一种城区工程地质三维模型构建方法及系统与流程

本发明涉及城区工程地质三维模型构建，更具体的说是涉及一种城区工程地质三维模型构建方法及系统。

背景技术：

1、三维地学可视化研究，主要应用于油田开发、矿山开采的数值模拟，后期许多学者在不同的应用领域对其理论方法、数据结构和软件开发等方面进行了诸多的研究，建模技术和建模方法不断发展并逐步成熟，主要有普通钻孔建模法、基于层位标定的钻孔建模法、基于网状含拓扑剖面和交叉折剖面的方法、三维地质多场耦合建模法、多源交互复杂地质体建模法和地质结构与地应力模拟一体化建模法等。

2、在城市的布局优化调整、城市发展空间选择、农业区划和市政建设规划，地下空间的开发利用，海绵城市的建设过程中，无一不需要地质资源作为支撑与优化，建立工程地质三维模型对智慧城市建设具有极为重要的现实意义，也是构建智慧城市基础格架的重要支持，是打造智慧城市的重要环节。

3、但是，现有的工程地质三维模型注重于模型的构建，对模型构建的数据来源和分类考虑性不足，尚未存在围绕数据选择和确定的工程地质三维模型构建方法。

4、因此，如何提出一种城区工程地质三维模型构建方法及系统，以工程勘察钻孔资料为基础，并根据地质时代、地质成因和岩相条件进行地层划分，以工程地质地层层序表为基础构建城区工程地质三维模型，提高模型的准确性和真实性是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种城区工程地质三维模型构建方法及系统，以工程勘察钻孔资料为基础，并根据地质时代、地质成因和岩相条件进行地层划分，根据工程地质地层层序表为基础构建城区工程地质三维模型，提高模型的准确性和真实性，为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

2、一种城区工程地质三维模型构建方法，包括：

3、以工程勘察钻孔资料为基础，并根据地质时代、地质成因和岩相条件进行地层划分，构建工程地质地层层序表；

4、利用组合物探对工程地质地层层序表中的因素进行数据采集；

5、根据采集数据构建并训练集成学习神经网络模型；

6、基于集成学习神经网络模型的预测结果，逐层识别和分类地下各层的地质属性；

7、将空间划分为三维网格，每个网格内指定对应的地质属性；

8、使用可视化软件展示构建的城区工程地质三维模型。

9、可选的，所述构建工程地质地层层序表包括：

10、划分范围：分别在平面上和深度上进行划分，在深度上划分详细分层和概略分层；

11、分层及编码：采用“主层+亚层”的两级编码单元对地层进行编码，按地层沉积时代、按沉积环境、沉积顺序和岩土类型确定工程地质主层并编号；

12、各成因层、主层具备自上而下的顺序关系，各主层内的亚层按沉积主次、粒径大小进行编码。

13、可选的，所述组合物探包括：地面微重力法、微动法、高密度电阻率法、等值反磁通瞬变电磁法、瞬态面波法、h/v谱比法和地质雷达法。

14、可选的，还包括对采集到的物探数据进行预处理，所述预处理包括：对采集到的物探数据进行清洗、去噪和归一化处理；

15、依次使用z-score方法识别异常值，对于识别出的异常值进行删除；

16、检查是否存在重复数据，删除重复的记录，保留唯一的数据；

17、对含有噪声的信号应用中值滤波，保留边缘信息；

18、通过最小-最大归一化，将数据缩放到[0，1]间。

19、可选的，所述根据采集数据构建并训练集成学习神经网络模型包括：

20、将采集数据将数据集划分为训练集、验证集和测试集；

21、选择全连接神经网络、卷积神经网络、循环神经网络、长短期记忆网络、图神经网络、深度置信网络组建集成学习神经网络模型；

22、通过训练集、验证集对集成学习神经网络模型进行训练和验证；

23、通过测试集上评估集成学习神经网络模型的性能；

24、使用交叉验证法对模型和集成策略的超参数进行调优。

25、可选的，还包括：分别根据全连接神经网络、卷积神经网络、循环神经网络、长短期记忆网络、图神经网络、深度置信网络组建集成学习神经网络模型的预测结果进行投票，通过投票法选择得票最多的类别，作为集成学习神经网络模型的输出，其中以循环神经网络的预测结果作为集成学习神经网络模型的预测结果的对照组，在不超过循环神经网络的预测结果的预设范围下确定集成学习神经网络模型的预测结果为真。

26、可选的，所述逐层识别和分类地下各层的地质属性包括：

27、根据分层标准确定各层的厚度、深度以及层间过渡情况；

28、通过识别和分类为每一层确定相应的地质属性；

29、在有限元分析软件中逐层输入地质属性，构建三维模型；

30、定义每层的边界条件和相互作用；

31、将模型计算结果与实地观测数据进行对比，验证模型的准确性。

32、可选的，所述将空间划分为三维网格，每个网格内指定对应的地质属性包括：

33、建立初始实体模型，对初始实体模型进行网格剖分和首次地质属性赋值，得到初始网格模型；

34、对初始网格模型中的网格单元进行实体化处理，确定预设实体模型；

35、对预设实体模型执行布尔运算，根据布尔运算结果得到拟合实体和非拟合实体，对所述拟合实体进行重新分区和第二次地质属性赋值得到再拟合子实体，对再拟合子实体进行体网格划分，得到重新划分体网格单元；对非拟合实体的体网格单元进行重构，得到重构体网格单元；

36、将重新划分体网格单元和重构体网格单元的组合，确定为目标网格模型，将每个网格内指定对应的地质属性。

37、可选的，所述使用可视化软件展示构建的城区工程地质三维模型包括：

38、在gocad可视化软件中导入地质属性数据，根据地质属性和结构创建三维地质模型，使用软件的建模工具绘制地层、断层特征；

39、利用gocad软件的可视化功能，设置光照、颜色、材质参数；

40、创建三维视图，使用切面视图观察不同深度的数据，生成动画展示地质结构；

41、将可视化结果导出为图像、视频或交互式模型；

42、通过web gis平台进行展示和交互。

43、可选的，一种城区工程地质三维模型构建系统，包括：

44、整理模块：用于以工程勘察钻孔资料为基础，并根据地质时代、地质成因和岩相条件进行地层划分，构建工程地质地层层序表；

45、采集模块：用于利用组合物探对工程地质地层层序表中的因素进行数据采集；

46、模型构建模块：用于根据采集数据构建并训练集成学习神经网络模型；

47、分类模块：用于基于集成学习神经网络模型的预测结果，逐层识别和分类地下各层的地质属性；

48、三维重建模块：用于将空间划分为三维网格，每个网格内指定对应的地质属性；

49、可视化模块：用于使用可视化软件展示构建的城区工程地质三维模型。

50、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种城区工程地质三维模型构建方法及系统，具有如下有益效果：

51、本发明提出了一种城区工程地质三维模型构建方法，包括：以工程勘察钻孔资料为基础，并根据地质时代、地质成因和岩相条件进行地层划分，构建工程地质地层层序表；利用组合物探对工程地质地层层序表中的因素进行数据采集；根据采集数据构建并训练集成学习神经网络模型；基于集成学习神经网络模型的预测结果，逐层识别和分类地下各层的地质属性；将空间划分为三维网格，每个网格内指定对应的地质属性；使用可视化软件展示构建的城区工程地质三维模型。本发明建立了工程地质地层层序体系，为后续岩土工程勘察资料的标准化工作奠定了基础；提出了适合辅助进行工程地质地层划分的城市工程物探组合方法，为物探方法在城市工程地质领域中的应用提供了技术支撑；建立了城区工程地质三维模型，为智慧城市建设提供了基础资料支撑；以工程勘察钻孔资料为基础，并根据地质时代、地质成因和岩相条件进行地层划分，以工程地质地层层序表为基础构建城区工程地质三维模型，提高模型的准确性和真实性。