一种利用综合地质模型自动提取料场存储量的方法及装置

摘要

本发明公开了一种利用综合地质模型自动提取料场存储量的方法及装置，包括读取料场的综合地质模型数据；读取料场的设计范围边界线和各风化层的放坡系数；计算最优开挖范围线和最优开挖底高程；生成立体开挖模型，切分为多个平切层；计算各平切层的体积，求和输出料场的存储量值。解决了现有的提取料场存储量的方法存有的工作周期长、误差较大和效率较低的问题，满足了地质工程勘察领域的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及地质工程勘察技术领域，具体涉及一种利用综合地质模型自动提取料场存储量的方法及装置。

背景技术

在水利水电等工程项目中，需要大量用到砂、土和岩石等天然建筑材料，目前通常采用就地取材的办法来获得建筑材料，因此在工程建设开始前，需要有细致的前期勘察工作，查明料场中的各种天然建筑材料的空间分布、厚度、性质和物质组成情况，并结合设计方案的计算范围，计算出各料源的储量，汇总成勘察报告。

目前常用的提取储量的方法有平均厚度法、平行断面法和三角形法，其中，平均厚度法用储量计算范围内的总面积，乘以有用层平均厚度获得结果，它适用于地形平缓完整、各岩土体界面起伏变小、各层厚度大且稳定的料场；平行断面法用储量计算范围内相邻两断面面积的平均值，乘以断面间的平均距离，得到两断面间的分段储量，然后综合各分段储量获得结果，它适用于断面之间地形、岩土体界面突变小的料场；三角形法将储量计算范围内的勘探点连成三角形网点，各三角形面积乘以其三顶点的平均厚度，分别求得各三角形部分储量，然后将各三角形的储量进行叠加获得结果。

现有的提取料场存储量的方法是以二维的方式计算方量，给定料场计算的范围，并根据岩土体的力学性质给定开挖坡比进行计算，获得的存储量结果误差较大，如常用的三角形法，它的计算精度受限于勘探点的分布和数量，需要有大量的勘探点才能提高精度，增加了勘探工作的周期；此外，在各勘探点之间的地形、岩土体界面突变时，无法精确计算导致误差较大，为了降低误差对工程项目产生影响，通常采用扩大计算范围的办法来确保满足工程所需方量；另一方面，传统的各种计算方法需要技术人员制作大量的工程地质剖面，结合勘察资料手动计算，效率较低，在设计变更时相关需要从头进行计算，拖延了工作进度，因此需要一种新的提取料场存储量的方法来解决上述的不足。

发明内容

为了克服上述现有的提取料场存储量的方法存有的工作周期长、误差较大和效率较低的技术缺陷，本发明提供一种缩短工作周期、误差较小和提高效率的利用综合地质模型自动提取料场存储量的方法及装置。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明的利用综合地质模型自动提取料场存储量的方法，该方法包括以下步骤：

S01，读取料场的综合地质模型数据；

S02，读取料场的设计范围边界线和各风化层的放坡系数；

S03，计算最优开挖范围线和最优开挖底高程；

S04，生成立体开挖模型，切分为多个平切层；

S05，计算各平切层的体积，求和输出料场的存储量值。

所述计算最优开挖线和最优开挖底高程，具体为：

S301，读取初始开挖底高程；

S302，生成预期开挖范围线；

S303，判断预期开挖范围线是否超出设计范围边界线；

S304，当超出时，则修改初始开挖底高程重新计算；

S305，当未超出时，则输出最优开挖范围线和最优开挖底高程。

所述生成立体开挖模型，切分为多个平切层，具体为：

S401，生成顶部曲面数据和边界曲面数据；

S402，拟合处理生成立体开挖模型；

S403，以最优开挖底高程所在平面作为初始面，截取立体开挖模型获得切面；

S404，不断抬升初始面获得多个切面，连续的两个切面构成多个平切层。

所述生成顶部曲面数据和边界曲面数据，具体为：读取各风化层的放坡系数和最优开挖底高程数据，生成边界曲面数据；读取综合地质模型数据和最优开挖线数据，生成边界曲面数据。

所述拟合处理生成立体开挖模型，具体为：读取顶部曲面数据、边界曲面数据和最优开挖底高程的数据，对曲面进行闭合操作，生成立体开挖模型。

所述计算各平切层的体积，求和输出料场的存储量值，具体为：

S501，读取立体开挖模型的各个平切层；

S502，计算平切层的上下两个切面的均值；

S503，将均值乘以层高获得平切层的体积数据；

S504，对各个平切层的体积进行累加，获得料场的存储量值。

所述读取料场的综合地质模型数据中的综合地质模型为包含高度信息的三维模型数据。

所述读取料场的设计范围边界线和各风化层的放坡系数中的设计范围边界线用于控制施工的边界，的各风化层的放坡系数由工程设计规范确定。

采用上述利用综合地质模型自动提取料场存储量的方法的装置，该装置包括：

模型读取模块，用于读取料场的综合地质模型数据；

数据读取模块，用于读取料场的设计范围边界线和各风化层的放坡系数；

模拟测算模块，用于计算最优开挖范围线和最优开挖底高程；

建模切分模块，用于生成立体开挖模型，切分为多个平切层；

数据输出模块，用于计算各平切层的体积，求和输出料场的存储量值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的利用综合地质模型自动提取料场存储量的方法及装置具有缩短工作周期、误差较小和提高效率的优点，通过设定料场的设计范围边界线，利用设置的各风化层的放坡系数，即可确保最终的开挖工程满足施工的边界条件；对生成的立体开挖模型进行切分，逐层计算累加的方法，可充分适应地形、岩土体界面起伏较大的情况，通过局部和整体加密平切步距，可以将地形、岩土体界面起伏较大的部位计算出来，逐层求和累加到最终的方量计算结果中，提高了计算的精度，降低了误差，且减小了对勘探点的依赖，缩短了工作周期；此外，读取综合地质模型在类的多项数据，可便于利用计算机进行迭代计算，大幅降低人工计算的工作量，提高了工作效率，发生设计变更时，只需要重新输入参数，即可快速更新计算结果，解决了现有的提取料场存储量的方法存有的工作周期长、误差较大和效率较低的问题，满足了地质工程勘察领域的需要。

附图说明

图1是本发明的方法流程示意图；

图2是本发明的步骤S03的方法流程示意图；

图3是本发明的步骤S04的方法流程示意图；

图4是本发明的步骤S05的方法流程示意图；

图5是本发明的装置结构示意图；

图6是本发明的应用实例料场三维模型图；

图7是本发明的应用实例最优开挖实体三维模型图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的利用综合地质模型自动提取料场存储量的方法，该方法包括以下步骤：

S01，读取料场的综合地质模型数据；

具体的，所述的综合地质模型为包含高度信息的三维模型数据。

S02，读取料场的设计范围边界线和各风化层的放坡系数；

具体的，所述的设计范围边界线用于控制施工的边界，所述的各风化层的放坡系数由工程设计规范确定。

如图2所示，S03，计算最优开挖范围线和最优开挖底高程；

所述的计算最优开挖线和最优开挖底高程，具体为：

S301，读取初始开挖底高程；

S302，生成预期开挖范围线；

所述的生成预期开挖范围线，具体为：通过初始开挖底高程的数据，结合各风化层的放坡系数，利用三角函数获得预期开挖范围线。

S303，判断预期开挖范围线是否超出设计范围边界线；

S304，当超出时，则修改初始开挖底高程重新计算；

具体的，当预期开挖范围线超出了设计范围边界线，则在初始开挖底高程的数值上根据工程情况增加或减去一个固定的步长，得到新的初始开挖底高程，重新计算预期开挖范围线，再次与设计范围边界线进行对比。

S305，当未超出时，则输出最优开挖范围线和最优开挖底高程。

具体的，当预期开挖范围线未超出设计范围边界线，则输出当前的初始开挖底高程作为最优开挖底高程，输出当前的预期开挖范围线作为最优开挖范围线。

如图3所示，S04，生成立体开挖模型，切分为多个平切层；

所述的生成立体开挖模型，切分为多个平切层，具体为：

S401，生成顶部曲面数据和边界曲面数据；

所述的生成顶部曲面数据和边界曲面数据，具体为：读取各风化层的放坡系数和最优开挖底高程数据，由正切三角函数生成边界曲面数据；读取综合地质模型数据和最优开挖线数据，生成边界曲面数据。

S402，拟合处理生成立体开挖模型；

所述的拟合处理生成立体开挖模型，具体为：读取顶部曲面数据、边界曲面数据和最优开挖底高程的数据，对曲面进行闭合操作，生成立体开挖模型。

S403，以最优开挖底高程所在平面作为初始面，截取立体开挖模型获得切面；

S404，不断抬升初始面获得多个切面，连续的两个切面构成多个平切层。

具体的，不断在初始面上增加固定的步长，获得多个平行的平面，各平面分别对立体开挖模型进行截取，连续的两个切面构成多个平切层。

如图4所示，S05，计算各平切层的体积，求和输出料场的存储量值。

所述的计算各平切层的体积，求和输出料场的存储量值，具体为：

S501，读取立体开挖模型的各个平切层；

S502，计算平切层的上下两个切面的均值；

具体的，读取平切层上切面和下切面的数据，计算两个连续切面的面积，采用牛顿插值法，并使用该料场的地质数据进行修正，获得切面的均值；

S503，将均值乘以层高获得平切层的体积数据；

S504，对各个平切层的体积进行累加，获得料场的存储量值。

如图5所示，利用综合地质模型自动提取料场存储量的装置，应用于上述的利用综合地质模型自动提取料场存储量的方法，该装置包括：

模型读取模块1，用于读取料场的综合地质模型数据；

数据读取模块2，用于读取料场的设计范围边界线和各风化层的放坡系数；

模拟测算模块3，用于计算最优开挖范围线和最优开挖底高程；

建模切分模块4，用于生成立体开挖模型，切分为多个平切层；

数据输出模块5，用于计算各平切层的体积，求和输出料场的存储量值。

采用本发明的方法具体实施成果如下：

某抽水蓄能电站工程主要建筑物由上水库、下水库、输水系统和地下厂房系统组成，需要大量块石料作为工程建筑物填筑用料。工程下水库位于一自然河流右岸的沟谷内，两岸山体雄厚、完整，无低矮邻谷分布，经过相关勘察工作选定为本工程的填筑料场。

该料场地面高程294～182m，右岸坡度25～40°，局部60～80°。料场植被较发育，多为经济树木。出露地层岩性为上太古界泰山岩群雁翎关组斜长角闪岩、阜平期的条带状闪长岩、吕梁期二长花岗岩、加里东期角闪闪长岩；第四系覆盖层有冲洪积砂卵砾石及漂石，厚度2～6m；残坡积残碎石混合土，厚度1～3m。料场发现有2条断层和3条挤压破碎带，走向为NW向和NE向，破碎带一般宽0.5～1m，G1最宽可达13m；主要发育NE、NEE、NW向三组裂隙，充填泥质、钙膜、绿泥石膜等。料场全强风化带厚度3～10m，岩石较破碎；弱风化带厚度10～40m，岩体较完整。岩体卸荷作用较弱，局部陡壁部位岩体卸荷作用较强，强卸荷水平深度5～10m。

传统料场储量计算方法选择平行断面法进行计算，拟定4条剖面。剖面1储量计算断面面积为1458.3m

本工程地形起伏较大，采用平行断面法计算料场储量，计算结果随剖面位置会发生变化，且相邻剖面平均值无法完全反应剖面间地形的实际情况，计算结果误差较大。计算过程需要工程技术人员切制多条计算剖面，工作量较大，发生设计变更时需要重新计算，工作效率较低。

采用本发明专利进行计算，首先获取料场地形测量成果。本工程地形测量成果为带有高程属性的二维多段线，各端点均带有空间坐标属性，通过相邻三个点组成一个空间三角面，连接各三角面可生成料场区的三维模型，叠加工程地质数据后，可生成综合地质模型。根据勘察设计成果，将初拟开挖范围线，绘制到综合地质模型中，如图6所示。强风化建议开挖坡比为1：1，弱风化建议开挖坡比为1：0.5。

由设计人员根据地形给定初始开挖底高程计算值182m，根据开挖建议坡比，用三角函数公式反算开挖坡面与地形的交点，拟合全部交点形成预期开挖范围线。由预期开挖线任意一点做水平射线，与初拟开挖范围线交点为偶数，则说明该点位于初拟开挖范围线之外。按照0.1m步长提高开挖底高程计算值，并计算预期开挖线直至预期开挖线在初拟开挖范围线之内，记录此时的开挖底高程190.3m和开挖范围线。

由开挖范围线切割地形曲面形成顶部曲面数据，由开挖底高程和开挖坡比形成边界曲面数据，与开挖底高程组合生成立体三维开挖模型(如图7所示)。

由190.3高程开始，创建平切面，平且三维开挖模型，获得平切面，求取平切面面积。以3.0m为步长，逐步升高平切面，每升高一次求取一次平切面面积，采用牛顿插值法计算两个连续切面之间的计算切面面积，并结合平切面所在位置的地形坡度、地质数据进行修正。将各计算切面与步长(3.0)相乘，并累计相加，计算得出料场的储存量值为219.24×10

本方法计算过程可由计算机自动计算，仅需设计人员给出开挖坡度、初拟开挖范围线和初始计算的底高程，并设置步长，可由计算机实现快速迭代计算。适当减少计算步长后，可显著提供计算精度。相比传统计算方法，本方法计算精度高，速度快。后期遇到设计方案变更，仅需修改初始值，可由计算机快速计算结果。

本发明利用综合地质模型自动提取料场存储量的方法及装置具有缩短工作周期、误差较小和提高效率的优点，通过设定料场的设计范围边界线，利用设置的各风化层的放坡系数，即可确保最终的开挖工程满足施工的边界条件；对生成的立体开挖模型进行切分，逐层计算累加的方法，可充分适应地形、岩土体界面起伏较大的情况，通过局部和整体加密平切步距，可以将地形、岩土体界面起伏较大的部位计算出来，逐层求和累加到最终的方量计算结果中，提高了计算的精度，降低了误差，且减小了对勘探点的依赖，缩短了工作周期；此外，读取综合地质模型在类的多项数据，可便于利用计算机进行迭代计算，大幅降低人工计算的工作量，提高了工作效率，发生设计变更时，只需要重新输入参数，即可快速更新计算结果，解决了现有的提取料场存储量的方法存有的工作周期长、误差较大和效率较低的问题，满足了地质工程勘察领域的需要。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。