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专利号: 2019110429213
申请人: 南京泛在地理信息产业研究院有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种穹隆构造的三维几何形态恢复方法,其特征在于该方法包括:(1)以正北方向为x轴,正东方向为y轴,以穹隆构造的任意层地质界线质心为原点O,垂直于xOy平面向上方向为z轴,建立三维空间下的O-xyz坐标系,并计算该层地质界线所有折点的坐标,存入点集G;

(2)根据点集G,基于相等夹角生成n个垂直于xOy平面且过O点的剖面,并提取n个剖面与地质界线的2n个交点,并存入交点集合JP,n为正整数;

(3)根据每个剖面与地质界线的两个交点以及交点处对应的产状数据,生成n条二阶Bezier曲线,计算得到穹隆顶点V坐标;

(4)对于集合JP中的每个交点,基于对应位置倾角、穹隆顶点V和顶点V处切线,生成2n条Bezier曲线;

(5)相邻Bezier曲线之间,基于Morphing方法插值生成轮廓线集合,并在相邻轮廓线之间构造不规则三角网,完成穹隆构造的当前层恢复;具体包括:(5-1)根据穹隆两个相邻剖面生成的Bezier曲线BZTDj和BZTDj+1,以及两剖面间的地质界线GLj作为条件进行Morphing插值,j=1,…,n-1;具体方法为:将穹隆顶点V作为起始地质界线SRC,GLj作为目标地质界线DEST,BZTDj和BZTDj+1作为首约束FC和末约束LC,在每两个剖面之间进行Morphing插值,形成用户指定条数的过渡地质界线;

(5-2)将对应点连接后,根据最短对角线原则确定轮廓线间形成的不规则三角网,完成穹隆构造的当前层恢复,之后调整穹隆当前层面的x,y坐标到水平面上;

(6)循环执行步骤(1)-(5),直至所有层恢复完成。

2.根据权利要求1所述的穹隆构造的三维几何形态恢复方法,其特征在于:步骤(1)具体包括:(1-1)以正北方向为x轴,正东方向为y轴,选定一个高度与水平面相同的任意点作为原点O`,垂直于xO`y平面向上方向为z轴,建立三维空间下的O`-xyz坐标系;

(1-2)根据地质图和DEM数据,提取待恢复穹隆构造的任意层地质界线所有折点在O`-xyz坐标系的坐标,并按先后顺序存入点集A={pi(pxi,pyi,pzi)|i=1,…,m},其中,m为地质界线要素中的点数,(pxi,pyi,pzi)表示点pi在O`-xyz坐标系的x,y,z轴坐标值;

(1-3)以地质界线质心为原点O,建立三维空间下的O-xyz坐标系,并根据下面公式,计算该层地质界线所有折点在O-xyz坐标系的坐标gi(xi,yi,zi),存入点集G={gi(xi,yi,zi)|i=1,…,m}:

3.根据权利要求1所述的穹隆构造的三维几何形态恢复方法,其特征在于:步骤(2)具体包括:(2-1)以y=0为第一个剖面,按照任意相邻剖面间夹角相等原则,顺时针方向生成n个垂直于xOy平面且过O点的剖面,并存入剖面集合SP={SPt|t=1,…,n};

(2-2)将生成的每个剖面沿z轴分割,生成2n个半剖面,从正北方向开始按顺时针顺序加入半剖面集合P={Pj|j=1,…,2n},其中,半剖面Pj在xOy平面上的投影线与x轴正方向的夹角θj为:

(2-3)基于下式,计算原点O与点集G中元素gi形成的射线Ogi与x轴正方向的夹角anglei;

式中,gi表示点集G中第i个元素,m表示点集G中元素个数,xi,yi分别表示gi坐标值;

(2-4)基于下式,计算点集G中任意两个相邻的点组成的线段与x轴正方向的夹角范围:

式中,rangei表示点集G中元素gi、gi+1组成的线段Li与x轴正方向的夹角范围,rmini=min(anglei,anglei+1),rmaxi=max(anglei,anglei+1),anglei+1表示Ogi+1与x轴正方向的夹角;

(2-5)基于下式,计算半剖面集合P中各元素与地质界线的交点坐标:

式中,xj,yj,zj表示半剖面集合P中元素Pj与地质界线的交点Jpj的三维空间坐标,j=1,2,...,2n,i∈[1,m]且满足rangei包含θj,Ai=yi+1-yi,Bi=xi+1-xi,Ci=xi+1yi-xiyi+1,xi,yi,zi表示gi的三维空间坐标值,xi+1,yi+1,zi+1表示gi+1的三维空间坐标值;

(2-6)将半剖面集合P中各元素与地质界线的交点坐标存入交点集合JP={Jpj(xj,yj,zj)|j=1,…,2n},其中,集合中点Jpt和Jpt+n是剖面SPt与地质界线的两个交点,t=1,…,n。

4.根据权利要求1所述的穹隆构造的三维几何形态恢复方法,其特征在于:步骤(3)具体包括:(3-1)根据交点集合JP,基于下式,将步骤(2)生成的每个剖面与地质界线的交点的坐标,经过变换得到映射到该剖面对应坐标系x′Oy′时的坐标:

式中,xt,yt,zt表示交点集合JP中第t个点Jpt的三维空间坐标,也是剖面SPt与地质界线的第一个交点三维空间坐标,xt+n,yt+n,zt+n表示交点集合JP中第t+n个点Jpt+n的三维空间坐标,也是剖面SPt与地质界线的第二个交点三维空间坐标,x′t1,y′t1表示Jpt映射到剖面SPt上的二维坐标,x′t2,y′t2表示Jpt+n映射到剖面SPt上的二维坐标;

(3-2)在每一剖面与地质界线的两个交点处分别画倾角线,按照下式计算两条倾角线的交点坐标:

式中,x′t0,y′t0表示在剖面SPt与地质界线的两个交点Jpt、Jpt+n处分别画的两条倾角线的交点Jpt0二维坐标,α表示Jpt处的倾角,β表示Jpt+n处的倾角,n表示剖面个数;

(3-3)根据Jpt、Jpt0、Jpt+n确定一条二阶Bezier曲线,按照下式计算二阶Bezier曲线的最高点Tt在O-xyz坐标系下的三维空间坐标:

式中,

(3-4)根据所有二阶Bezier曲线的最高点Tt的三维空间坐标,计算得到剥蚀前穹隆顶点坐标V(0,0,topz),其中,topz为所有zTt的平均值。

5.根据权利要求1所述的穹隆构造的三维几何形态恢复方法,其特征在于:步骤(4)具体包括:(4-1)根据交点集合JP,基于下式,将步骤(2)生成的每个剖面与地质界线的交点的坐标,以及穹隆顶点坐标,经过变换得到映射到该剖面对应坐标系x′Oy′时的坐标:

x′V=0,y′V=topz

式中,xt,yt,zt表示交点集合JP中第t个点Jpt的三维空间坐标,也是剖面SPt与地质界线的第一个交点三维空间坐标,xt+n,yt+n,zt+n表示交点集合JP中第t+n个点Jpt+n的三维空间坐标,也是剖面SPt与地质界线的第二个交点三维空间坐标,x′t1,y′t1表示Jpt映射到剖面SPt上的二维坐标,x′t2,y′t2表示Jpt+n映射到剖面SPt上的二维坐标,x′V,y′V表示穹隆顶点映射到剖面SPt上的二维坐标,topz表示穹隆顶点的三维空间坐标中的z轴值;

(4-2)在每一剖面与地质界线的两个交点处分别画倾角线,在穹隆顶点V处画切线,按照下式计算切线分别与两条倾角线的交点坐标:

式中,x′tA,y′tA表示穹隆顶点V处切线与点Jpt处倾角线的交点A的二维坐标,x′tB,y′tB表示穹隆顶点V处切线与点Jpt+n处倾角线的交点B的二维坐标,α表示Jpt处的倾角,β表示Jpt+n处的倾角,n表示剖面个数;

(4-3)在穹隆顶点的两侧分别生成两条二阶Bezier曲线BZt1、BZt2:

式中,t=1,...,n,x′,y′分别表示坐标系x′Oy′上x′轴和y′轴坐标变量,BZt1由点V,A,Jpt确定,BZt2由点V,B,Jpt+n确定;

(4-4)将每个剖面沿z轴分割,得到2n个半剖面,将所有半剖面对应的Bezier曲线上的各点坐标,按照下式转换到O-xyz坐标系下,从而完成2n条Bezier曲线的生成:

式中,x′j,y′j表示分割后得到的第j个半剖面Pj对应的Bezier曲线BZj在坐标系x′Oy′上的坐标变量,θj表示半剖面Pj在xOy平面上的投影线与x轴正方向的夹角,xB,yB,zB表示曲线BZj转换到O-xyz坐标系下得到的曲线BZTDj的坐标变量,其中,剖面SPj分割后得到的半剖面为Pj和Pj+n,半剖面Pj对应的Bezier曲线为BZj1,即BZj,坐标变换后为BZTDj,半剖面Pj+n对应的Bezier曲线为BZj2,即BZj+n,坐标变换后为BZTDj+n。