(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211041726.0 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 重庆市地质矿产勘查 开发局南江水 文地质工程 地质队 地址 401120 重庆市渝北区龙溪街道红锦 大道554号 (72)发明人 范泽英　孙帆　曹聪　杨洵　 徐高海　 (74)专利代理 机构 重庆创新专利商标代理有限 公司 50125 专利代理师 易文学 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种GIS-MPM无缝集成的动态三维地质模型 构建方法 (57)摘要 本发明属于三 维地质建模技术领域， 特别是 涉及一种GIS ‑MPM无缝集成的动态三维地质模型 构建方法， 该方法基于GIS平台二次开发将GIS与 MPM(物质点 法)无缝集成， 利用GIS 进行三维建模 以及三维可视化， 利用MPM进行岩土体大变形数 值计算， 同时结合高程栅格数据模 型与物质点模 型之间的相互转换技术， 以及物质点与背景网格 的自适应技术， 构建可以进行定量展示的动态三 维地质模型。 该方法弥补了传统静态建模方法中 存在的不足， 为提高三维地质模 型定量计算分析 与动态仿真展示能力提供了有效途径， 使三维地 质模型真正具有 “生命力”， 因此具有一定的现实 意义和应用价 值。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115392032 A 2022.11.25 CN 115392032 A 1.一种GIS ‑MPM无缝集成的动态三维地质模型构建方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)将钻孔数据导入ArcGIS， 在地统计分析模块中对每个地层的钻孔点进行插值， 得到 每个地层的高程 栅格数据图层， 即得到DE M图层； 2)在每个地层的DEM图中， 以每个栅格单元的中心点为节点， 水平连线后形成四边形单 元网格， 并在地层间将对应节 点垂直连线并适当分割， 从而生成六面体空间网格， 该 空间网 格不用于计算， 仅用于布置物质点空间位置； 3)在每个空间网格中规则布置适当数量的物质点， 并为每个物质点标记所属地层编 号， 同时按照研究区域范围对物质点进行裁 剪； 4)覆盖整个 计算区域布置规则的立方体背景网格， 该背景网格用于物质点法计算； 5)将各地层岩土参数数据导入ArcGIS， 同样生成每个地层的岩土参数栅格数据图层， 提取各地层每个栅格单元岩土参数数据， 并赋值给栅格单元下方属于该地层的所有物质 点， 包括密度、 内摩擦角、 粘聚力、 弹性模量、 泊松比和抗拉强度； 6)设定物质点模型的初始条件、 边界条件、 荷载 条件； 7)利用物质点法进行岩土体 变形计算； 8)在每一步物质点法计算结束后， 针对新的物质点空间分布， 遍历每个地层的每个栅 格单元下方属于该地层的所有物质点， 找到高程最大 的物质点， 利用该物质点高程覆盖该 栅格单元原高程数据， 同时将该物质点的计算结果， 包括应力、 应变、 位移、 速度等数据添加 至该栅格单 元； 9)在每一步物质点法计算结束后， 在ArcGIS中利用更新后的各地层高程栅格数据， 通 过构建三角网实时生成三维实体地质模型， 同时利用不同颜色表征应力、 应变、 位移、 速度 等计算结果的大小分布情况。 2.如权利 要求1所述的一种GIS ‑MPM无缝集成的动态三维地质模型构建方法， 其特征在 于， 步骤7)中， 物质点法以自定义工具脚本的形式完全集成于GIS平台， 其每一时间步的计 算流程为： 将物质点上存储的物理量映射到背景网格节点上； 在背 景网格上求解动量方程； 将求解后的物理量再次映射回物质点， 更新物质点 运动状态。 3.如权利 要求1所述的一种GIS ‑MPM无缝集成的动态三维地质模型构建方法， 其特征在 于， 步骤7)中， 物质点采用自适应技术， 当物质点某一方向上的等效长度满足一定条件时， 则将物质点沿该 方向一分为 二， 分裂后质量、 体积减半。 4.如权利 要求3所述的一种GIS ‑MPM无缝集成的动态三维地质模型构建方法， 其特征在 于， 步骤7)中， 背景网格采用自适应技术， 当背景网格应变能满足一定条件时， 则将网格一 分为四， 同时分裂其中所有物质点。 5.如权利 要求1所述的一种GIS ‑MPM无缝集成的动态三维地质模型构建方法， 其特征在 于， 步骤7)中， 岩土体采用D ‑P本构模型。 6.如权利 要求1所述的一种GIS ‑MPM无缝集成的动态三维地质模型构建方法， 其特征在 于， 步骤9)之后， 还包括改变不同岩土参数、 初始条件、 边界条件和荷载条件， 重复步骤， 根 据不同的岩土体 变形计算结果动态更新 三维实体地质模型的步骤。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115392032 A 2一种GIS‑MPM无缝集成的动态三维地质模型构建 方法 技术领域 [0001]本发明属于三维地质建模技术领域， 特别是涉及一种 GIS‑MPM无缝集成的动态三 维地质模型构建方法。 背景技术 [0002]三维地质建模是新一代地质调查及深部资源勘探的核心技术之一， 同时也是开展 地质空间分析、 地质现象解释、 地质过程模拟等工作的重要基础。 然而， 目前针对三维地质 建模的研究正处于一个从静态模型逐步向动态模型发展的阶段， 传统三 维地质模型的静态 展示、 度量、 统计、 分析等功能， 尚不能有效地处理空间和时间数据结构的可变性， 无法满足 工程应用中复杂多变的分析需求。 [0003]与此同时， 各种数值模拟方法正在逐渐被应用于地质工作 中， 数值模拟方法可以 通过定量计算解析各种复杂的物理过程， 在三维地质模型中集成适合模拟岩土体大变形的 数值模拟方法， 可以极大地提高模型 的计算分析能力以及动态仿真能力， 使模型真正具有 “生命力”。 因此， 结合先进的数值模拟理论， 建立动态三维地质模型构建方法， 对增强模型 的计算分析与动态仿真能力， 具有重要的现实意 义和应用价 值。 发明内容 [0004]有鉴于现有技术的上述缺陷， 本发明的目的是提供一种 GIS‑MPM无缝集成的动态 三维地质模型构建方法， 以解决传统静态建模方法中存在的不足。 [0005]为实现上述目的， 本发明提供了一种 GIS‑MPM无缝集成的动态三维地质模型构建 方法， 包括以下步骤： [0006]1)将钻孔数据导入ArcGIS， 在地统计分析模块中对每个地层的钻孔点进行插值， 得到每个地层的高程 栅格数据图层(即DE M图层)； [0007]2)在每个地层的DEM图中， 以每个栅格单元的中心点为节点， 水平连线后形成 四边 形单元网格， 并在地层间将对应节点垂 直连线并适当分割， 从而生成六面体空间网格， 该 空 间网格不用于计算， 仅用于布置物质点空间位置； [0008]3)在每个空间网格中规则布置适当数量的物质点， 并为每个物质点标记所属地层 编号， 同时按照研究区域范围对物质点进行裁 剪； [0009]4)覆盖整个计算区域布置规则的立方体背景网格， 该背景网格用于物质点法计 算； [0010]5)将各地层岩土参数数据导入ArcGIS， 同样生成每个地层的岩土参数栅格数据图 层， 提取各地层每个栅格单元岩土参数数据， 并赋值给栅格单元下方属于该地层的所有物 质点， 包括密度、 内摩擦角、 粘聚力、 弹性模量、 泊松比、 抗拉强度等； [0011]6)设定物质点模型的初始条件、 边界条件、 荷载 条件； [0012]7)利用物质点法进行岩土体 变形计算； [0013]8)在每一步物质点法计算结束后， 针对新的物质点空间分布， 遍历每个地层的每说　明　书 1/5 页 3 CN 115392032 A 3