采煤工作面三维地质隐式建模方法及装置与流程 专利技术说明

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本技术涉及煤矿技术领域，尤其涉及一种采煤工作面三维地质隐式建模方法及装置。背景技术：2.采煤机自动化截割依据的煤岩分界信息目前主要依靠人工判断和手工输入。高精度采煤工作面三维地质模型可以自动化生煤岩分界信息，但是相关技技术中，建立厘米级或更高精度的地质模型所耗费的大量时间，导致模型难以应用。技术实现要素：3.本技术提出一种采煤工作面三维地质隐式建模方法及装置。具体方案如下：本技术一方面实施例提出了一种采煤工作面三维地质隐式建模方法，包括：对采煤工作面的地质数据进行处理，以获取地层分界点数据；对地层分界点数据进行体素化，得到体元栅格模型；对体元栅格模型进行分块，得到多个子块栅格模型；对多个子块栅格模型分别进行插值处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值；将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，得到采煤工作面的三维模型。4.本技术另一方面实施例提出了一种采煤工作面三维地质隐式建模装置，包括：第一获取模块，用于对采煤工作面的地质数据进行处理，以获取地层分界点数据；第二获取模块，用于对地层分界点数据进行体素化，得到体元栅格模型；第三获取模块，用于对体元栅格模型进行分块，得到多个子块栅格模型；插值模块，用于对多个子块栅格模型分别进行插值处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值；第四获取模块，用于将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，得到采煤工作面的三维模型。5.本技术另一方面实施例提出了一种计算机设备，包括处理器和存储器；其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如上述一方面实施例所述的方法。6.本技术另一方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述一方面实施例所述的方法。7.本技术另一方面实施例提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现上述实施例所述方法的步骤。8.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明9.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本技术实施例提供的一种采煤工作面三维地质隐式建模方法的流程示意图；图2为本技术提供的一种采煤工作面的地层分界点数据的示意图;图3为本技术实施例提供的另一种采煤工作面三维地质隐式建模方法的流程示意图；图4为本技术实施例提供的一种地层分界点数据坐标正变换示意图；图5为本技术实施例提供的一种体元栅格模型的分块过程示意图；图6为本技术提供的一种多线程插值的示意图；图7为本技术实施例提供一种体元栅格模型的坐标逆变换的示意图；图8为本技术实施例所提供的一种采煤工作面三维地质隐式建模装置的结构示意图。具体实施方式10.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。11.下面参考附图描述本技术实施例的采煤工作面三维地质隐式建模方法及装置。12.图1为本技术实施例提供的一种采煤工作面三维地质隐式建模方法的流程示意图。13.如图1所示，该采煤工作面三维地质隐式建模方法包括：步骤101，对采煤工作面的地质数据进行处理，以获取地层分界点数据。14.其中，地质数据可以包括但不限于地质钻孔数据、地质剖面数据等。15.本技术中，可以从工作面的地质数据中，提取工作面的煤层、煤层上部地层、煤层下部地层等地层分界点数据。16.比如，可以对工作面地质剖面数据中的地质剖面线进行离散化，得到离散化的地层分界点。其中，地质剖面线可以包括上部地层顶面分界线、煤层顶面分界线、下部地层顶面分界线、下部地层底面分界线等。17.本技术中，地层分界点数据可以包括以下一项或多项：上部地层顶面分界点，或者上部地层顶面分界线离散化形成的一串地层分界点；煤层顶面分界点，或者煤层顶面分界线离散化形成的一串地层分界点；下部地层顶面分界点，或者下部地层顶面分界线离散化形成的一串地层分界点；下部地层底面分界点，或者下部地层底面分界线离散化形成的一串地层分界点。18.为了便于理解，下面结合图2进行说明，图2为本技术提供的一种采煤工作面的地层分界点数据的示意图。图2中所示的坐标系xyz为大地坐标系。如图2所示，地质钻孔数据可以包括：上部地层顶面分界点、煤层顶面分界点、下部地层顶面分界点、下部地层底面分界点；地质剖面数据可以包括相邻地层之间的分界线：上部地层分界线、煤层顶面分界线、下部地层顶面分界线、下部地层底面分界线。其中，煤层顶面分界线与下部地层顶面分界线之间是煤层。19.步骤102，对地层分界点数据进行体素化，得到体元栅格模型。20.本技术中，可以将地层分界点数据作为建模数据源，可以根据获取的体素化参数，对地层分界点数据所在空间范围进行体素化，得到体元栅格模型。 其中，体素化参数可以包括但不限于列数、行数、层数等，列数、行数、层数为体素化得到的体元栅格模型的尺寸。21.需要说明的是，体素化参数可以是根据用户的配置操作获取的，也可以是默认的，也可以是通过其他方式获取的，本技术对此不作限定。22.步骤103，对体元栅格模型进行分块，得到多个子块栅格模型。23.为了提高模型建模效率，本技术中，对体元栅格模型进行分块，从而将体元栅格模型划分为多个子块栅格模型。24.作为一种可能的实现方式，可以将体元栅格模型均匀划分为预设数量的子块栅格模型。25.步骤104，对多个子块栅格模型分别进行插值处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值。26.本技术中，将地层分界点数据中的所有地层分界点按照子块的空间范围，分配到对应的子块栅格模型，每一个子块栅格模型和其中的地层分界点作为一个插值计算单元，对每一个计算单元进行计算。27.对于每个子块栅格模型，可以根据子块栅格模型已有的体元的岩性值进行插值，得到其他体元的岩性值，那么根据已有的体元的岩性值和插值得到的其他体元的岩性值，可以得到子块栅格模型中各体元的岩性值。28.在对子块栅格模型进行插值处理时，可以采用空间插值方法进行计算，采用空间插值方法可以包括但不限于离散光滑插值、有限差分法插值、克吕格（或克里金）插值等方法。29.本技术中，可以串行对多个子块栅格模型分别进行插值处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值。30.为了进一步提高模型建模效率，本技术中，也可以通过多个线程并行对多个子块栅格模型分别进行插值处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值。其中，对每个线程可以尽可能均匀分配待计算的子块栅格模型，每个线程的计算结果均返回其处理的子块中每一个体元的岩性值。31.由于体元栅格模型中栅格的数量越多，精度越高，计算量越大，本技术中，通过对体元栅格模型进行分块，并行对多个子块栅格模型进行插值处理，不仅可以提高采煤工作面的地质模型的建模效率，而且可以通过增加线程实现高精度地质模型的建模，从而可以实现构建任意精度的地质模型，满足多样化的需求。32.步骤105，将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，得到采煤工作面的三维模型。33.本技术中，经过插值处理后所有子块栅格模型的每一个体元均具有岩性值，可以将这些岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，从而使得体元栅格模型中各体元具有岩性值，经过赋值后的体元栅格模型即为采煤工作面的三维模型。其中，采煤工作面的三维模型可以采用体元栅格模型或者多边形网格模型表达，也可以采用其他模型进行表达，故在此不再赘述。34.本技术实施例中，通过对采煤工作面的地质数据进行处理，以获取地层分界点数据，并对地层分界点数据进行体素化，得到体元栅格模型，对体元栅格模型进行分块，得到多个子块栅格模型，再对多个子块栅格模型分别进行插值 处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值，再将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，得到采煤工作面的三维模型。由此，通过将体元栅格模型划分为多个子块栅格模型，对每个子块栅格模型进行插值处理，提高了采煤工作面三维模型的建模效率。35.图3为本技术实施例提供的另一种采煤工作面三维地质隐式建模方法的流程示意图。36.如图3所示，该采煤工作面三维地质隐式建模方法包括：步骤301，对采煤工作面的地质数据进行处理，以获取地层分界点数据。37.本技术中，步骤301可以采用本技术各实施例中任一种实现方式，本技术对此不作限定，也不再赘述。38.步骤302，对地层分界点数据进行体素化，得到体元栅格模型。39.本技术中，可以直接对地层分界点数据进行体素化，得到体元栅格模型。40.在实际应用中，地层分界点数据的在水平面上投影的主方向与大地坐标系中目标坐标轴比如x轴的方向之间有夹角，计算量比较大。基于此，本技术中，可以对地层分界点数据进行坐标正变换，对坐标正变换后的地层分界点数据进行体素化，得到体元栅格模型。41.在实现时，可以计算地层分界点数据水平面投影的空间分布主方向 ，使得地层分界点数据尽可能均匀分布于主方向的两侧，并计算空间分布主方向与目标坐标轴比如x轴（东向）的夹角θ，将地层分界点数据的空间坐标旋转-，以使旋转后的空间分布主方向与目标坐标轴重合或平行，从而可以减少三维地质隐式建模算法处理的空间范围，提高计算效率。42.在实际应用中，地层分界点数据的三维外包盒中心点可能与大地坐标系的原点不重合，为了进一步减少计算量，提高计算效率，还可以计算旋转后的地层分界点数据的三维外包盒中心点坐标（-xc,-yc,-zc），并将旋转后的地层分界点数据的空间坐标平移（-xc,-yc,-zc），使得平移后的地层分界点数据的坐标数值变小，从而可以提高三维地质隐式建模算法的计算效率。43.为了便于理解下面结合图2和图4进行说明，图2为原始的地层分界点数据，图4是将地层分界点数据进行平移后的示意图。44.需要说明的是，本技术中，可以先对地层分界点数据进行空间坐标旋转再进行空间坐标平移，也可以先对地层分界点数据进行空间坐标平移再进行空间坐标旋转，本技术对此不作限定。45.另外，本技术中，可以对地层分界点数据进行空间坐标变换或空间坐标平移，或者，对地层分界点数据空间坐标变换和空间坐标平移，本技术对此不作限定。46.步骤303，对体元栅格模型进行分块，得到多个子块栅格模型。47.本技术中，步骤303可以采用本技术各实施例中任一种实现方式，本技术对此不作限定，也不再赘述。48.步骤304，获取子块划分条件。49.本技术中，子块划分条件可以是指对体元栅格模型的划分要求，或者可以规定如何划分体元栅格模型。比如，子块划分条件为将体元栅格模型划分为s列、q行、r层的子块栅格模型，也就是说，将体元栅格模型划分s列、q行、r层的小块，这些小块的数量为s*q*r，其中，s、q、r为正整数。50.本技术中，子块划分条件可以是根据用户的配置操作获取的，也可以是预先设置的，也可以是采用其他方式获取的，本技术对此不作限定。51.步骤305，根据子块划分条件和体元栅格模型的尺寸，确定每个子块栅格模型的尺寸。52.作为一种可能的实现方式，假设子块划分条件为将体元栅格模型划分为r层的子块栅格模型，体元栅格模型的尺寸为m列、n行、p层，m、n、p为大于1的整数，可以根据p层与r层的比值，确定每个子块栅格模型的层数，每个子块栅格模型的行数和列数可以是根据对体元栅格模型的行数和列数随机划分确定的。53.作为另一种可能的实现方式，假设体元栅格模型的尺寸为m列、n行、p层，子块划分条件为将体元栅格模型划分为s列、q行、r层的子块栅格模型，可以根据m列与s列的比值确定每个子块栅格模型的列数，根据n行与q行的比值确定每个子块栅格模型的行数，根据p层与r层的比值确定每个子块栅格模型的层数。54.作为一个示例，可以将round(m/s)作为每个子块栅格模型的列数，将round(n/q) 作为每个子块栅格模型的行数、round(p/r)作为每个子块栅格模型的层数，其中round表示为对小数进行四舍五入处理从而获得整数结果。55.在实际应用中，m/s、n/q、p/r中的一项或多项可能不是整数，因此可能会存在一些子块栅格模型的列数不是round(m/s)或者行数不是round(q/n)或者层数不是round(p/r)，那么可以修正最大边界块栅格模型的列数为(m-round(m/s)*(s-1))、行数为(n-round(q/n)*(q-1))、层数为(p-round(p/r)* (r-1))，以确保所有子块栅格模型合并占据的空间与体元栅格模型占据的空间完全重合，其中边界块栅格模型可以是指含有体元栅格模型中第（m-1）列或者（n-1）行或者（p-1）层的子块栅格模型。56.为了便于理解，下面结合图5进行说明，图5为本技术实施例提供的一种体元栅格模型的分块过程示意图。57.如图5所示，1个体元栅格模型的列数m=6、行数n=4行、层数p=5，也即该体元栅格模型的尺寸为6列、4行、5层，将该体元栅格模型划分为3列、2行、2层的子块栅格模型，根据上述确定子块栅格模型的尺寸的方法，每个子块栅格模型的列数、行数和层数分别为round(6/3)=2、round(4/2)=2、round(5/2)=3，并修正最大边界块栅格模型的列数为(6-round(6/3)*(3-1))=2、行数为(4-round(4/2)*(2-1))=2、层数为(5-round(5/2)* (2-1))=2，也即子块栅格模型的列数s=2，行数q=2，层数r=3或2，其中，r=3的子块栅格模型为最大边界块栅格模型。58.步骤306，根据每个子块栅格模型的尺寸，对体元栅格模型进行划分，得到每个子块栅格模型。59.本技术中，在对体元栅格模型进行分块时，可以按照从z轴负方向向z轴正方向的顺序，根据每个子块栅格模型的尺寸，对体元栅格模型进行划分，得到每个子块栅格模型。60.比如，图5中，可以对体元栅格模型从下向上进行分块，得到第一层的6个子块栅格模型的尺寸均为2列、2行、3层，由于剩余2层小于第一层的子块栅格模型的层数3层，可以确定第二层子块栅格模型的层数为2，并根据子块栅格模型的2列和2行进行划分，得到的第二层6个子块栅格模型的尺寸均为2列、2行、2层，也就是说，第二层6个子块栅格模型为最大边界块栅格模型。61.步骤307，对多个子块栅格模型分别进行插值处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值。62.本技术中，可以串行对多个子块栅格模型分别进行插值处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值。为了进一步提高模型建模效率，也可以通过多个线程并行对多个子块栅格模型分别进行插值处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值，其中，对每个线程可以尽可能均匀分配待计算的子块栅格模型，每个线程的计算结果均返回其处理的子块中每一个体元的岩性值。63.由于体元栅格模型中栅格的数量越多，精度越高，计算量越大，本技术中，通过对体元栅格模型进行分块，并行对多个子块栅格模型进行插值处理，不仅可以提高采煤工作面的地质模型的建模效率，而且可以通过增加线程实现高精度地质模型的建模，从而可以实现构建任意精度的地质模型，满足多样化的需求。64.本技术中，采用的插值方式可以参见上述实施例，故在此不再赘述。65.步骤308，将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，得到采煤工作面的三维模型。66.本技术中的采煤工作面的三维模型可以采用体元栅格模型或者多边形网格模型表达，也可以采用其他方式进行表达，故在此不再赘述。67.本技术中，若步骤302中直接对地层分界点数据进行体素化得到体元栅格模型，那么在对每个子块栅格模型插值处理后，可以直接将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，得到采煤工作面的三维模型。68.为了便于理解，下面结合图6进行说明，对于图6所示的经过分块得到12个子块栅格模型，可以通过图6所示的方式进行插值及赋值。69.如图6所示，经过图5所示的分块方式得到6个尺寸为2列、2行、2层的子块栅格模型，及得到6个尺寸为2列、2行、3层的子块栅格模型，可以利用空间插值线程1、空间插值线程2，......，空间插值线程8共8个线程，并行对12个子块栅格模型进行插值处理，其中，第1-4个线程分别计算2个子块栅格模型，第5-8个线程分别计算1个子块栅格模型，线程返回后子块栅格模型的体元具有岩性值，之后可以将12个子块栅格模型的岩性值赋值给体元栅格模型。70.本技术中，若步骤302中对地层分界点数据进行坐标正变换后再体素化得到体元栅格模型，那么在将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元后再进行坐标反变换，得到采煤工作面的三维模型。71.作为一个示例，若在得到体元栅格模型时，将地层分界点数据的空间坐标旋转-，并计算旋转后的地层分界点数据的三维外包盒中心点坐标（-xc,-yc,-zc），将旋转后的地层分界点数据的空间坐标平移（-xc,-yc,-zc），那么在对子块栅格模型插值处理后，可以将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，得到采煤工作面的候选三维模型，并将候选三维模型旋转角度，得到旋转后的候选三维模型，将旋转后的候选三维模型平移（xc,yc,zc），得到采煤工作面的三维模型。72.可以理解的是，在得到体元栅格模型时，若对地层分界点数据只进行了空间坐标旋转或空间坐标平移，那么在赋值得到采煤工作面的三维模型时，可以对候选三维模型进行相应的逆变换。73.为了便于理解，下面结合图7进行说明，图7为本技术实施例提供一种体元栅格模型坐标逆变换的示意图。图7中，对于体元栅格模型表达的工作面三维模型旋转角度和平移（-xc,-yc,-zc），得到最终的体元栅格模型表达的采煤工作面三维模型，对于多边形网络表达的工作面三维模型旋转角度和平移（-xc,-yc,-zc），得到最终的多边形网格表达的采煤工作面三维模型。74.本技术实施例中，在对体元栅格模型进行分块，得到多个子块栅格模型时，可以获取子块划分条件，并根据子块划分条件和体元栅格模型的尺寸，确定每个子块栅格模型的尺寸，再根据每个子块栅格模型的尺寸，对体元栅格模型进行划分，得到每个子块栅格模型，从而实现将体元栅格模型划分为多个子块栅格模型，提高了模型建模效。75.为了实现上述实施例，本技术实施例还提出一种采煤工作面三维地质隐式建模装置。图8为本技术实施例所提供的一种采煤工作面三维地质隐式建模装置的结构示意图。76.如图8所示，该装置800包括：第一获取模块810，用于对采煤工作面的地质数据进行处理，以获取地层分界点数据；第二获取模块820，用于对地层分界点数据进行体素化，得到体元栅格模型；第三获取模块830，用于对体元栅格模型进行分块，得到多个子块栅格模型；插值模块840，用于对多个子块栅格模型分别进行插值处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值；第四获取模块850，用于将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，得到采煤工作面的三维模型。77.在本技术实施例一种可能的实现方式中，第三获取模块830，用于：获取子块划分条件；根据子块划分条件和体元栅格模型的尺寸，确定每个子块栅格模型的尺寸；根据每个子块栅格模型的尺寸，对体元栅格模型进行划分，得到每个子块栅格模型。78.在本技术实施例一种可能的实现方式中，体元栅格模型的尺寸为m列、n行、p层，子块划分条件为将体元栅格模型划分为s列、q行、r层的子块栅格模型，第三获取模块830，用于：根据m列与s列的比值，确定每个子块栅格模型的列数；根据n行与q行的比值，确定每个子块栅格模型的行数；根据p层与r层的比值，确定每个子块栅格模型的层数。79.在本技术实施例一种可能的实现方式中，第二获取模块820，用于：确定地层分界点数据在水平面投影的空间分布主方向，并计算主方向与目标坐标轴之间夹角的角度；将地层分界点数据的空间坐标旋转-，以使旋转后的空间分布主方向与目标坐标轴重合或平行；确定旋转后的地层分界点数据的三维外包盒中心点坐标（-xc,-yc,-zc）；将旋转后的地层分界点数据的空间坐标平移（-xc,-yc,-zc），得到平移后的地层分界点数据；对平移后的地层分界点数据进行体素化，得到体元栅格模型。80.在本技术实施例一种可能的实现方式中，第四获取模块850，用于：将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，得到采煤工作面的候选三维模型；将候选三维模型旋转角度，得到旋转后的候选三维模型；将旋转后的候选三维模型平移（xc,yc,zc），得到采煤工作面的三维模型。81.在本技术实施例一种可能的实现方式中，插值模块840，用于：通过多个线程并行对多个子块栅格模型分别进行插值处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值。82.需要说明的是，上述对采煤工作面三维地质隐式建模方法实施例的解释说明，也适用于该实施例的采煤工作面三维地质隐式建模装置，故在此不再赘述。83.本技术实施例中，通过对采煤工作面的地质数据进行处理，以获取地层分界点数据，并对地层分界点数据进行体素化，得到体元栅格模型，对体元栅格模型进行分块，得到多个子块栅格模型，再对多个子块栅格模型分别进行插值 处理，得到每个子块栅格模型中体元的岩性值，再将多个子块栅格模型的体元的岩性值赋值给体元栅格模型对应位置的体元，得到采煤工作面的三维模型。由此，通过将体元栅格模型划分为多个子块栅格模型，对每个子块栅格模型进行插值处理，提高了采煤工作面三维模型的建模效率。84.为了实现上述实施例，本技术实施例还提出一种计算机设备，包括处理器和存储器；其中，处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如上述实施例所述的采煤工作面三维地质隐式建模方法。85.为了实现上述实施例，本技术实施例还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的采煤工作面三维地质隐式建模方法。86.为了实现上述实施例，本技术实施例还提出一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现上述实施例所述方法的步骤。87.在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。88.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。









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