空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102609982 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 0 9 9 8 2 A *CN102609982A* (21)申请号 201210018340.8 (22)申请日 2012.01.20 G06T 17/00(2006.01) G06F 19/00(2011.01) (71)申请人北京石油化工学院 地址 102617 北京市大兴区清源北路19号 申请人中国矿业大学（北京） (72)发明人武强 徐华 (74)专利代理机构小松专利事务所 11132 代理人陈祚龄 (54) 发明名称 空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法 (57) 。

2、摘要 本发明涉及一种空间地质数据非结构化模式 的拓扑发现方法，主要包括拓扑核心关系生成、拓 扑动态关系搜索、以及拓扑错误关系修正三层次 发现，是针对空间地质数据获取的不同方式、空间 数据分布特征以及模型应具备的功能与应用目 的，通过分析包含断层、褶皱、透镜体、侵入岩等复 杂地质现象，设计一种基于非结构化模式的拓扑 发现方法，以确定矿区地质勘探长期积累的庞大 而复杂的空间地质数据之间空间、时间和结构上 的相互关系，并保持它们的一致性和真实性，从而 增强三维地质数据的空间表达能力和时空分析效 率，为地质工作者提供分析、预测和评价地质资源 的先进的科学手段。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 。

3、说明书9页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 5 页 1/2页 2 1.一种空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，主要是指发现空间地质数据中的 几何元素及其之间的拓扑关系，包括以下步骤： 步骤A：读取空间地质数据，对提取的点云进行拓扑核心关系生成； 步骤B：基于拓扑核心关系并根据地质应用实际情况及算法设计，进行拓扑动态关系 搜索； 步骤C：进行拓扑错误关系修正，包括重合性错误发现与修正、相交性错误发现与修 正、闭合性错误发现与修正。 2.根据权利要求1所述的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，其特征在于： 所述。

4、的拓扑核心关系生成包括以下步骤： 步骤A1：区分空间地质数据来源，如果数据为钻孔、剖面、等值线、地质图，执行步骤 A2；如果数据来自3DMAX、GOCAD异构系统，直接转入步骤A4； 步骤A2：对空间地质数据进行属性识别分类，提取属性相同的顶点集 合，形成空间点云群P 1 ,P n ；对于每个点云集合P i (i=1,2,n),分别 向XY、XZ、YZ六个方向进行聚类分割投影运算，构成六个子集，即 ，但允许； 步骤A3：根据属性特征，确定组成多边形Pgn的边数或顶点个数，对于每个P ij 集合，采 用生长法连接空间点云，建立一个多边形及其与边或顶点的拓扑关系，之后转步骤A5； 步骤A4：导入异。

5、构系统数据，通过接口转换工具，对数据执行提取、转换、融合操作，得 到网格数据； 步骤A5：通过上述操作可以获得一个由多边形组成的曲面S ij ，根据地质体的具体特 征，如区内存在断层、地层尖灭、侵入岩、透镜体、巷道、溶洞自然现象或人工开采情况，则曲 面S ij 需要通过曲面相交计算、边界跟踪，以提取相应的子面S ij1 ， , S ijr ，其中，S ijk 的面 积S ij 的面积（k=1, ,r）； 步骤A6：建立一个多级曲面索引指针MIP，记录S ij 及其S ij1 ，, S ijr 之间的父子关 系； 步骤A7：设定一个待处理的地质体G，将地质体G分割为N个块 体B i ，则；对于每。

6、个块体B i ，它由有限个m曲面闭合构成，即 ；对于每个B i ，通过广度搜索遍历MIP算 法，发现构成B i 的所有曲面Sur ij ，并建立相应RTree树，保存多边形-曲面-实体之间的拓 扑关系。 3.根据权利要求2所述的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，其特征在于： 所述的生长法是以点集中任一点为起点，在空间数据场中先构成第一个多边形，然后以该 多边形为基面向外扩展生成新多边形，迭代上述过程，直至点集中的全部离散点均已连接 为止。 权 利 要 求 书CN 102609982 A 2/2页 3 4.根据权利要求1所述的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，其特征在于： 所述的拓扑。

7、动态关系搜索包括以下步骤： 步骤B1：根据地质应用实际情况及算法设计，通过调用接口函数，动态搜索相应的拓 扑关系； 步骤B2：设计一个存储选择的接口工具，判断是否进行存储操作；如果选择存储操作， 则将步骤B1拓扑动态关系搜索的结果保存于数据库或文件系统中；否则，释放占用的内存 空间。 5.根据权利要求4所述的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，其特征在于： 所述的拓扑关系分类如下： 11.顶点-边、12.顶点-多边形、13.顶点-体，以确定顶点可连接的多条边、多个多边 形以及顶点在体的表面上、在体内或在体外； 21.边-多边形、22.边-体，以确定边可连接多少有序多边形、边与体表面的相交关。

8、 系； 31.多边形-多边形、32.多边形-曲面、33.多边形-体，以确定多边形之间的相邻关 系、以及多边形可被多个曲面或体共享或相交； 41.曲面-曲面、42.曲面-体，以确定曲面相邻关系、以及曲面为体的顶板、底板或边 界面； 51.体-体，以确定体及其关联体之间的相邻、相交、包含关系。 6.根据权利要求1所述的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，其特征在于： 所述的重合性错误发现与修正主要发现模型中存在的点重合、边重合、多边形重合，并进行 修正；相交性错误发现与修正主要发现边-边、边-多边形、多边形-多边形自交和相交关 系错误，并进行合理修正；闭合性错误发现与修正主要发现边界、边界面、。

9、边界体是否形成 空间闭合区域，并进行闭合修正。 权 利 要 求 书CN 102609982 A 1/9页 4 空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法 技术领域 0001 本发明涉及地质勘探、空间信息处理及计算机技术，尤其是一种空间地质数据非 结构化模式的拓扑发现方法。 背景技术 0002 三维建模理论与技术的研究已有近三十年的历史，随着各个领域科学技术的发展 及应用范围的逐步拓宽，建模理论与技术也在不断地改进和发展。三维模型是建立在空间 分割原理基础之上的，即一个对象的任何复杂几何形状都可以由有限个简单形状拟合而 成，如地层可以通过许多三角形面片来逼近，用一系列四面体网格近似模拟一个断块等等。。

10、 因此，三维建模的核心技术是关于空间对象的三维表示方法，研究如何描述空间实体的几 何形状及其相互关系。 0003 虚拟环境中的三维建模与可视化技术的主要应用领域为医学、地质勘探、气象、计 算流体力学、分子模型构造等。发达国家在这个领域的研究工作十分活跃，一些著名大学、 国家实验室及大公司几十年来，一直致力于三维建模与可视化技术的研究与开发。从七十 年代的CSG、B-reps模型，到随后关于三维空间数据模型集成或混合的研究，如TIN与GRID 的集成、TEN与八叉树的混合模型、B-reps与TEN的集成等，以及基于这些集成或混合模型 进行空间计算和分析的研究。 0004 三维空间地质数据模型主要。

11、分为非结构化和结构化模式，CSG、B-rep、Wireframe 模型基本上以非结构化模式为主，规则体元（如八叉树）采用结构化模式，而不规则体元（如 TEN等）多采用非结构化模式。结构化模式多数蕴含了相互间的关系，而非结构化模式需 要考虑几何元素之间完整的或局部的拓扑关系。八十年代， Lienhardt定义了n-G-maps 的简单拓扑模型，它仅仅允许建立流型对象及其拓扑模型，之后Elter 等学者的改进方法 n-Chains可以定义非流型对象。J.L. Mallet 初步建立了面向对象的客观实体建模的理论 和方法，并得到了逐步的完善和发展，抽象或派生的每一个对象包括头指针、体和终结标志 三部。

12、分，把对象的几何形状、拓扑关系和属性信息以及相应操作、运算等进行封装和继承， 增强了描述对象及对象之间拓扑关系的能力。Kevin和Ian比较系统地阐述了三维拓扑模 型，首先描述模型所必要的3D空间实体，包括点、边、面和体，在此基础上定义实体之间的 拓扑关系，并提出三维拓扑结构面向对象的实现方法，采用C+编程。由于地质现象本身所 具有的复杂性、动态性、异构性等特点，使得非结构化模式中的拓扑发现成为一项非常具有 挑战性的课题。 0005 目前使用的三维地质建模系统，普遍是根据一系列钻孔岩芯数据或剖面数据建立 相应的非结构化或结构化模式，表达空间对象的几何形状。尽管这些系统可以用来建立三 维地质模型。

13、，然而他们基本上是无拓扑模型，即每个地质单元有它自身的线框网格，重复相 邻单元而不共享其边界，这将最终影响模型的可用性，难以对新增加的数据或约束进行修 改、编辑等操作。由于地质体空间几何形态千变万化，对几何模型和拓扑模型的需求也就不 同，从而导致空间地质数据之间的拓扑关系的建立与发现仍然是难点技术问题。 说 明 书CN 102609982 A 2/9页 5 发明内容 0006 本发明的目的在于避免上述不足，提供一种针对空间地质数据获取的不同方式、 空间数据分布特征以及模型应具备的功能与应用目的，通过分析包含断层、褶皱、透镜体、 侵入岩等复杂地质现象，基于空间地质数据的非结构化模式的拓扑发现方法。

14、。 0007 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现： 一种空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法，主要是指发现空间地质数据中的几 何元素及其之间的拓扑关系，包括以下步骤： 步骤A：读取空间地质数据，对提取的点云进行拓扑核心关系生成； 步骤B：基于拓扑核心关系并根据地质应用实际情况及算法设计，进行拓扑动态关系 搜索； 步骤C：进行拓扑错误关系修正，包括重合性错误发现与修正、相交性错误发现与修 正、闭合性错误发现与修正。 0008 所述的拓扑核心关系生成包括以下步骤： 步骤A1：区分空间地质数据来源，如果数据为钻孔、剖面、等值线、地质图，执行步骤 A2；如果数据来自如3DMAX、GOCA。

15、D等异构系统，直接转入步骤A4； 步骤A2：对空间地质数据进行属性识别分类，提取属性相同的顶点集 合，形成空间点云群P 1 ,P n ；对于每个点云集合P i (i=1,2,n),分别 向XY、XZ、YZ六个方向进行聚类分割投影运算，构成六个子集，即 ，但允许； 步骤A3：根据属性特征，确定组成多边形Pgn的边数或顶点个数，对于每个P ij 集合，采 用生长法连接空间点云，建立一个多边形及其与边或顶点的拓扑关系，之后转步骤A5； 步骤A4：导入异构系统数据，通过接口转换工具，对数据执行提取、转换、融合操作，得 到网格数据； 步骤A5：通过上述操作可以获得一个由多边形组成的曲面S ij ，根据地。

16、质体的具体特 征，如区内存在断层、地层尖灭、侵入岩、透镜体、巷道、溶洞自然现象或人工开采情况，则曲 面S ij 需要通过曲面相交计算、边界跟踪，以提取相应的子面S ij1 ， , S ijr ，其中，S ijk 的面 积S ij 的面积（k=1, ,r）； 步骤A6：建立一个多级曲面索引指针MIP，记录S ij 及其S ij1 ，, S ijr 之间的父子关 系； 步骤A7：设定一个待处理的地质体G，将地质体G分割为N个块 体B i ，则；对于每个块体B i ，它由有限个m曲面闭合构成，即 ；对于每个B i ，通过广度搜索遍历MIP算 法，发现构成B i 的所有曲面Sur ij ，并建立相应R。

17、Tree树，保存多边形-曲面-实体之间的拓 扑关系。 说 明 书CN 102609982 A 3/9页 6 0009 所述的生长法是以点集中任一点为起点，在空间数据场中先构成第一个多边形， 然后以该多边形为基面向外扩展生成新多边形，迭代上述过程，直至点集中的全部离散点 均已连接为止。 0010 所述的拓扑动态关系搜索包括以下步骤： 步骤B1：根据地质应用实际情况及算法设计，通过调用接口函数，动态搜索相应的拓 扑关系； 步骤B2：设计一个存储选择的接口工具，判断是否进行存储操作；如果选择存储操作， 则将步骤B1拓扑动态关系搜索的结果保存于数据库或文件系统中；否则，释放占用的内存 空间。 0011。

18、 所述的拓扑关系分类如下： 11.顶点-边、12.顶点-多边形、13.顶点-体，以确定顶点可连接的多条边、多个多边 形以及顶点在体的表面上、在体内或在体外； 21.边-多边形、22.边-体，以确定边可连接多少有序多边形、边与体表面的相交关 系； 31.多边形-多边形、32.多边形-曲面、33.多边形-体，以确定多边形之间的相邻关 系、以及多边形可被多个曲面或体共享或相交； 41.曲面-曲面、42.曲面-体，以确定曲面相邻关系、以及曲面为体的顶板、底板或边 界面； 51.体-体，以确定体及其关联体之间的相邻、相交、包含关系。 0012 所述的重合性错误发现与修正主要发现模型中存在的点重合、边重合。

19、、多边形重 合，并进行修正；相交性错误发现与修正主要发现边-边、边-多边形、多边形-多边形自交 和相交关系错误，并进行合理修正；闭合性错误发现与修正主要发现边界、边界面、边界体 是否形成空间闭合区域，并进行闭合修正。 0013 由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和效果： 1、本发明的方法有利于确定矿区地质勘探长期积累的庞大而复杂的空间地质数据之 间空间、时间和结构上的相互关系，并保持它们的一致性和真实性； 2、本发明的方法以拓扑核心关系为重心，不仅能够大幅度地减少空间存储数据量，便 于数据模型的修改、编辑与维护，而且易于异构系统拓扑结构的集成，具有良好的兼容性和 可扩展性。在此基础上可快。

20、速实现拓扑动态关系搜索并适应地质勘探、空间信息处理等应 用需求，可用性强； 3、本发明的方法可以增强三维地质数据的空间表达能力和时空分析效率，为地质工作 者提供分析、预测和评价地质资源的先进的科学手段。 附图说明 0014 图1 为本发明拓扑发现流程示意图； 图2 为本发明地质体及其拓扑关系示意图； 图3为本发明多边形及其拓扑关系示意图； 图4为本发明从空间地质数据中提取点云示意图； 图5 为本发明顶点集合在+XY方向上的聚类投影示意图； 说 明 书CN 102609982 A 4/9页 7 图6 为本发明三角形面片网格示意图； 图7 为本发明多级曲面索引指针MIP链表示意图； 图8 为本发明。

21、通过拓扑错误关系修正后的地质模型示意图； 图9 a、图9b为本发明通过拓扑发现完成的地下水模拟示意图。 具体实施方式 0015 一种空间地质数据的非结构化模式的拓扑发现方法，是指发现空间地质数据中的 几何元素及其之间的拓扑关系，它是三维地质建模、空间分析、以及地质可视化的关键和基 础性环节。 0016 拓扑发现包括拓扑核心关系生成、拓扑动态关系搜索、以及拓扑错误关系修正三 层次发现，具体流程如图1所示，包括以下步骤： 步骤A：读取空间地质数据，对提取的点云进行拓扑核心关系生成；拓扑核心关系生成 主要是发现几何元素之间存在的必要的相互关系，主要生成多边形及其与边或顶点的拓扑 关系、地层/断层曲面。

22、与地质实体之间的拓扑关系，并进行存储； 步骤B：基于拓扑核心关系并根据地质应用实际情况及算法设计，进行拓扑动态关系 搜索；拓扑动态关系搜索是在核心拓扑结构基础上，根据地质应用分析的实际情况以及算 法设计，动态搜索需要的元素间的关系，如在流场模拟应用中，需要搜索每条边相邻的三角 面片、每个面相邻的三角面片等拓扑关系，这些关系在应用算法完成后自动释放； 步骤C：进行拓扑错误关系修正，包括：重合性错误发现与修正主要发现模型中存在的 点重合、边重合、多边形重合，并进行修正；相交性错误发现与修正主要发现边-边、边-多 边形、多边形-多边形自交和相交关系错误，并进行合理修正；闭合性错误发现与修正主要 发现。

23、边界、边界面、边界体是否形成空间闭合区域，并进行闭合修正。由于地质空间数据的 复杂性，通过自动生成或搜索的拓扑关系可能存在各种误差，拓扑错误关系修正就是发现 其中可能存在的错误并及时修正错误，使得拓扑结构能够正确反映空间地质数据的实际关 系。 0017 其中：拓扑核心关系生成包括以下步骤： 步骤A1：区分空间地质数据来源，如果数据为钻孔、剖面、等值线、地质图，执行步骤 A2；如果数据来自如3DMAX、GOCAD等异构系统，直接转入步骤A4； 步骤A2：对空间地质数据进行属性识别分类，提取属性相同的顶点集合，形成空间点 云群P 1 ,P n ；对于每个点云集合P i (i=1,2,n),分别向X。

24、Y、XZ、YZ六个方向进行 聚类分割投影运算，构成六个子集，即，但允许； 步骤A3：根据属性特征，确定组成多边形Pgn的边数或顶点个数，对于每个P ij 集合，采 用生长法连接空间点云，建立一个多边形及其与边或顶点的拓扑关系，之后转步骤A5； 生长法是以点集中任一点为起点，在空间数据场中先构成第一个多边形，然后以该多 边形为基面向外扩展生成新多边形，迭代上述过程，直至点集中的全部离散点均已连接为 止； 步骤A4：导入异构系统数据，通过接口转换工具，对数据执行提取、转换、融合操作，得 到网格数据； 说 明 书CN 102609982 A 5/9页 8 步骤A5：通过上述操作可以获得一个由多边形组。

25、成的曲面S ij ，根据地质体的具体特 征，如区内存在断层、地层尖灭、侵入岩、透镜体、巷道、溶洞自然现象或人工开采情况，则曲 面S ij 需要通过曲面相交计算、边界跟踪，以提取相应的子面S ij1 ， , S ijr ，其中，S ijk 的面 积S ij 的面积（k=1, ,r）； 步骤A6：建立一个多级曲面索引指针MIP，记录S ij 及其S ij1 ，, S ijr 之间的父子关 系； 步骤A7：设定一个待处理的地质体G，将地质体G分割为N个块 体B i ，则；对于每个块体B i ，它由有限个m曲面闭合构成，即 ；对于每个B i ，通过广度搜索遍历MIP算 法，发现构成B i 的所有曲面S。

26、ur ij ，并建立相应RTree树，保存多边形-曲面-实体之间的拓 扑关系。 0018 另知，拓扑动态关系搜索包括以下步骤： 步骤B1：根据地质勘探、空间信息处理等应用实际情况及算法设计，通过调用接口函 数，动态搜索相应的拓扑关系，动态搜索的目标主要在于可以保证快速、稳健地实现空间分 析与查询功能； 其中，拓扑关系分类如下： 11.顶点-边、12.顶点-多边形、13.顶点-体，以确定顶点可连接的多条边、多个多 边形以及顶点在体的表面上、在体内或在体外。利用宽度遍历算法可以从图3任意一个顶 点（如取顶点2）出发，自动搜索得到该顶点的顶点-边的拓扑关系，即顶点2可连接边1、边 2、边11、边24。

27、共4条边，并将其存入缓存区（表1）；之后，沿逆时针方向选择下一个顶点，继 续上述搜索过程；直到所有顶点搜索完毕。主要用于地下水流的跟踪、溶质运移模拟、等值 线计算等。 0019 21.边-多边形、22.边-体，以确定边可连接多少有序多边形、边与体表面的相交 关系。从Pgn1的第一条边（边1）开始，自动搜索共享该边的多边形，可得到该边的边-多 边形拓扑关系（表1）；继续上述搜索过程；直到所有边搜索完毕。主要在流线跟踪、数据查 询以及诸如相交算法等设计中使用。 0020 31.多边形-多边形、32.多边形-曲面、33.多边形-体，以确定多边形之间的相 邻关系、以及多边形可被多个曲面或体共享或相交。。

28、从图3所示依次取多边形Pgn i ，与Sur ij 中记录的Pgn i 进行匹配，可以得到Pgn i 的多边形-曲面拓扑关系，如表1中Pgn1可被2个 曲面共享。主要用于子面提取、空间数据检索、三维流体模拟等应用。 0021 41.曲面-曲面、42.曲面-体，以确定曲面相邻关系、以及曲面为体的顶板、底板 或边界面。如图2左侧，设B 1 为第四系地层、B 2 及B i 为基岩地层，搜索图2右侧树形结构 并计算曲面方向，可发现Sur i1 为第四系地层的底板、基岩地层的顶板；类似过程可获得曲 面-体的所有关系。主要用于地质工程、水文地质工程等领域的计算分析。 0022 51.体-体，以确定体及其关。

29、联体之间的相邻、相交、包含关系。如图2 所示B 2 的 关联体是B 1 、B i-1 、B i 、B n 。主要用于空洞、塌陷区、溶洞、地下河、地铁隧道、巷道、地下管道、 说 明 书CN 102609982 A 6/9页 9 采空区、人工洞室、排污巷道等地下模拟。 0023 表1 拓扑动态关系存储列表 分类主体关联体NEXT域 11顶点2边1、边2、边11、边24 0x0110fa18 21边1 Pgn1、Pgn2 0x0be597c8 32 Pgn1 Sur i1 、Sur i3 0x01d8f2e8 42 Sur i1 B 1 底板、B 2 顶板、B i 顶板0x0be45c48 51 B。

30、 2 B 1 、B i-1 、B i 、B n 0x0be4c1e0 步骤B2：设计一个存储选择的接口工具，判断是否进行存储操作，如果选择存储操作， 则将步骤B1拓扑动态关系搜索的结果保存于数据库或文件系统中；否则，释放占用的内存 空间。 0024 下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。 0025 实施例1： 以河南某金矿的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法为例： 步骤101：区内的有效地质数据主要包括钻孔数据、地质图、地形图、地质剖面图以及 相关资料信息。通过数字化仪、扫描仪，将原始数据数字化，采用Oracle数据库工具管理、 维护、处理信息，使用2D GIS软件生成一系列图层文件。 。

31、0026 步骤102：将空间地质数据导入内存，并提取点云在视窗中可视化（图4）。进行属 性识别分类，得到8组属性相同的顶点集合，并分别向XY、XZ、YZ六个方向进行聚类 分割投影运算，其中，图5为第2组断层F1中的基岩顶点集合在+XY方向上的聚类投影结 果P 21 ，相对坐标为：(550,1032)(4000,1032)(550,2762)(4000,2762)。由于该地区金矿平 均厚度为1-5米，并存在地层尖灭等复杂地质现象，在XZ、YZ方向产生集合。 0027 步骤103：进行坐标转换后，选择多边形Pgn的顶点个数为3，即简化为三角形面 片，并采用三角剖分算法生成三角形面片网格，建立三角形。

32、面片及其与顶点的拓扑关系（表 2）。三角剖分算法是对于P 21 中点v 1 , , v m ，使得互不相交的直线段连接v i 与v j (1i， jm，ij)，并使子集内的每一个区域形成一个三角形，同时满足：(1)每个三角形的外 接圆均不包含点集P 21 中的其他任意点； (2)最大、最小角度性质。 0028 表2三角形面片及其与顶点的拓扑关系 。 0029 步骤104：通过接口转换工具，将3DMAX、GOCAD等系统中的数据导入，并对数据执 行提取、转换、融合等操作。 0030 步骤105：通过上述操作获得一个曲面S 21 （图6），根据金矿、断层F1的分布特征， 提取其子面S 211 ,S。

33、 212 ,S 213 。 0031 步骤106：建立一个多级曲面索引指针MIP，并记录S 21 及其S 211 ,S 212 ,S 213 之间的父 说 明 书CN 102609982 A 7/9页 10 子关系，之后，重复步骤102-步骤106，可获得一系列的曲面及其相应的子面，并逐步构建 出对应的MIP（图7）。 0032 步骤107：通过广度搜索遍历MIP算法，发现构成地质体中12个块体的曲面，如 发现构成断层F1中的基岩体B 2 的所有曲面Sur 21 =S 211 ,S 212 ,S 213 ,S 22 ,S 324 ，并建立相应 RTree树。 0033 步骤108：根据地质应用。

34、实际情况及算法设计，通过调用接口函数，可选择多种动 态搜索操作，例如，对S 21 进行等值线跟踪计算时，需要动态搜索顶点-多边形拓扑关系，以 确定顶点可连接的多边形单元（表3），判断等值线下一个可能的出点位置；如要实现对金 矿的储量开挖计算，则要动态搜索体-体拓扑关系，以确定体及其关联体之间的相交（1）、 包含（2）、被包含（-2）、相邻（3）关系（表4）。 0034 表3 顶点-多边形拓扑关系 表4 体-体拓扑关系 。 0035 步骤109：通过存储选择接口工具，将表4的数据保存于数据库或文件系统中，而 在质点跟踪运算结束时将释放表3数据占用的内存空间。 0036 步骤110：进行重合性错误。

35、发现与修正、相交性错误发现与修正、闭合性错误发现 与修正等，得到最终正确的地质体模型（图8）。 0037 实施例2： 以北京平原区的空间地质数据非结构化模式的拓扑发现方法为例： 步骤201：从异构系统读入含水层数据、水位数据等空间地质数据；通过接口转换工 具，对数据执行提取、转换、融合操作，得到网格数据，其中，组成多边形Pgn的顶点个数为 3； 步骤202：针对某时期的水位数据，获得由多边形组成的一系列曲面S ij ，并建立相应的 多级曲面索引指针MIP； 步骤203：通过广度搜索遍历MIP算法，发现构成每个含水层的所有曲面Sur ij ，并建立 相应RTree树，保存多边形-曲面-实体之间的。

36、拓扑关系（表5）。 0038 表5 多边形-曲面-实体之间的拓扑关系 说 明 书CN 102609982 A 10 8/9页 11 步骤204：由于需要进行地下水流的模拟，通过调用接口函数，动态搜索相应的拓扑关 系，其中，主要涉及到边-多边形关系。主要实施方法是从Pgn1的第一条边开始，如果该边 未“访问”过，则自动搜索共享该边的多边形，可得到该边的边-多边形拓扑结构并存入列 表中，同时记录“访问”标记；之后，按照逆时针方向继续搜索Pgn1的下一条边，重复上述操 作；当Pgn1的所有边搜索之后，开始下一个Pgn2；直到所有边搜索完毕，得到表6。 0039 表6 自动搜索的边-多边形关系列表 边。

37、序号边的起止顶点序号多边形序号NEXT域 1 01 1 0x01cb4940 2 13 1,2 0x01cb4950 3 30 1,32 0x01cb4960 4 12 2 0x01cb4970 5 23 2,3 0x01cb4980 6 25 3,4 0x01cb4990 0040 步骤205：通过一个存储选择的接口工具，将流线结果保存于文件系统中，释放 边-多边形关系列表占用的内存空间。 0041 步骤206：在本实施例中，主要进行点重合、边重合、多边形重合拓扑错误发现处 理，并进行修正；以及发现边界、边界面、边界体是否形成空间闭合区域，并进行闭合修正。 0042 步骤207：在拓扑发现并。

38、进行错误发现与修正基础上，实现北京某时期地下水模 拟，其结果如图9a、图9b所示。 0043 本发明涉及的可视化分析预测方法已经获得专利权，专利号为200910077921.7， 在此不再赘述，其依据的软件、硬件支撑环境为： 软件支撑环境为：在Windows XP及以上操作系统环境下，使用Microsoft Visual Studio 2005 开放式、跨平台的开发工具。 0044 硬件支撑环境为： 数字化仪 说 明 书CN 102609982 A 11 9/9页 12 扫描仪 专业图形工作站或高性能PC机 支持OpenGL配备有8 MB RAM 的 2D/3D加速卡 （可选） 仿真立体投影幕、单通道/多通道立体投影系统、立体眼镜 （可选）。 说 明 书CN 102609982 A 12 1/5页 13 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102609982 A 13 2/5页 14 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102609982 A 14 3/5页 15 图5 图6 图7 说 明 书 附 图CN 102609982 A 15 4/5页 16 图8 图9a 说 明 书 附 图CN 102609982 A 16 5/5页 17 图9b 说 明 书 附 图CN 102609982 A 17 。