多维岩心钻孔数据解析与岩性柱状图生成系统

摘要

钻孔岩心多维数据可视化是矿物勘探工程和地质信息化的有效手段，具有广泛的应用前景。作为第一手数据的钻孔岩心相关的光谱数据是所有地质可视化的数据来源，因此对钻孔岩心光谱数据的编录、管理和解析是很有必要的。钻孔岩心数据的岩性解析是矿物立体填图的第一步，经过岩性解析后矿物类型数据可以作为矿体可视化的数据来源。同时岩性柱状图是对钻孔岩心数据的CAD图件，它以二维图表的方式对钻孔多维多源属性数据可视化，是地质勘探研究领域的基础性图件。本文围绕钻孔岩心高光谱数据中岩性解析方法，数据编录管理和清洗、以及钻孔和矿物数据的可视化等内容进行研究。
　　本文主要完成的工作及创新点如下:
　　1、给出了钻孔岩心多维属性数据自动编录的概念结构、逻辑结构和数据关系图设计;通过岩心多维属性数据的抽取、转换和清洗，实现了钻孔岩心数据的有效管理。
　　2、利用光谱匹配方法解决钻孔数据中岩性解析的问题。论文研究了光谱角匹配算法、相关系数匹配算法、信息散度匹配算法等经典算法，提出了基于Jaccard相关系数的光谱匹配算法。该方法充分利用了光谱曲线在波长方向上的走势，对一阶微分信息进行二值编码，然后通过计算Jaccard相关系数来达到光谱曲线匹配的目的。通过与经典算法的比较实验得出，本文的算法具有较高的光谱匹配精度。对钻孔岩心数据中光谱数据与光谱库中数据进行匹配，达到了岩性解析的目的。
　　3、研究并实现了岩性柱状图生成的缓冲线绘制、文字自动换行算法等关键技术。针对柱状图放大过程中花纹走样和复杂地质的岩性混合表现力不足的问题，本文提出了岩性柱状图中的矢量花纹填充算法以及复合花纹填充算法。实验结果表明，本文提出的两种算法能够快速的绘制岩性花纹和复合岩性花纹，并且在岩性柱状图中得到了很好的应用。
　　4、在岩性柱状图岩性分层数据的基础上，本文给出了一种基于不同勘探线钻孔深度岩性离散数据剖面线拟合的岩性矿体三维实体构造方法，结合光照渲染，实现了矿体重构与可视化，应用证明了方法的有效性。
　　5、给出了岩性柱状图生成系统的需求分析、功能模块设计，在OpenGL和Visual C++环境下，研制了岩性柱状图生成系统，实际勘探钻孔数据应用表明该软件的有效性和实用性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 光谱匹配技术

1．2．2 矿体三维实体绘制技术

1．2．3 岩性柱状图

1．3 本文内容的主要安排

1．4 本文的主要创新点

2 钻孔岩心多维多源属性数据的编录与管理

2．1 引言

2．2 数据模型

2．2．1 概念结构

2．2．2 逻辑结构

2．3 数据采集(ETL)

2．4 本章小节

3 基于岩心光谱数据的岩性解析方法

3．1 引言

3．2 岩矿的光谱特性

3．3 几种光谱匹配技术

3．3．1 二值编码匹配技术

3．3．2 光谱角匹配技术(SAM)

3．3．3 光谱相关性匹配(SCM)

3．3．4 光谱信息散度匹配(SID)

3．3．5 其它匹配技术

3．4 基于Jaccard相关系数的光谱匹配方法

3．4．1 Jaccard相关系数

3．4．2 基于Jaccard相关系数的光谱匹配算法

3．5 实验结果及分析

3．6 本章小结

4 岩性柱状图生成方法研究

4．1 引言

4．2 缓冲线绘制技术与岩性描述文字自动换行技术

4．2．1 缓冲线绘制技术填充方法

4．2．2 岩性描述文字自动换行方法

4．2．3 基于文字自动换行的缓冲线绘制方法

4．3 岩性柱状图中的岩性花纹填充方法

4．3．1 引言

4．3．2 岩性柱状图中的矢量岩性花纹填充算法

4．4 复合岩性花纹的矢量填充算法

4．5 实验结果与分析

4．5．1 缓冲线绘制与文字自动换行技术实验结果

4．5．2 矢量花纹填充算法实验结果

4．5．3 复合矢量花纹填充算法的实验结果

4．6 本章小结

5 基于二维剖面线的三维矿体实体模型构造

5．1 引言

5．2 可视化技术

5．2．1 OpenGL、DirectX的区别与联系

5．2．2 OpenGL的工作原理

5．2．3 OpenGL中的坐标系和矩阵变换

5．3 基于二维剖面线的三维实体模型构造

5．3．1 矿体二维剖面线的构造

5．3．2 基于二维剖面线的三维矿体实体模型构造

5．4 光照

5．4．1 基本光照模型

5．4．2 矿体实体的明暗处理

5．5 实验结果与分析

5．6 本章小结

6 岩性柱状图自动生成系统的设计与实现

6．1 引言

6．2 系统设计与实现

6．2．1 需求分析

6．2．2 系统设计原则

6．2．3 系统功能模块设计

6．2．4 系统界面设计

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及软件著作权

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况