本发明涉及地质勘探领域及地质解释领域，特别是涉及到一种具有地质方向特征的等值线生成优化方法。
背景技术：
：：等值线图在地质解释系统中是一种十分重要的表示方式。根据由科学手段获得的大量数据来推断地下的地质构造和地质分布参数，构造出相应区域的平面地质等值线图，可以表示地层、油层、气层层面的地质形态、地层的厚度等，从而确定石油富集区的位置、形态、石油的储量等。等值线研究主要集中在等值线的生成与绘制方面，现在已经形成了一套比较完整的理论与算法。但地质等值线图中等值线变化趋势应具有方向性，这是现在所有成熟算法及软件都未考虑到的。方向性指真实自然中，山的形状大多会以一定的方向延伸，其俯瞰图呈现椭圆形，而不是正圆形。因此类圆形等值线应根据地理环境调整为椭圆或其它合理形状。由于采样点数据是人工探测，若某一地理位置区域内只采样了极少量数据点，则绘制出来的等值线图中，会出现以此采样点为圆心的若干条类圆形等值线，这不符合地质等值线变化规律。为此我们发明了一种新的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，解决了以上技术问题。技术实现要素：本发明的目的是提供一种在地质等值图编绘过程中起着重要的作用的具有地质方向特征的等值线生成优化方法。本发明的目的可通过如下技术措施来实现：具有地质方向特征的等值线生成优化方法，该具有地质方向特征的等值线生成优化方法包括：步骤1，进行等值线图像生成及预处理；步骤2，进行类圆形等值线的检测与提取；步骤3，采用标准差椭圆法来确定类圆形等值线的方向；步骤4，采用步骤3中计算得到的标准差椭圆的长短轴大小和方向来确定类圆形等值线的调整程度和方向。本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：在步骤1中，等值线生成需要采样点数据或等值线数据，等值线数据包括地质等值线图的等值线序列数据和等值线成图后的图像数据。在步骤1中，等值线序列数据是每条等值线的追踪数据；它是地质采样点数据经过空间插值形成网格数据后，计算出来的用于追踪特定等值线值的网格线上的数据。等值线成图后的图像数据是等值线序列数据经追踪后形成的等值线图，为便于识别和检测，等值线图不需要颜色填充。在步骤1中，等值线图像预处理的具体方法是：根据等值线序列数据进行等值线图像绘制，获取待处理的等值线图像，建立等值线与等值点序列对应关系，并将待处理图像中全部等值线初始化为非类圆形等值线。在步骤1中，建立等值线与等值点序列对应关系的具体方法是：在等值线图像上，任意选取等值线上一像素点，循环判断其8邻域同颜色像素点，是否等于某一等值点，以此确定图像中等值线与等值点序列对应关系；添加等值线标记属性，并将全部等值线的这一属性初始化为false。在步骤2中，采用改进hough变换方法，对步骤1得到的等值线图进行类圆形等值线检测，并将检测出的等值线标记为类圆形等值线，包括：a.对步骤1中得到的图像进行等值线边缘提取，计算一阶梯度场；得到的结果是一个二维向量场，其中向量的方向为梯度方向，向量的绝对值为边缘的强度；b.在梯度方向加权hough变化投影，在梯度方向上按照不同的半径，向二维参数空间投影；c.对投影空间的图像做低通平滑滤波，使得位置相近的投影点模糊化，汇聚成团；d.图像形态学收缩处理，使得投影空间上多个相连或相近的圆形相互分离；e.对以上处理得到的结果进行连通区域判断，若面积和投影强度大于一定阈值的区域，被判定为一个圆。在步骤2中，改进hough变换对投影点进行了加权处理，分别是投影点的梯度绝对值和投影半径对数的倒数，改进了算法在检测圆形半径变化区间较大情况下的检测精度。步骤3包括：a.获取用于计算椭圆的等值点：若得到的第一个非类圆形等值线是非闭合曲线，则选取其它方向得到另一条非闭合同高程值等值线，在这两条等值线上等间距选取n个等值点；若得到的第一个非类圆形等值线是闭合曲线，则在这条等值线上等间距选取n个等值点；以选取的n个点作为计算椭圆的等值点；b.确定圆心，方向分布工具的圆心，直接利用的是算数平均中心来计算椭圆的圆心，记为(x0，y0)；c.确定椭圆的形式，公式如下：其中，xi和yi是每个要素的空间位置坐标，x和y是算数平均中心；sdex和sdey是计算出来的椭圆的标准差；因为椭圆的大小取决于标准差大小，即长半轴表示最大标准差，短半轴表示最小标准差；在空间统计上面，用x、y的标准差进行计算，得到长短半轴；d.确定椭圆的方向，以x轴为准，正北方；为0度，顺时针旋转，旋转角度θ，计算公式如下：其中，和是平均中心和xy的坐标差；e.确定xy轴的标准差，公式如下：标准差的作用是确定椭圆的方程，椭圆方程如下：其中，s是置信度的值，能够依据数据量来查询卡方概率表。在步骤4中，根据椭圆长短轴比例调整类圆上的等值点，为避免等值线交叉，以长轴为基准，在短轴方向上对类圆进行压缩，具体如下：假设σx>σy，类圆上的点的坐标为(x,y),调整后的类圆的点坐标为(x′，y′)，那么x′＝x，调整后的y′的计算公式为：以椭圆圆心(x0，y0)为中心，(x′，y′)顺时针旋转θ度，得到(x″，y″)，作为最终的调整后的等值点，最终以此调整后等值点序列更新原等值点序列。本发明中的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，涉及地质等值线的检测和优化，具体涉及一种根据计算机图像处理和数学计算来自动调整类圆形等值线的方法，属于地质勘探领域及地质解释领域，特别是将其应用于地质等值线编绘领域。该方法包括：等值线图像生成及预处理；类圆形等值线的检测与提取；地质方向性的计算与确定；等值线方向性的计算与调整，从而使得类圆形等值线调整为符合周边地质状况的非类圆形等值线。计算机图像处理检测类圆形等值线和通过有效的数学计算得到调整参数是本发明中最重要的两部分。该发明属于地质勘探领域及地质解释领域，特别是在地质等值图编绘过程中起着重要的作用。本发明的有益效果是：可自动检测等值线图中的类圆形等值线；能自动计算等值线的方向；在不影响非类圆形等值线的前提下，对类圆形等值线进行方向性的调整。本发明解决了地质等值线图成图过程中由于采样点稀疏导致出现的类圆形等值线问题，对等值线图进行类圆形等值线的检测与调整，使其更加符合自然地质规律，从而等值线图中的类圆形等值线问题得到了极大的改善。附图说明图1为本发明的具有地质方向特征的等值线生成优化方法的一具体实施例的流程图；图2为本发明的一具体实施例中检测类圆形等值线的结果图；图3为本发明的一具体实施例中为了得到相关地质方向和延伸程度检测并计算得到的椭圆的示意图；图4为本发明的一具体实施例中椭圆相关参数示意图；图5为本发明的一具体实施例中类圆形等值线调整为非类圆形等值线后的示意图。具体实施方式为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。如图1所示，图1为本发明的具有地质方向特征的等值线生成优化方法的流程图。步骤101：等值线图像生成及预处理；等值线生成需要采样点数据或等值线数据，等值线数据包括地质等值线图的等值线序列数据和等值线成图后的图像数据。所述地质等值线的线序列数据是每条等值线的追踪数据。它是地质采样点数据经过空间插值形成网格数据后，计算出来的用于追踪特定等值线值的网格线上的数据。所述等值线成图后的图像数据是等值线序列数据经追踪后形成的等值线图，为便于识别和检测，等值线图不需要颜色填充。等值线图像预处理的具体方法是：调用已有的等值线编绘软件读取等值线序列数据进行等值线图像绘制，获取到待处理的等值线图像，建立等值线与等值点序列对应关系，并将待处理图像中全部等值线初始化为非类圆形等值线。建立等值线与等值点序列对应关系的具体方法是：在等值线图像上，任意选取等值线上一像素点，循环判断其8邻域同颜色像素点，是否等于某一等值点，以此确定图像中等值线与等值点序列对应关系。添加等值线标记属性：booleaniscircle，并将全部等值线的这一属性初始化为false。步骤102：类圆形等值线的检测与提取；类圆形等值线的检测与提取的具体方法是：采用改进hough变换方法，对步骤101得到的等值线图进行类圆形等值线检测，并将检测出的等值线标记为类圆形等值线。需要以下计算步骤：a.对步骤101中得到的图像进行等值线边缘提取，计算一阶梯度场。得到的结果是一个二维向量场，其中向量的方向为梯度方向，向量的绝对值为边缘的强度。b.在梯度方向加权hough变化投影，在梯度方向上按照不同的半径(半径检测区间内，自定义区间)，向二维参数空间投影。c.对投影空间的图像做低通平滑滤波，使得位置相近的投影点模糊化，汇聚成团。d.图像形态学收缩处理，使得投影空间上多个相连或相近的圆形相互分离。e.对以上处理得到的结果进行连通区域判断，若面积和投影强度大于一定阈值的区域，被判定为一个圆，修改其iscircle属性为true。改进hough变换对投影点进行了加权处理，分别是投影点的梯度绝对值和投影半径对数的倒数，改进了算法在检测圆形半径变化区间较大情况下的检测精度。步骤103：地质方向性的计算与确定；地质方向性的计算与确定的具体方法是：采用标准差椭圆法来确定类圆形等值线的方向。通过相关计算，输出一个椭圆，其方向和趋势为类圆形等值线的延伸方向和延伸程度提供参考。需要以下计算步骤：a.获取用于计算椭圆的等值点：若得到的第一个非类圆形等值线是非闭合曲线，则选取其它方向(一般取相反方向)得到另一条非闭合同高程值等值线，在这两条等值线上等间距选取n个等值点；若得到的第一个非类圆形等值线是闭合曲线，则在这条等值线上等间距选取n个等值点。以选取的n个点作为计算椭圆的等值点。b.确定圆心，方向分布工具的圆心，直接利用的是算数平均中心来计算椭圆的圆心，记为(x0，y0)。c.确定椭圆的形式，公式如下：其中，xi和yi是每个要素的空间位置坐标，x和y是算数平均中心。sdex和sdey是计算出来的椭圆的标准差。因为椭圆的大小取决于标准差大小，即长半轴表示最大标准差，短半轴表示最小标准差。在空间统计上面，用x、y的标准差进行计算，得到长短半轴。d.确定椭圆的方向，以x轴为准，正北方(12点方向)为0度，顺时针旋转，旋转角度θ，计算公式如下：其中，和是平均中心和xy的坐标差。e.确定xy轴的标准差，公式如下：标准差的作用是确定椭圆的方程，一般的椭圆方程如下：其中，s是置信度的值，能够依据数据量来查询卡方概率表(table:chi-squareprobabilities)。步骤104：类圆形等值线方向性的计算与调整。等值线方向性的计算与调整的具体方法是：采用步骤103中计算得到的标准差椭圆的长短轴大小和方向来确定类圆形等值线的调整程度和方向。根据椭圆长短轴比例调整类圆上的等值点，为避免等值线交叉，以长轴为基准，在短轴方向上对类圆进行压缩。具体如下：假设σx>σy，类圆上的点的坐标为(x,y),调整后的类圆的点坐标为(x′，y′)，那么x′＝x，调整后的y′的计算公式为：以椭圆圆心(x0，y0)为中心，(x′，y′)顺时针旋转θ度，得到(x″，y″)，作为最终的调整后的等值点，最终以此调整后等值点序列更新原等值点序列。在应用本发明的一具体实施例中，包括了以下步骤：步骤1：等值线图像生成及预处理；等值线生成需要采样点数据或等值线数据，等值线数据包括地质等值线图的等值线序列数据和等值线成图后的图像数据。所述地质等值线的线序列数据是每条等值线的追踪数据。它是地质采样点数据经过空间插值形成网格数据后，计算出来的用于追踪特定等值线值的网格线上的数据。所述等值线成图后的图像数据是等值线序列数据经追踪后形成的等值线图，为便于识别和检测，等值线图不需要颜色填充。等值线图像预处理的具体方法是：调用已有的等值线编绘软件读取等值线序列数据进行等值线图像绘制，获取到待处理的等值线图像，建立等值线与等值点序列对应关系，并将待处理图像中全部等值线初始化为非类圆形等值线。建立等值线与等值点序列对应关系的具体方法是：在等值线图像上，任意选取等值线上一像素点，循环判断其8邻域同颜色像素点，是否等于某一等值点，以此确定图像中等值线与等值点序列对应关系。添加等值线标记属性：booleaniscircle，并将全部等值线的这一属性初始化为false。步骤2：类圆形等值线的检测与提取；类圆形等值线的检测与提取的具体方法是：采用改进hough变换方法，对步骤1得到的等值线图进行类圆形等值线检测，如图2所示，将检测出的等值线标记为类圆形等值线。需要以下计算步骤：对权利要求1所述的步骤1中得到的图像进行等值线边缘提取，计算一阶梯度场。得到的结果是一个二维向量场，其中向量的方向为梯度方向，向量的绝对值为边缘的强度；在梯度方向加权hough变化投影，在梯度方向上按照不同的半径(半径检测区间内，自定义区间)，向二维参数空间投影；对投影空间的图像做低通平滑滤波，使得位置相近的投影点模糊化，汇聚成团；图像形态学收缩处理，使得投影空间上多个相连或相近的圆形相互分离；对以上处理得到的结果进行连通区域判断，若面积和投影强度大于一定阈值的区域，被判定为一个圆，修改其iscircle属性为true。改进hough变换对投影点进行了加权处理，分别是投影点的梯度绝对值和投影半径对数的倒数，改进了算法在检测圆形半径变化区间较大情况下的检测精度。步骤3：地质方向性的计算与确定；地质方向性的计算与确定的具体方法是：采用标准差椭圆法来确定类圆形等值线的方向。通过相关计算，输出一个椭圆，如图3所示，其方向和趋势为类圆形等值线的延伸方向和延伸程度提供参考。需要以下计算步骤：a.获取用于计算椭圆的等值点：若得到的第一个非类圆形等值线是非闭合曲线，则选取其它方向(一般取相反方向)得到另一条非闭合同高程值等值线，在这两条等值线上等间距选取n个等值点；若得到的第一个非类圆形等值线是闭合曲线，则在这条等值线上等间距选取n个等值点。以选取的n个点作为计算椭圆的等值点。b.确定圆心，方向分布工具的圆心，直接利用的是算数平均中心来计算椭圆的圆心，记为(x0，y0)。c.确定椭圆的形式，公式如下：其中，xi和yi是每个要素的空间位置坐标，x和y是算数平均中心。sdex和sdey是计算出来的椭圆的标准差，如图4所示。因为椭圆的大小取决于标准差大小，即长半轴表示最大标准差，短半轴表示最小标准差。在空间统计上面，用x、y的标准差进行计算，得到长短半轴。d.确定椭圆的方向，以x轴为准，正北方(12点方向)为0度，顺时针旋转，旋转角度θ，如图4所示，计算公式如下：其中，和是平均中心和xy的坐标差。e.确定xy轴的标准差，公式如下：标准差的作用是确定椭圆的方程，一般的椭圆方程如下：其中，s是置信度的值，能够依据数据量来查询卡方概率表(table:chi-squareprobabilities)。步骤4：类圆形等值线方向性的计算与调整。等值线方向性的计算与调整的具体方法是：采用步骤3中计算得到的标准差椭圆的长短轴大小和方向来确定类圆形等值线的调整程度和方向。根据椭圆长短轴比例调整类圆上的等值点，为避免等值线交叉，以长轴为基准，在短轴方向上对类圆进行压缩。具体如下：假设σx>σy，类圆上的点的坐标为(x,y),调整后的类圆的点坐标为(x′，y′)，那么x′＝x，调整后的y′的计算公式为：以椭圆圆心(x0，y0)为中心，(x′，y′)顺时针旋转θ度，得到(x″，y″)，作为最终的调整后的等值点，最终以此调整后等值点序列更新原等值点序列，调整后的等值线如图5所示。最后应说明的是：显然，上述实施实例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。当前第1页1 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技术特征：1.具有地质方向特征的等值线生成优化方法，其特征在于，该具有地质方向特征的等值线生成优化方法包括：
步骤1，进行等值线图像生成及预处理；
步骤2，进行类圆形等值线的检测与提取；
步骤3，采用标准差椭圆法来确定类圆形等值线的方向；
步骤4，采用步骤3中计算得到的标准差椭圆的长短轴大小和方向来确定类圆形等值线的调整程度和方向。
2.根据权利要求1所述的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，其特征在于，在步骤1中，等值线生成需要采样点数据或等值线数据，等值线数据包括地质等值线图的等值线序列数据和等值线成图后的图像数据。
3.根据权利要求2所述的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，其特征在于，在步骤1中，等值线序列数据是每条等值线的追踪数据；它是地质采样点数据经过空间插值形成网格数据后，计算出来的用于追踪特定等值线值的网格线上的数据。
4.根据权利要求2所述的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，其特征在于，在步骤1中，等值线成图后的图像数据是等值线序列数据经追踪后形成的等值线图，为便于识别和检测，等值线图不需要颜色填充。
5.根据权利要求1所述的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，其特征在于，在步骤1中，等值线图像预处理的具体方法是：根据等值线序列数据进行等值线图像绘制，获取待处理的等值线图像，建立等值线与等值点序列对应关系，并将待处理图像中全部等值线初始化为非类圆形等值线。
6.根据权利要求5所述的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，其特征在于，在步骤1中，建立等值线与等值点序列对应关系的具体方法是：在等值线图像上，任意选取等值线上一像素点，循环判断其8邻域同颜色像素点，是否等于某一等值点，以此确定图像中等值线与等值点序列对应关系；添加等值线标记属性，并将全部等值线的这一属性初始化为false。
7.根据权利要求1所述的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，其特征在于，在步骤2中，采用改进hough变换方法，对步骤1得到的等值线图进行类圆形等值线检测，并将检测出的等值线标记为类圆形等值线，包括：
a.对步骤1中得到的图像进行等值线边缘提取，计算一阶梯度场；得到的结果是一个二维向量场，其中向量的方向为梯度方向，向量的绝对值为边缘的强度；
b.在梯度方向加权hough变化投影，在梯度方向上按照不同的半径，向二维参数空间投影；
c.对投影空间的图像做低通平滑滤波，使得位置相近的投影点模糊化，汇聚成团；
d.图像形态学收缩处理，使得投影空间上多个相连或相近的圆形相互分离；
e.对以上处理得到的结果进行连通区域判断，若面积和投影强度大于一定阈值的区域，被判定为一个圆。
8.根据权利要求7所述的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，其特征在于，在步骤2中，改进hough变换对投影点进行了加权处理，分别是投影点的梯度绝对值和投影半径对数的倒数，改进了算法在检测圆形半径变化区间较大情况下的检测精度。
9.根据权利要求1所述的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，其特征在于，步骤3包括：
a.获取用于计算椭圆的等值点：若得到的第一个非类圆形等值线是非闭合曲线，则选取其它方向得到另一条非闭合同高程值等值线，在这两条等值线上等间距选取n个等值点；若得到的第一个非类圆形等值线是闭合曲线，则在这条等值线上等间距选取n个等值点；以选取的n个点作为计算椭圆的等值点；
b.确定圆心，方向分布工具的圆心，直接利用的是算数平均中心来计算椭圆的圆心，记为(x0，y0)；
c.确定椭圆的形式，公式如下：
其中，xi和yi是每个要素的空间位置坐标，x和y是算数平均中心；
sdex和sdey是计算出来的椭圆的标准差；因为椭圆的大小取决于标准差大小，即长半轴表示最大标准差，短半轴表示最小标准差；在空间统计上面，用x、y的标准差进行计算，得到长短半轴；
d.确定椭圆的方向，以x轴为准，正北方为0度，顺时针旋转，旋转角度为θ，计算公式如下：
其中，和是平均中心和xy的坐标差；
e.确定xy轴的标准差，公式如下：
标准差的作用是确定椭圆的方程，椭圆方程如下：
其中，s是置信度的值，能够依据数据量来查询卡方概率表。
10.根据权利要求9所述的具有地质方向特征的等值线生成优化方法，其特征在于，在步骤4中，根据椭圆长短轴比例调整类圆上的等值点，为避免等值线交叉，以长轴为基准，在短轴方向上对类圆进行压缩，具体如下：
假设σx>σy，类圆上的点的坐标为(x,y),调整后的类圆的点坐标为(x′，y′)，那么x′＝x，调整后的y′的计算公式为：
以椭圆圆心(x0，y0)为中心，(x′，y′)顺时针旋转θ度，得到(x″，y″)，作为最终的调整后的等值点，最终以此调整后等值点序列更新原等值点序列。
技术总结本发明提供一种具有地质方向特征的等值线生成优化方法，该具有地质方向特征的等值线生成优化方法包括：步骤1，进行等值线图像生成及预处理；步骤2，进行类圆形等值线的检测与提取；步骤3，采用标准差椭圆法来确定类圆形等值线的方向；步骤4，采用步骤3中计算得到的标准差椭圆的长短轴大小和方向来确定类圆形等值线的调整程度和方向。该具有地质方向特征的等值线生成优化方法应用于地质勘探领域及地质解释领域，特别是在地质等值图编绘过程中起着重要的作用。
技术研发人员：隋国华;彭英;陈林;路慎强;侯树杰;吴明荣;曲志鹏;李玲;祝洪慧
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院
技术研发日：2020.01.06
技术公布日：2020.06.05
