基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法及系统
本发明涉及地质信息，具体涉及一种基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法及系统。
背景技术：
1、断层建模是地质结构建模和属性建模的基础，为地层面的生成提供约束条件。断层间的空间相交关系按形态特征可抽象为x型、y型、t型、半y型等。面对此类复杂断裂，受限于现有建模方法的不足，构建出的三维断裂模型往往会出现断裂面异常穿切的情况，这种异常的相交结构并不满足地质界面一致性原则，会导致属性建模和数值模拟的准确性降低，直接影响着三维结构模型和属性模型的可靠性和实用性。
2、众多学者针对断裂削截方法开展了一系列研究，并取得了一定成果。传统的建模软件通常采用pillar grid方法，利用2～5个形状控制点描述断层的纵向产状，保证了断层模型和储层网格的一致性，但针对具有复杂削截关系的断层，为保证模型网格的质量，有时会简化断层形状，降低了模型的精度。李兆亮等提出一种基于三角网的路径切割算法，采取迭代细分法计算离散三角网上任意两点之间的测地线，依据有向面积法判断测地线上点相对于三角网的位置，通过插入点和交换边进行三角面重剖分与三角网拓扑分离操作，实现断层之间复杂的削截关系处理。张慧等通过引入空间索引和obb碰撞检测方法来检测断层间的接触关系，采用路径切割方法处理两个地质界面间的线性接触关系，实现了自动处理任意断层面间的削截关系，构建复杂断裂模型。cherpeau等采用隐式地质建模与显式随机二叉树相结合的方法来表示断层对空间区域的划分以及如何交互，结合构造实体几何概念对隐式曲面进行布尔运算，从而实现断裂曲面的削截操作，但由于始终需要选择一个断层作为主断层，因而不适用于三条循环为主辅的断层结构。当在构建区域性断层模型时，需手动定义断层的层次结构，断层关系复杂、编辑困难，模型更新难。hoffman等提出一种“融合”断层块的断层网络构建方法，采取参数化曲面与隐式二叉树来表示和定义断层，依据计算出的断层表面交线进行断层削截操作。隐式二叉树在定义断层关系时不必定义每条断层之间的关系，在断层削截方面提供了更大的灵活性，有效解决了pillar法和显式二叉树法针对y型、λ型以及三条循环为主辅的断层结构建模难的问题。这些方法多依赖大量的人机交互与编辑，描述断层关系类型有限，且断裂间削截关系自动化处理程度低。因此，亟待一种易于更新且适用于各种断裂异常穿切面的自动削截方法。
技术实现思路
1、为解决现有断裂削截方法针对不同断裂接触关系各有侧重，断裂间复杂拓扑关系表达难，断裂间削截关系自动化处理程度低的问题，本发明提供了一种基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法及系统，基于图结构有效整合了断裂穿切面处理规则知识和不同断裂间的空间拓扑关系，建立断裂间联系，形成涵盖断裂穿切关系自动处理规则及拓扑关系的断裂知识图谱，能够有效解决断裂异常穿切面自动削截，解决了上述背景技术中提到的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法，包括如下步骤：
3、s1、构建断裂削截知识图谱本体层；
4、s2、地质断裂文本数据与平面地质图数据关联集成，抽取断裂性质、地质时代、类型信息；
5、s3、断裂削截知识图谱本体层—数据层映射；
6、s4、遍历知识图谱断裂削截规则，完成断裂曲面的削截操作，形成无异常穿切面的三维断裂模型。
7、优选的，在步骤s1中，具体包括：利用本体技术进行模式层设计，实现对断裂削截知识概念体系及其属性、关系和规则的规范化描述和形式化表达，将断裂削截知识图谱本体分为断裂类型和断裂削截规则两个大类，即2个一级概念；
8、在断裂类型中，断裂类型本体包括主断裂、次断裂2个二级概念；
9、所述主断裂是指：指在一个地质区域内最为主要的断裂结构，通常是该区域内最显著、规模最大且对地质构造变形起主导作用的断裂，具有规模大、活动频繁、地壳变形作用显著等特征；
10、所述次断裂是指：指在一个地质区域内，相对于主断裂而言规模较小的断裂结构，通常与主断裂相关联，但其整体规模、活动频率和影响范围都相对较小，能引起局部地壳变形，例如小规模的地震、岩层错动等；
11、在断裂削截规则中，断裂削截规则的基本原则为：主断裂截断次断裂，次断裂终止于主断裂面。
12、优选的，在步骤s2中，根据地质断裂文本数据提取断裂属性、类型及语义特征，根据平面地质图数据提取区域断裂分布情况及交切关系，对两类数据进行知识提取和融合，抽取断裂性质、地质时代、交切关系。
13、优选的，在步骤s2中，包括实例知识抽取：分为对地质断裂文本数据和平面地质图的图像知识进行抽取，即文本实例知识抽取和地质图实例知识抽取；
14、所述文本实例知识抽取是使用词汇挖掘技术在步骤s1模式层的引导下提取地质断裂数据中重要短语和词汇，识别出来的数据有活动断裂、断裂属性信息；断裂属性信息有断裂名称、断裂倾角、断裂倾向、断裂走向、断距、断裂类型以及断裂性质；
15、通过实体识别、实体归类、实体链接的方法在模式层关系表达的引导下建立出实体间的具体关系；
16、所述地质图实例知识抽取是通过借助arcgis软件进行人工标注并建立相关字段说明区域断裂交切情况，通过断裂名称与文本抽取出的地质断裂信息进行关联，建立矢量地质图与实体断裂数据的关联，形成实体及实体间关系的结构化表示。
17、优选的，在步骤s3中，将获取的区域断裂类型信息与步骤s1中的断裂类型本体相关联，通过断裂削截知识图谱本体层—数据层映射，完善断裂三维模型异常穿切面自动削截知识图谱，具体包括：依据步骤s2中提取的断裂类型，即断裂的类型为主断裂或次断裂，对区域地质断裂数据进行分类；将提取出的主、次断裂数据分别于断裂类型本体相关联，实现断裂削截知识图谱本体层与数据层映射，构建断裂三维模型异常穿切面自动削截知识图谱。
18、优选的，在步骤s4中，具体包括如下步骤：
19、步骤s4.1、对断裂数据进行空间拓扑关系判定，明确断裂空间拓扑关系；其中，断裂空间拓扑关系主要表现为：相交和相离两种，保留拓扑关系为相交的断裂信息，移除拓扑关系为相离的断裂信息；
20、步骤s4.2、计算步骤s4.1中获取的拓扑关系为相交的断裂面测地线并获取断裂相交面测地线的交线坐标；
21、步骤s4.3、提取待截断断裂起始点坐标及步骤s4.2中获取的空间曲面交线坐标极值；
22、步骤s4.4、对步骤s4.3中提取的待截断断裂起始点坐标与空间曲面交线坐标极值分别进行bounding box重构；
23、步骤s4.5、分别计算重构后的bounding box体积，并对计算出的bounding box体积进行大小判定，删除体积较小部分，保留体积较大部分，完成断裂曲面的削截操作，形成无异常穿切面的三维断裂模型。
24、另一方面，为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截系统，所述系统包括如下模块：
25、断裂削截知识图谱本体层构建模块、用于构建断裂削截知识图谱本体层；
26、抽取模块、用于地质断裂文本数据与平面地质图数据关联集成，抽取断裂性质、地质时代、类型信息；
27、映射模块、用于断裂削截知识图谱本体层—数据层映射；
28、削截模块、用于遍历知识图谱断裂削截规则，完成断裂曲面的削截操作，形成无异常穿切面的三维断裂模型。
29、本发明的有益效果是：本发明针对现有断裂削截方法针对不同断裂接触关系各有侧重，断裂间复杂拓扑关系表达难，断裂间削截关系自动化处理程度低的问题，建立了断裂削截知识图谱；利用本体技术进行模式层设计，实现对断裂削截知识概念体系及其属性、关系和规则的规范化描述和形式化表达，构建了断裂削截知识图谱本体层；通过对地质断裂文本数据与平面地质图数据关联集成，抽取断裂性质、地质时代、类型等信息；通过对获取的区域断裂类型信息进行分类汇总并与断裂类型本体相关联，实现了断裂削截知识图谱本体层与数据层映射；通过遍历知识图谱断裂削截规则，完成断裂曲面削截操作，构建无异常穿切面的三维断裂模型。本发明提出的知识图谱引导的断裂三维模型异常穿切面自动削截方法具有易于更新且适用于各种断裂异常穿切面的特点，有效地解决了现有的断面削截方法针对不同的断裂接触关系各有侧重，断裂间拓扑关系表达难，断裂间削截关系自动化处理程度低的难题，构建复杂断裂模型。对道路选线、地下空间开发、灾害风险防治等区域性规划决策具有重要意义。
技术特征：
1.一种基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法，其特征在于：在步骤s1中，具体包括：利用本体技术进行模式层设计，实现对断裂削截知识概念体系及其属性、关系和规则的规范化描述和形式化表达，将断裂削截知识图谱本体分为断裂类型和断裂削截规则两个大类，即2个一级概念；
3.根据权利要求1所述的基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法，其特征在于：在步骤s2中，根据地质断裂文本数据提取断裂属性、类型及语义特征，根据平面地质图数据提取区域断裂分布情况及交切关系，对两类数据进行知识提取和融合，抽取断裂性质、地质时代、交切关系。
4.根据权利要求1所述的基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法，其特征在于：在步骤s2中，包括实例知识抽取：分为对地质断裂文本数据和平面地质图的图像知识进行抽取，即文本实例知识抽取和地质图实例知识抽取；
5.根据权利要求1所述的基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法，其特征在于：在步骤s3中，将获取的区域断裂类型信息与步骤s1中的断裂类型本体相关联，通过断裂削截知识图谱本体层—数据层映射，完善断裂三维模型异常穿切面自动削截知识图谱，具体包括：依据步骤s2中提取的断裂类型，即断裂的类型为主断裂或次断裂，对区域地质断裂数据进行分类；将提取出的主、次断裂数据分别于断裂类型本体相关联，实现断裂削截知识图谱本体层与数据层映射，构建断裂三维模型异常穿切面自动削截知识图谱。
6.根据权利要求1所述的基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法，其特征在于：在步骤s4中，具体包括如下步骤：
7.一种基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截系统，其特征在于：所述系统包括如下模块：
技术总结
本发明公开了一种基于知识图谱的区域断裂三维模型异常穿切面自动削截方法及系统，包括如下步骤：构建断裂削截知识图谱本体层；地质断裂文本数据与平面地质图数据关联集成，抽取断裂性质、地质时代、类型信息；断裂削截知识图谱本体层—数据层映射；遍历知识图谱断裂削截规则，完成断裂曲面的削截操作，形成无异常穿切面的三维断裂模型。本发明基于图结构有效整合了断裂穿切面处理规则知识和不同断裂间的空间拓扑关系，建立断裂间联系，形成涵盖断裂穿切关系自动处理规则及拓扑关系的断裂知识图谱，能够有效解决断裂异常穿切面自动削截。
技术研发人员：刘大立,朱庆,王强,吴浩宇,周润芳,李赟,张益铭
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23