技术领域
[0001] 本
发明属于工程建模技术领域，尤其涉及一种工程地质克里金拟合贴片式三维建模方法。
背景技术
[0002] 三维模型是物体的多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示，三维模型经常用三维建模工具这种专
门的
软件生成，但是也可以用其它方法生成。作为点和其它信息集合的数据，三维模型可以手工生成，也可以按照一定的
算法生成。尽管通常按照虚拟的方式存在于计算机或者计算机文件中，但是在纸上描述的类似模型也可以认为是三维模型。三维模型广泛用任何使用三维图形的地方。
[0003] 目前，
铁路工程三维地质建模过程中主要有以下几种方式：一、利用拉伸体元构建线性工程三维地质模型；二、利用三棱柱体做基本体元构建三维地质
体模型；三、利用克里金拟合三维
地层面后，通过逐层剖切的方法获得体元。
[0004] 在上述的第三种方法中，采用逐层剖切的方法受布尔运算影响较大，极易出现错误导致剖切失败，且速度较慢。
发明内容
[0005] 本发明提供一种工程地质克里金拟合贴片式三维建模方法，旨在解决采用逐层剖切的方法受布尔运算影响较大，极易出现错误导致剖切失败，且速度较慢问题。
[0006] 本发明是这样实现的，一种工程地质克里金拟合贴片式三维建模方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤S10：确定已知点并形成已知的顶面；
[0008] 步骤S20：采用克里金插值拟合方法，根据已知点，计算范围内未知点到参考面的高；
[0009] 步骤S30：将未知点的高加上原坐标的Z值，即可得到未知点拟合后的坐标值；
[0010] 步骤S40：利用已知点坐标和未知点拟合后的坐标形成地质体底面和三棱柱；
[0011] 步骤S50：将所有得到的三棱柱合并，得到该层完整的地质体。
[0012] 优选的，所述步骤S10中包括获取需要建立地质体的勘探孔位层底坐标，并计算层底
节点到参考面的高，并利用层底坐标的X、Y值和层底坐标到参考面的高组成已知点。
[0013] 优选的，所述步骤S20还包括如下步骤：
[0014] 步骤S1、根据已知散列点线特征自动拟合原始三维地形和地质曲面；
[0015] 步骤S2、利用高
精度特征线对所述原始三维地形和地质曲面进行修正；
[0016] 步骤S3、根据高斯过程回归模型预测格网点三维坐标，并在修正后的原始三维地形和地质曲面中内插格网点，以获得未知点的高。
[0017] 优选的，所述步骤S30中计算出的未知点的坐标设有多个，并分别对应多个三棱柱。
[0018] 优选的，所述步骤S40中的三棱柱是将地质体底面的每一个三
角面与地质体顶面的对应三角面而形成的。
[0019] 优选的，步骤S50中，将多个三棱柱中，相邻的三棱柱稳定侧面进行合并。
[0020] 优选的，多个三棱柱合并之后，多个三棱柱的底层和顶层合并形成地面和底面。
[0021] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种工程地质克里金拟合贴片式三维建模方法，利用克里金插值拟合方法进行对未知点坐标进行计算，并根据未知点的坐标和顶面形成三棱柱，随后对多个三棱柱进行合并，从而得到完整的工程地质体，利用三棱柱的合并使用，能有效降低剪切过程中产生的错误和剪切失败的
风险，从而提高建模效率，且该方法更适用实现自动化三维建模，具有明显的社会经济效益。
附图说明
[0022] 图1为本发明的方法流程示意图；
具体实施方式
[0023] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及
实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024] 请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种工程地质克里金拟合贴片式三维建模方法，包括如下步骤：
[0025] 步骤S10：确定已知点并形成已知的顶面；
[0026] 步骤S20：采用克里金插值拟合方法，根据已知点，计算范围内未知点到参考面的高；
[0027] 步骤S30：将未知点的高加上原坐标的Z值，即可得到未知点拟合后的坐标值；
[0028] 步骤S40：利用已知点坐标和未知点拟合后的坐标形成地质体底面和三棱柱；
[0029] 步骤S50：将所有得到的三棱柱合并，得到该层完整的地质体。
[0030] 在本实施方式中，首先根据地质体边界范围确定范围内地质体的顶面，随后获取需要建立地质体的勘探孔位层底坐标，并计算层底节点到参考面的高，并利用层底坐标的X、Y值和层底坐标到参考面的高组成已知点，并采用克里金插值拟合方法，根据已知点，计算范围内未知点到参考面的高；在上述的公式计算中已获得未知点的高，将未知点的高加上原坐标的Z值，即可得到未知点拟合后的坐标值，并利用已知点坐标和未知点拟合后的坐标形成地质体底面，随后将地质体底面的每一个三角面与地质体顶面的对应三角面形成三棱柱，将所有得到的三棱柱合并，得到该层完整的地质体，在三棱柱合并的过程中，每个相邻三棱柱之间的侧面相互合并，当所有三棱柱进行合并之后，并形成一个多面体，该多面体便为工程地质体，其次，在多个三棱柱合并中，多个三棱柱的底层合并形成工程地质体的底面，多个三棱柱的顶层相互合并形成工程地质体的顶面。
[0031] 进一步的，步骤S10中包括获取需要建立地质体的勘探孔位层底坐标，并计算层底节点到参考面的高，并利用层底坐标的X、Y值和层底坐标到参考面的高组成已知点。
[0032] 本实施方式中，在其中，利用底层坐标中的X和Y值，并配合参看面的高，其三个数值的相互结合，便能够顺利的做成已知点的坐标，并利用多个已知点稳的坐标便能够顺利的支持顶面二得形成。
[0033] 进一步的，步骤S20还包括如下步骤：
[0034] 步骤S1、根据已知散列点线特征自动拟合原始三维地形和地质曲面；
[0035] 步骤S2、利用高精度特征线对原始三维地形和地质曲面进行修正；
[0036] 步骤S3、根据高斯过程回归模型预测格网点三维坐标，并在修正后的原始三维地形和地质曲面中内插格网点，以获得未知点的高。
[0037] 在本实施方式中，已知散列点线特征包括已知散列点线的三维坐标集合(xi,yi,zi),i＝1...m。
[0038] 优选的，步骤S2中，根据修正点线的三维坐标集合(xi,yi,Δzi),i＝1...m对原始三维地形和/或地质曲面进行修正，且ΔZ值为修正点线到既有面的高差。
[0039] 优选的，步骤S3包括：
[0040] S31、引入回归模型F和随机函数Z，且回归模型F和随机函数Z满足下述公式(1)、(2)所示条件：
[0041]
[0042] F(β:,l,x)＝β1f1(x)+...+βnfn(x)
[0043] ＝[f1(x)+...+fn(x)]β:
[0044] ＝f(x)Tβ: (2)；
[0045] 其中， 为利用回归模型F计算结果；fn(x)为第n个变量函数值；f(x)T为[f1(x)+...+fn(x)]变成列向量的数学表示；{βk}为回归参数；随机函数Z均值为0，且协方差满足下述公式(3)所示条件：
[0046] E[Z(w)Z(x)]＝σ2R(θ,w,x) (3)；
[0047] 其中，Var[Z(x)]＝σ2；R(θ,w,x)为高斯核函数，且w,x表示两个不同的变量，θ为高斯核函数的自定义参数；
[0048] S32、建立
预测模型 且获得下述公式(4)所示误差方程：
[0049]
[0050] 且F＝[f(s1)...f(sm)]T；Z＝[z1...zm]T，是行向量[Z1(x)...Zn(x)]的数学表示；f(x)＝FTc(x)；c(x)T表示函数c(x)的多个结果；Y＝Fβ+Z，为回归模型F的计算结果；
[0051] S33、计算获得公式(4)的方差，且方差满足下述公式(5)所示条件：
[0052]
[0053] 其中，Rij＝R(θ,si,sj),i,j＝1...m,r(x)＝[R(θ,s1,x)...R(θ,sm,x)]T，si,sj分别是第i个变量和第j个变量；y(x)为样本变量x对应的真实值， 为预测值；
[0054] S34、根据预测方差最小原则，将c(x)的求解问题化为f(x)＝FTc(x)约束条件下求公式(5)的极值，以获得拉格朗日乘子 且 满足下述公式(6)所示条件； (6)；
[0055]
[0056] 且得到如下述公式(7)所示的预测期望方差：
[0057]
[0058] S35、根据下述公式(8)计算获得c(x)，且根据c(x)在修正后的原始三维地形和/或地质曲面中内插格网点坐标值，以获得未知点的高：
[0059] (8)。
[0060] c(x)＝R-1(r(x)-Fλ)
[0061] 优选的，步骤S31实施前还包括：
[0062] S30a、将m个样本点线数据分解成平面坐标集合S＝[s1...si...sm]T,si∈IRn和高程集合Y＝[y1...yi...ym]T,yi∈IR；
[0063] S30b、按照下述公式(9)、(10)对S和Y进行标准化处理，使其符合标准正态分布；
[0064] u[S:,j]＝0；V[S:,j,S:,j]＝1；j＝1,...,n； (9)；
[0065] u[Y:]＝0；V[Y:,Y:]＝1； (10)；
[0066] 其中，u[.]和V[.,.]分别代表均值和协方差。
[0067] 进一步的，步骤S30中计算出的未知点的坐标设有多个，并分别对应多个三棱柱。
[0068] 在本实施方式中，在使用的过程中，利用克里金插值拟合方法便可计算出多个未知点的左边，而根据多个未知点的坐标便可形成多个间接的三棱柱，并将多个三棱柱进行合并，从而得出一个完成的地质体。
[0069] 进一步的，步骤S50中，将多个三棱柱中，相邻的三棱柱稳定侧面进行合并；多个三棱柱合并之后，多个三棱柱的底层和顶层合并形成地面和底面。
[0070] 在本实施方式中，每个相邻三棱柱之间的侧面相互合并，当所有三棱柱进行合并之后，并形成一个多面体，该多面体便为工程地质体，其次，在多个三棱柱合并中，多个三棱柱的底层合并形成工程地质体的底面，多个三棱柱的顶层相互合并形成工程地质体的顶面。
[0071] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
