本发明涉及三维地质结构表达，更具体地，涉及一种三维地质结构模型的网格化表示方法及系统。
背景技术：
1、前人对三维地质模型开展过许多研究，它是地质空间内地质构造以及地质体对象边界的数字化表征模型，具有确定性、可视性和可修改性等特点。目前主要有结构模型和属性模型两种方法实现地质模型的构建和表达，其中结构模型侧重于地质对象几何信息构建，主要内容是利用表达地质体的相关原始数据，在计算机中建立描述地质构造形态、地质体对象之间关系的模型。
2、三维地质结构模型目前主要有两种方法进行表达，一种是使用三角网表达边界来划分地下空间；一种是网格化方法，强调将地质空间离散为网格化单元，通常为常规六面体元素。其中三角网（tin）最为流行，主要原因是tin对复杂表面的刻画能力以及保持对象间边界拓扑一致性方面具有很好的优势，但是三角形数据量规模大影响可视化以及分析的效率。因此，复杂地质模型的网格化表达在科学研究和工程应用中发挥着越来越重要的作用，广泛用于自然资源的评估和预测、岩石物理性质的估计、地质统计学研究。
3、地质模型的网格化表示方法使用不同的网格填充单元来划分空间。规则网格通过标准长方体或者平行六面体来划分空间，结构简单，在大规模数据需求下内存过大；pillargrid的结构基于一组从地质模型的顶部到底部延伸的垂直或倾斜的柱子。柱子中的单元是由8个相邻顶点定义的六面体，顶点之间相互独立，单元可以发生形变，能够表达常见的断层，但是需要记录8个顶点，结构复杂；四面体网格自适应表达能力强，但需要记录复杂的网格信息，包括每个网格的顶点信息、连接方式，内存占用量比较大且空间查询困难；stack-based representation of terrains（sbrt)水平方向上仍是规则网格，在垂直方向上记录岩层边界位置和对应的岩性；vertically projected triangulated network（vptn）在水平方向上做三角网剖分，垂直方向上根据地层界面切割出三棱柱，记录切割点高程和地层岩性；sbrt和vptn的内存更为紧凑，结构简单，但是无法模拟复杂的地形现象，如y型断层和分支断层。
4、随着多源异构地质数据矢量栅格一体化集成以及地质数据空间查询分析需求增多，基于不规则三角网的方法不能满足要求，地质模型的网格化表达方法成为当前的研究热点。数据采集技术的进步使地球数字化变得越来越准确。由此产生的大量数据显著影响计算资源和性能：存储和可视化所需的内存大小，以及传输和处理。这极大地影响了整体模型的表达。同时，由于地质信息具有极强的空间非均匀性、不连续性、多尺度和纵向分层的多属性场耦合等特性，目前的网格化方法比如规则网格、pillargrid和sbrt模型等，仍然无法实现复杂地质结构的精细表达。构建统一表达地质结构的一体化空间数据模型是三维地质信息科学领域需要解决的基础性问题之一。
技术实现思路
1、本发明的首要目的是提供一种三维地质结构模型的网格化表示方法，解决现有技术中大量数据影响计算资源和性能，并极大地影响了整体模型的表达的技术问题；本发明的次要目的是提供一种三维地质结构模型的网格化表示系统。
2、本发明的第一发明提供一种三维地质结构模型的网格化表示方法，包括以下步骤：
3、将预设区域的三维地质属性场离散化为网格单元；
4、根据所述预设区域的地质勘察数据，构建每一网格单元的不同地质界面片段的空间关系二叉树、第一数组和第二数组，根据所述预设区域的地质勘察数据和每一网格单元的不同地质界面片段的空间关系二叉树，构建第三数组，其中，所述第一数组存储不同网格单元的数据在所述第二数组和第三数组的存储位置以及网格单元中地质界面片段的数量，所述第二数组存储网格单元中地质界面片段的高程数据，所述第三数组存储地质界面片段的属性信息和地质界面片段在空间关系二叉树的右子树信息；
5、根据所述预设区域的地质勘察数据，将所述地质界面片段网格化；
6、根据所述空间关系二叉树描述的不同地质界面片段空间关系，将网格化后的不同地质界面片段投影至所述网格单元中，每一网格单元纵向上记录该网格单元内的不同地质界面片段的空间关系，并根据所述第一数组、第二数组和第三数组查询网格单元中任意点的属性信息。
7、在上述技术手段中，充分考虑地质结构和属性的地下分布具有极强的非均匀性、不连续性以及空间多尺度性且表现出纵向分层特性和多属性场耦合的相关性。基于interfacegrid设计理论模型和数据结构，构建统一描述三维地质结构的interfacegrid数据模型，实现复杂地质结构的矢量栅格一体化表达。
8、进一步的，所述网格单元表达为单元柱。
9、进一步的，所述第一数组包括：
10、令预设区域的三维地质属性场离散化为mx×my个网格单元的规模，则所述第一数组为一个mx×my×2的三维数组，以行优化顺序进行线性化，在索引（x，y）位置处有：
11、
12、式中，表示三维的第一数组，表示在(x,y)位置处的网格单元在所述第二数组和第三数组的存储位置，表示在(x,y)位置处的网格单元中地质界面片段的数量，表示一维的第一数组。
13、进一步的，所述第二数组中同一网格单元中不同地质界面片段的顺序对应于该网格单元的空间关系二叉树的先序序列。
14、进一步的，所述第二数组存储网格单元中地质界面片段的高程数据时，将浮点型高程值在整数范围内离散化，包括：
15、
16、式中，表示离散化后的高程值，表示浮点型高程值，表示网格单元底层的高程值，表示网格单元顶层的高程值。
17、进一步的，根据所述预设区域的地质勘察数据，将所述地质界面片段网格化，包括：
18、所述预设区域的地质勘察数据包括某个地质界面片段上的采样点集合，根据所述采样点集合采用薄板样条插值算法网格化的拟合地质界面片段。
19、进一步的，根据所述第一数组、第二数组和第三数组查询网格单元中任意点的属性信息，包括：
20、确定待查询点所在的网格单元，通过所述第二数组、第三数组获取待查询点所在的网格单元的地质界面片段数据；
21、令待查询点所在的网格单元待搜索的地质界面片段为n，index表示当前处理的地质界面片段的索引值，初始值为0，最大值为n-1；invalidindex表示无效查询区域，即在该网格单元的空间关系二叉树的先序序列中，invalidindex以外的地质界面片段数据属于已被排除的范围；top和bottom分别记录待查询点的地质界面片段索引位置；
22、进行递归处理：对于当前处理的地质界面片段数据，比较待查询点与地质界面片段的空间位置关系，若待查询点位于当前处理的地质界面片段的上方，则更新bottom为当前处理的地质界面片段的索引位置，index的值加1，更新invalidindex为位于当前处理的地质界面片段数据下方的地质界面片段索引；若待查询点不位于当前处理的地质界面片段的上方，则更新top为当前处理的地质界面片段数据的索引位置，index更新为位于当前处理的地质界面片段的右子树索引；
23、当满足以下任一条件时结束递归：
24、1）index与invalidindex的值相同；
25、2）index为无效值。
26、进一步的，在添加和删除地质界面片段时，执行以下步骤：
27、根据预设的先序序列和第三数组中对应的右子树信息构造链式二叉树；
28、根据添加和删除地质界面片段的信息，更新所述链式二叉树；
29、根据添加和删除地质界面片段后的地质勘察数据和更新后的链式二叉树，构建更新后的第一数组、第二数组和第三数组。
30、本发明的第二方面提供一种三维地质结构模型的网格化表示系统，包括：
31、离散化模块，所述离散化模块将预设区域的三维地质属性场离散化为网格单元；
32、数组构建模块，所述数组构建模块根据所述预设区域的地质勘察数据，构建每一网格单元的不同地质界面片段的空间关系二叉树、第一数组和第二数组，根据所述预设区域的地质勘察数据和每一网格单元的不同地质界面片段的空间关系二叉树，构建第三数组，其中，所述第一数组存储不同网格单元的数据在所述第二数组和第三数组的存储位置以及网格单元中地质界面片段的数量，所述第二数组存储网格单元中地质界面片段的高程数据，所述第三数组存储地质界面片段的属性信息和地质界面片段在空间关系二叉树的右子树信息；
33、网格化模块，所述网格化模块根据所述预设区域的地质勘察数据，将所述地质界面片段网格化；
34、建模模块，所述建模模块根据所述空间关系二叉树描述的不同地质界面片段空间关系，将网格化后的不同地质界面片段投影至所述网格单元中，每一网格单元纵向上记录该网格单元内的不同地质界面片段的空间关系，并根据所述第一数组、第二数组和第三数组查询网格单元中任意点的属性信息。
35、进一步的，根据所述第一数组、第二数组和第三数组查询网格单元中任意点的属性信息，包括：
36、确定待查询点所在的网格单元，通过所述第二数组、第三数组获取待查询点所在的网格单元的地质界面片段数据；
37、令待查询点所在的网格单元待搜索的地质界面片段为n，index表示当前处理的地质界面片段的索引值，初始值为0，最大值为n-1；invalidindex表示无效查询区域，即在该网格单元的空间关系二叉树的先序序列中，invalidindex以外的地质界面片段数据属于已被排除的范围；top和bottom分别记录待查询点的地质界面片段索引位置；
38、进行递归处理：对于当前处理的地质界面片段数据，比较待查询点与地质界面片段的空间位置关系，若待查询点位于当前处理的地质界面片段的上方，则更新bottom为当前处理的地质界面片段的索引位置，index的值加1，更新invalidindex为位于当前处理的地质界面片段数据下方的地质界面片段索引；若待查询点不位于当前处理的地质界面片段的上方，则更新top为当前处理的地质界面片段数据的索引位置，index更新为位于当前处理的地质界面片段的右子树索引；
39、当满足以下任一条件时结束递归：
40、1）index与invalidindex的值相同；
41、2）index为无效值。
42、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
43、本发明提出的与目前提出的结构模型不仅具有同等的能力，并且从理论上能够对整个复杂地质模型的表达起到有力的补充作用。本发明通过使用第一数组、第二数组和第三数组组成的数据模型能够减少模型占用的内存空间和减少计算量，能够更准确地刻画三维复杂地质，并且易于组织管理大规模数据，整体上能够为大规模三维复杂地质数据的空间分析及可视化提供支撑。
1.一种三维地质结构模型的网格化表示方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的三维地质结构模型的网格化表示方法，其特征在于，所述网格单元表达为单元柱。
3.根据权利要求1所述的三维地质结构模型的网格化表示方法，其特征在于，所述第一数组包括：
4.根据权利要求3所述的三维地质结构模型的网格化表示方法，其特征在于，所述第二数组中同一网格单元中不同地质界面片段的顺序对应于该网格单元的空间关系二叉树的先序序列。
5.根据权利要求4所述的三维地质结构模型的网格化表示方法，其特征在于，所述第二数组存储网格单元中地质界面片段的高程数据时，将浮点型高程值在整数范围内离散化，包括：
6.根据权利要求5所述的三维地质结构模型的网格化表示方法，其特征在于，根据所述预设区域的地质勘察数据，将所述地质界面片段网格化，包括：
7.根据权利要求6所述的三维地质结构模型的网格化表示方法，其特征在于，根据所述第一数组、第二数组和第三数组查询网格单元中任意点的属性信息，包括：
8.根据权利要求7所述的三维地质结构模型的网格化表示方法，其特征在于，在添加和删除地质界面片段时，执行以下步骤：
9.一种三维地质结构模型的网格化表示系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的三维地质结构模型的网格化表示系统，其特征在于，根据所述第一数组、第二数组和第三数组查询网格单元中任意点的属性信息，包括：
