地质对象数据、地质图设置数据和三维线框数据，以及从地质三维模型I中剖切线、面、体模型得到的点、线、面几何图元数据。

3.2、地质对象及标注图元绘制C2：然后将地质对象多源数据做坐标变换计算，通过平移和旋转坐标变换，将地质对象多源数据从三维转换为二维状态，并根据地质对象分类及属性定义配置F和地质符号库G以标准化的点、线、面、文字进行地质对象和标注图元的绘制。

3.3、图元附加属性C3：为地质对象及标注的图元批量附加基本属性、工程属性和地质属性，初步生成地质三维建模和二维出图均需要的过程图。

4、过程图整编与线框模型输出D：

通过钻孔、平洞、探井、探坑、探槽、实测剖面等勘探数据仅能知道地质体某些点位的地质情况，为了创建整个工程区范围内的三维模型，根据地质知识和规律进行人工地质解译和数据插值是必要的。

4.1、地质对象及标注图元位置调整D1：通过人机交互的方式对过程图中的地质对象和标注图元的位置进行调整，优化完善这些线条的形状、位置和对应的标注，直至地质对象解译正确、推测合理、标注美观无压盖现象，同时满足地质三维建模和地质图件编绘的质量要求。(步骤3中标注可能有压盖情况，在步骤4.1时可以手动进行调整)。

4.2、平面图元变换为三维线框数据D2：地质对象及标注图元位置调整完成后经过平移和旋转的逆变换，将过程图中的平面图元变换为三维线框数据。

4.3、三维线框数据写入数据库和模型D3：将三维线框数据存储到地质数据库H和地质三维模型I中的三维线框模型I-2，如图5所示，从而为后续地质三维面模型建模和地质图输出做好数据状态准备。三维线框模型I-2是以三维状态承载过程图绘制和整编的结果，并作为地质三维建模流程中生成地质三维模型I中三维表面模型I-1部分的基础数据。保存到地质数据库H中的三维线框数据作为步骤3.1中所提取的一个数据源，通过网络连接可以被多人同时使用，实现异地远程多人协同的地质解译过程图绘制、过程图整编和地质图输出。

循环往复步骤3和步骤4两个步骤，后次作业对前次作业进行地质编绘数据补充和变更，直至地质三维模型I中的三维线框模型I-2数据满足地质三维建模的质量要求，以及三维线框模型I-2和地质数据库H中的三维线框数据都能满足输出完整、准确、合理、规范的地质图的要求，满足勘察周期内有新的勘探数据不断补充进来的要求，并将建模和出图过程纳入勘测生产流程体系，为设计、校核、审查和核定等质检过程留下依据和记录，最终使为建模和出图准备的数据完整、准确、合理、规范，数据状态达到最优。

步骤4.3中保存到地址数据库H中的三维线框模型数据除了地质对象数据，还包括标注图元的位置、倾角、尺寸和标注内容；基于地质数据库H中的三维线框数据，步骤3在进入第二次及以后的循环时，能够在过程图绘制作业中还原前次作业步骤4结束时的地质对象及标注图元状态。

5、地质图输出E：基于地质解译过程图绘制成果，结合地质数据库中存储的地质图参数设置，自动排列绘制图名、图例、图签、图框、附图、附表等图饰要素，得到最终成果的地质图J。

在满足输出完整、准确、合理、规范的地质图的要求的过程图的基础上，自动绘制符合规范的图名、图框、图签和比例尺(勘探剖面图不需要指北针)这些图饰要素，并根据地质图中出现的地质对象和图元特征动态绘制图例。图例根据地质图设置可以1列或者2列排版。至此完成符合规范要求的地质二维图，勘探线地质剖面图成果如图6所示。

本实施例中步骤3在进入第二次及以后的循环时，可同时从地质数据库H和地质三维模型I中进行地质对象多源数据提取，多源数据包括三个部分：①存储在地质数据库H中描述地质对象特征属性的地质对象数据和地质图设置数据；②存储在地质数据库H中被循环更新的三维线框数据；③剖面图、平切图、等值线图从地质三维模型I中剖切线、面、体模型得到的点、线、面几何图元数据。

多源数据中①和②部分存储在地质数据库H中的地质数据和地质图设置数据、三维线框数据，用于多人协同的地质解译过程图绘制和异地远程的地质图输出；③从地质三维模型I中剖切得到的图元数据，能够从地质解译过程图绘制之外的任意方位上剖切，用于设计分析时更灵活的地质图输出。

图4为某勘探线剖面图的地质解译过程图，在提取多源数据中①和③部分或者①和②部分后绘制的效果。

Claims (7)

1.一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，其特征在于包括以下步骤：

1.1、地质对象分类及属性定义(A)，将自然地质体对象和勘察、改造地质体的人工对象统称为地质对象，按照建模和出图业务要求进行分类，在分类基础上为每一类地质对象进行属性定义，保存为地质对象分类及属性定义配置(F)数据文件；

1.2、地质数据及地质图设置入库(B)，将地质图范围内的各类地质对象数据和地质图出图设置数据输入地质数据库(H)；

1.3、地质解译过程图绘制(C)：

1.3.1、地质对象多源数据提取(C1)，从地质数据库(H)中提取地质对象数据和地质图出图设置数据；

1.3.2、地质对象及标注图元绘制(C2)，通过坐标投影、平移和旋转变换，将地质对象多源数据从三维转换为二维状态，并根据地质对象分类及属性定义配置(F)和地质符号库(G)以标准化的点、线、面、文字进行地质对象和标注图元的绘制；

1.3.3、图元附加属性(C3)，为地质对象及标注图元批量附加属性字段，初步生成地质三维建模和二维出图均需要的过程图；

1.4、过程图整编与线框模型输出(D)：

1.4.1、地质对象及标注图元位置调整(D1)，通过人机交互的方式对过程图中的地质对象和标注图元的位置进行调整，直至地质对象解译正确、推测合理、标注美观无压盖现象，同时满足地质三维建模和地质图件编绘的质量要求；

1.4.2、平面图元变换为三维线框数据(D2)，地质对象及标注图元位置调整完成后经过平移和旋转的逆变换，将过程图中的平面图元变换为三维线框数据；

1.4.3、三维线框数据写入数据库和模型(D3)，将三维线框数据写入地质数据库(H)和三维线框模型(I-2)；

循环往复步骤1.3和步骤1.4，直至地质三维模型(I)中的三维线框模型(I-2)满足地质三维建模的质量要求，以及三维线框模型(I-2)和地质数据库(H)中的三维线框数据都能满足输出完整、准确、合理、规范的地质图的要求；

1.5、地质图输出(E)：

基于地质解译过程图绘制(C)的成果，结合地质数据库(H)中存储的地质图参数设置，自动排列绘制图名、图例、图签、图框、附图、附表等图饰要素，得到地质图(J)。

2.根据权利要求1所述的一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，其特征在于：步骤1.3.1在进入第二次及以后的循环时，同时从地质数据库(H)和地质三维模型(I)中进行地质对象多源数据提取，多源数据内容包括三个部分：

第一部分为地质数据库(H)中地质对象数据和地质图出图设置数据；

第二部分为地质数据库(H)中存储的三维线框数据；

第三部分为剖面图、平切图、等值线图从地质三维模型(I)中剖切线、面、体模型得到的点、线、面几何图元数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，其特征在于：步骤1.4.3中保存到地质数据库(H)中的三维线框数据包括地质线条的空间和属性数据，以及标注图元的位置、倾角、尺寸和标注内容，基于地质数据库(H)中的三维线框数据，步骤1.3在进入第二次及以后的循环时，在过程图绘制作业中还原前次作业步骤1.4结束时的地质对象及标注图元状态。

4.根据权利要求1所述的一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，其特征在于：步骤1.4.3保存到地质数据库(H)中的三维线框数据作为数据源，通过网络连接在协同设计环境中使用，实现异地远程多人协同的地质解译过程图绘制、过程图整编和地质图输出。

5.根据权利要求1所述的一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，其特征在于：步骤1.1中地质对象按建模和出图的要求进行分类，分为测绘模型、勘探模型、地质模型、建筑物模型和物探、试验、观测模型。

6.根据权利要求1所述的一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，其特征在于：步骤1.1中地质对象的属性字段包括基本属性、工程属性、地质属性、标注属性和图元属性。

7.根据权利要求2所述的一种基于地质三维建模流程的地质图件编绘方法，其特征在于：步骤1.2中地质图出图设置数据包括：出图基本参数、出图范围参数、投影距离参数，地质剖面图和地质平切图中的地质对象投影距离参数为有效距离、参考距离、基线与剖面最大夹角。