(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 202210652165.1 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 济南轨道交通 集团有限公司 地址 250014 山东省济南市历下区解 放东 路5号济南轨道交通大厦 申请人 济南市市政工程设计 研究院 （集团） 有限责任公司 (72)发明人 韩红　李虎　门燕青　黄永亮　 谢浩　付阳　曹玉鑫　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 赵敏玲 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种岩溶含 水层连通性判别方法及系统、 设 备及介质 (57)摘要 本发明公开了一种岩溶含水层连通性判别 方法及系统、 设备及介质， 包括： 对各观测井的地 下水埋深、 水位方差、 离断层距离， 以及 观测井处 的地形起伏度、 坡度等聚类变量进行计算与读 取； 使用K ‑means聚类方法分别进行基于观测井 空间位置的距离聚类和水文地质特征的属性聚 类； 基于观测井的空间距离聚类结果和水文地质 属性聚类结果， 采用交叉合并规则进行聚类结果 的综合， 得到混合聚类结果； 对混合聚类结果进 行评价； 基于混合聚类结果和观测井间的连通性 强弱制作含 水层连通性结果专题图。 本发明基于 观测井的水文地质特征， 使用混合聚类 分析方法 判别含水层的连通性。 该方法实现难度低， 对含 水层的参数需求少， 自动化程度和计算精度均较 高。 权利要求书3页 说明书7页 附图6页 CN 115146447 A 2022.10.04 CN 115146447 A 1.一种岩溶含水层连通 性判别方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1获取各观测井的地下水埋深、 水位方差、 离断层距离， 以及观测井处的地形起伏 度、 坡度， 进行聚类 变量计算， 并分别存 入观测井位置集 合和水文地质属性 集合； 步骤2对水文地质属性集合中的各个因子， 分别进行标准化处理， 得到标准化处理后的 集合； 步骤3基于观测井位置集 合， 进行空间聚类， 得到基于观测井位置的空间聚类结果； 步骤4基于观测井的水文地质属性集合， 进行属性聚类， 得到基于观测井水文地质特征 的属性聚类结果； 步骤5基于得到的空间距离聚类结果和水文地质属性聚类结果， 采用交叉合并规则进 行聚类结果的综合， 得到混合聚类结果； 步骤6对混合聚类结果进行评价, 步骤7依据混合聚类结果及观测井间连通 性强弱生成含水层连通 性专题图。 2.如权利要求1所述的岩溶含水层连通性判别方法， 其特征在于， 步骤1的具体步骤如 下： (1‑1)创建观测井集 合； (1‑2)读取观测井基本信息表中各观测井的编号、 坐标位置， 得到观测井位置属性集 合； (1‑3)读取观测井的长期地下水位监测时间序列数据， 获取和计算观测井的地下水埋 深因子， 地下 水位方差因子； (1‑4)读取由抽水 试验获得的观测井的单井涌水量因子； (1‑5)计算观测井所处位置的地形起伏度值； (1‑6)计算观测井所处位置的坡度值， 得到坡度因子； (1‑7)读取断裂数据文件， 计算观测井距最近的断裂的距离， 得到 离断层距离因子； (1‑8)循环执行步骤(1 ‑3)至(1‑7)， 得到所有观测井的水文地质属性信息， 并存入观测 井水文地质集 合； (1‑9)基于观测井位置属性 集合、 观测井水文地质集 合， 更新观测井集 合。 3.如权利要求1所述的岩溶含水层连通性判别方法， 其特征在于， 步骤(3)包括以下步 骤： (3‑1)读取观测井位置属集 合； (3‑2)初始化距离聚类中心， 由观测井位置属集合中随机选取k个观测井作为距离聚类 初始中心集 合； (3‑3)创建距离聚类分组集 合； (3‑4)开始K‑means空间位置距离聚类； (3‑5)更新聚类中心； (3‑6)判断更新后的聚类 中心点集合相比原聚类中心集是否发生改变， 如果变化， 执行 步骤(3‑7)， 如果未发生变化， 执 行步骤(3 ‑8)； (3‑7)将更新后的新聚类中心点集赋值给距离聚类中心点集合， 转到步骤(3 ‑4)并执 行； (3‑8)聚类中心不再变化， 聚类结束， 得到观测井的空间距离聚类结果。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115146447 A 24.如权利要求1所述的岩溶含水层连通性判别方法， 其特征在于， 步骤(4)的具体步骤 如下： (4‑1)读取观测井水文地质属性 集合； (4‑2)初始化水文地质属性聚类 中心； 由观测井水文地质属性集合中随机选取k个观测 井作为属性聚类初始中心集 合； (4‑3)创建水文地质属性聚类集 合； (4‑4)执行K‑means水文地质属性聚类； (4‑5)更新属性聚类中心： (4‑6)判断更新后的属性聚类 中心点相比原属性聚类中心是否发生改变， 如果变化， 执 行步骤(4 ‑7)， 如果未发生变化， 执 行步骤(4 ‑8)； (4‑7)将更新后的聚类中心点集赋值给步骤(4 ‑1)中的属性聚类中心点集合， 转到步骤 (4‑4)继续执 行； (4‑8)属性聚类中心不再变化， 水文地质属性聚类结束， 得到观测井的水文地质属性聚 类结果。 5.如权利要求1所述的岩溶含水层连通 性判别方法， 其特 征在于， 步骤(5)包括： (5‑1)读取观测井集 合； (5‑2)读取空间位置距离聚类结果和水文地质属性聚类结果； (5‑3)进行两种聚类结果的综合， 获得混合聚类结果； (5‑4)获得混合聚类结果， 同一类的观测井之间为强连通， 不同类之间的观测井为不连 通或弱连通。 6.如权利要求5所述的岩溶含水层连通 性判别方法， 其特 征在于， 步骤(5 ‑3)包括： (5‑3‑1)对于任意两个观测井， 如不符合规则(a)， 则认为两个观测井之间不连通并将 其分为不同类； 如符合规则(a)而不符合规则(b)， 则认为两个观测井间存在弱连通性并将 其分为不同类； 如同时符合规则(a)和(b)， 则认为两个观测井之间存在强连通性并将其分 为同一类； 规则(a)： 两个观测井属于空间位置距离聚类中的同一组； 规则(b)： 两个观测井属于水文地质属性聚类中的同一组； (5‑3‑2)获得混合聚类结果。 7.如权利要求1所述的岩溶含水层连通 性判别方法， 其特 征在于， 步骤(6)包括： (6‑1)进行聚类结果 的效果评价， 分组有效性通过Calinski ‑Harabasz伪F统计量来测 量； (6‑2)计算CH指标值； (6‑3)使用计算完成的CH指标值对聚类效果进行评估， 该值越大表示聚类效果越好， 用 于评估不同聚类分组数目情况 下的聚类效果。 8.一种岩溶含水层连通 性判别系统， 其特 征在于， 如下： 集合构建模块， 用于获取各观测井的地下水埋深、 水位方差、 离断层距离， 以及观测井 处的地形起伏度、 坡度， 进 行聚类变量计算， 并分别存入观测井位置集合和水文地质属性集 合； 标准化处理模块， 对水文地质属性集合中的各个因子， 分别进行标准化处理， 得到标准权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115146447 A 3