三維地質(zhì)建模技術(shù)在巖土工程數(shù)值模擬中的應(yīng)用

李競

摘 要：激光掃描測繪技術(shù)是一項新技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。三維激光掃描技術(shù)是通過目標對象的表面的三維坐標，獲得完整的外觀，目標對象重建精度高，通過原始測量數(shù)據(jù)快速訪問實現(xiàn)直接物理逆向三維數(shù)據(jù)采集模型重建技術(shù)。本文首先闡述了鑰匙，三維激光掃描技術(shù)來解決大規(guī)模數(shù)據(jù)匹配的激光掃描技術(shù)，大地坐標定位的兩個方面。煤礦礦井為例，使用三維激光掃描技術(shù)，三維地質(zhì)建模，并通過比較建模數(shù)據(jù)和已知的坐標，證明了三維激光掃描技術(shù)的實用性更好。在本文中，通過三維激光掃描技術(shù)在礦井地質(zhì)建模和應(yīng)用分析，提供全面的報告機三維礦床模型為礦產(chǎn)資源預(yù)測提供了參考元素空間形態(tài)特征，等等。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；地質(zhì)建模；絕對坐標定位

0 引言

復(fù)雜的地質(zhì)條件和法律，在某種程度上，在地質(zhì)勘探的各種地質(zhì)信息。地下地質(zhì)信息屬于復(fù)雜三維地質(zhì)體。礦床勘探和生產(chǎn)三維空間的所有流程，從勘探到礦山生產(chǎn)階段，圖紙和技術(shù)信息是確定礦床的空間位置。三維地質(zhì)建模是數(shù)據(jù)分析、地質(zhì)消歧和預(yù)測，數(shù)據(jù)統(tǒng)計、空間分析和空間可視化技術(shù)。因此，三維地質(zhì)模型的地質(zhì)和礦業(yè)專家來描述準確、全面的地質(zhì)空間幾何提供了基礎(chǔ)和相互關(guān)系，最大化的提高地下地質(zhì)空間分析，更準確和符合實際的地質(zhì)現(xiàn)象的分布和變化規(guī)律的工程設(shè)計和施工方案，從而減少人類對地質(zhì)問題的認識的盲目性和地下工程設(shè)計和建設(shè)正面臨巨大的風(fēng)險。

虛擬現(xiàn)實（虛擬現(xiàn)實，VR）技術(shù)起源于美國。礦區(qū)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究主要集中在利用現(xiàn)有虛擬現(xiàn)實平臺虛擬礦井系統(tǒng)（虛擬礦山系統(tǒng)，vm）開發(fā)、風(fēng)險評估、事故模擬和調(diào)查，職業(yè)教育和技術(shù)培訓(xùn)、煤礦三維可視化，并取得了很大的進步。

1 三維激光掃描技術(shù)關(guān)鍵問題

1.1 測站數(shù)據(jù)拼接

三維激光掃描技術(shù)的過程中，車站是指掃描儀，每個目標的相對坐標測量數(shù)據(jù)，掃描儀的位置的起源。實際測量過程中，如果目標體積太大，復(fù)雜的表面，奇怪的形狀，等等，測量數(shù)據(jù)，從不同的立場，而不是整張臉和頻繁的測試精度測量角。多次測量的結(jié)果是導(dǎo)致目標坐標系統(tǒng)可能更大量的數(shù)據(jù)來解決問題的拼接的第一站，所有測量數(shù)據(jù)都集中在相同的相對坐標系統(tǒng)。大量數(shù)據(jù)的大型煤礦不能簡化預(yù)處理，提出了方法，兩者之間的所有數(shù)據(jù)將會是第一個馬賽克參考點，然后移動到同一坐標系中，實現(xiàn)挖掘數(shù)據(jù)的拼接。

1.2 絕對坐標定位

基于絕對定位是使用羅德里戈矩陣變換方法，非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題，計算結(jié)果將兩個平移和旋轉(zhuǎn)矩陣，該方法是可行的和簡單的。

坐標數(shù)據(jù)匹配計算過程，事實上，在絕對坐標定位的過程中，主要有兩種方法：一是通過平臺設(shè)備移動和旋轉(zhuǎn)角度測量，得到當(dāng)?shù)刈鴺讼到y(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，但這種方法由于高成本，不被廣泛使用；另一個是相鄰子域三個或更多標記，將從一個坐標系統(tǒng)到另一個相同的點，這種方法背后是基于絕對坐標定位方法。

2 三維激光掃描技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)采集

在巖土工程中使用的非接觸式三維激光掃描儀對野外數(shù)據(jù)收集。目標坐標的原理：精密時鐘控制編碼器用于收集激光束垂直水平角，角α和β的激光束從發(fā)射到返回計算時間之間的距離。激光強度和修改后的彩色照片，掃描匹配顏色灰色。抽樣框架：橫向掃描平面確定X軸，垂直是Y，Z軸垂直于掃描平面，所以P的坐標（X，Y，Z），包括上海合作組織（sco）X = cosαβ，Y =上海合作組織（sco）sinαβ，Z = Ssinβ。

在數(shù)據(jù)收集的過程中，巖土工程，乘專機球形目標識別的特征目標。但由于地形，基金在收購的過程中，精度要求，該方法用于識別目標對象是一個目標概要文件張貼紙，通過實際分析表明，該方法可以找到軟件過程的目的。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)字測量數(shù)據(jù)通常是大量的數(shù)據(jù)錯誤，數(shù)據(jù)的特點，為了能夠在包裝過程模型質(zhì)量的重建模型中，需要測量數(shù)據(jù)預(yù)處理。

2.2.1 噪聲去除

大量的點云數(shù)據(jù)的第一步是做短，是一種主要的噪聲去除不屬于巖土工程有用的數(shù)據(jù)，主要用于處理Polyworks噪音，不包括外部對象主要是分散的點。

2.2.2 相對坐標定位

分區(qū)數(shù)據(jù)對齊方式包括兩種，一種是一個小的調(diào)整，適用于公共分區(qū)數(shù)據(jù)特征非常明顯，特點是快速、操作方便，是另一種N點對齊，適合N兩個點的圖像在不同的公共區(qū)域大致對齊，對齊的人工標記需要提前放置，便于校準標準確定重用bese文件對齊后，和準確的定位。

2.2.3 數(shù)據(jù)精簡

在激光掃描儀測量指向生成大量的數(shù)據(jù)，并不是所有的有用的模型重建。和掃描，以確保標記點在識別的過程中通常是一組高精度，因為拼接后會產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)。因此，為了簡化數(shù)據(jù)。Polyworks必須防止重疊的數(shù)據(jù)功能，減少重疊的點云數(shù)據(jù)，為了減少數(shù)據(jù)在某種程度上。為了簡化，利用曲率Geomagic處理軟件，網(wǎng)格簡化、統(tǒng)一和隨機的四種方法來進一步簡化數(shù)據(jù)。

2.2.4 絕對坐標定位

測量需要三篇論文在巖土工程領(lǐng)域的過程中目標條目，坐標變換用于室內(nèi)工作提供了基礎(chǔ)。相對坐標變換已經(jīng)完成，在應(yīng)用程序和坐標文件所有點的基礎(chǔ)上相對坐標系統(tǒng)和地球坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換，形成地質(zhì)模型。

2.2.5 坐標轉(zhuǎn)換程序結(jié)果分析

坐標變換的過程中，因為在這個過程中，縫合的數(shù)據(jù)源是集中在同一坐標系統(tǒng)，并選擇參考點的來源網(wǎng)站完成坐標變換的坐標文件處理軟件可以檢查和比較的錯誤。

公共選擇坐標系的三篇論文在實地測量的基礎(chǔ)上，目標坐標變換，入口的相對坐標與Polyworks由全站儀坐標變換后的程序。通過比較和分析結(jié)果可以看出，通過編程大地坐標，理論價值和實用價值，有一定的區(qū)別，但可接受的誤差范圍，滿足巖土工程的要求三維地質(zhì)建模的準確性。

3 CRM地質(zhì)模型轉(zhuǎn)化法簡介

地質(zhì)模型和數(shù)值模型，存在著很大的差別地質(zhì)模型范圍相對較寬，關(guān)鍵領(lǐng)域的研究重點和數(shù)值模型，和正交平面，使用模型和數(shù)值模型主要用于開挖施工，必須考慮施工過程的建模過程的形狀和建筑，相比之下，地質(zhì)模型不設(shè)計開挖和施工的結(jié)構(gòu)；地質(zhì)模型網(wǎng)格形式，將受到井眼的影響，地層厚度和距離限制，形式，和數(shù)值模型可以滿足兼容性的幾何特性和原則，和不同的形式。為了消除上述差異，您可以使用該模型重建、伐區(qū)，網(wǎng)格重新劃分的方式來解決這個問題。

地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括三種，即表面模型，模型和混合模型，表面模型和描述空間實體對象的描述，是一種建模范圍更廣泛使用；模型使用的信息來描述空間實體，用來表達）是一種元素的組合，這是最常用的物理網(wǎng)絡(luò)；混合模型是基于表面模型和模型是基于混合數(shù)據(jù)模型。曲面模型可以表達故障形成和分解，和其他相關(guān)信息，有很好的視覺速度、較小的存儲空間，可以表達不同的地質(zhì)模型，存儲空間很大，但是需要運行數(shù)據(jù)，因此，為了實現(xiàn)相對較低，混合模式將面臨和人體模型，結(jié)合的優(yōu)勢也可以很好的克服兩者的缺點，但建模技術(shù)相對較大，低于錫的表面模型選擇模型。。

4 基于三維地質(zhì)模型的巖土工程有限元自動建模方法

4.1 計算區(qū)域的切割與選取

考慮到地質(zhì)模型和數(shù)值模型有一些差異，因此，必須使用區(qū)域切割技術(shù)，在數(shù)據(jù)分析的過程中，需要建立一個計算模型，計算應(yīng)該使用科學(xué)的方法來消除邊界效應(yīng)，與計算精度可以達到為了縮短計算時間，必須選擇切削區(qū)域的范圍根據(jù)數(shù)值分析。提高計算精度伐區(qū)并選擇矩形體，通過區(qū)域節(jié)點和公共導(dǎo)線切割算法，該算法可以提取局部動態(tài)，也可以進行開挖過程的模擬。

4.2 表面模型的重構(gòu)

地質(zhì)模型處理數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系變化后，為了符合原始結(jié)構(gòu)，切割和重建表面網(wǎng)格線交叉區(qū)域，在重建的過程中，不會改變原始形式的地質(zhì)模型。重構(gòu)方法包括地層界面和周圍地質(zhì)曲面重建。地層邊界表面重建，需要手的切割范圍交叉分類存儲，相交線約束邊界，控制點和交叉分析，完整的、可以控制的不同高程地圖，重復(fù)，這個模型可以形成界面；需求領(lǐng)域的交叉切割表面重建，根據(jù)訂單封閉輪廓線，然后在水平線作為約束條件，為每個節(jié)點構(gòu)網(wǎng)，再重復(fù)一遍，可以形成表面模型。統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，也就是說，原來的表面網(wǎng)格計算模型。

4.3 有限元網(wǎng)格的自動生成

是在這個階段，有限元網(wǎng)格算法已經(jīng)相對成熟，但其焦點主要集中在算法本身，在實際的計算過程中，常常需要人機交互和合理的維護，以及外邊界的長度和面積的密封能力的判斷，這將導(dǎo)致正常運行網(wǎng)格的細分是很困難的，它是在一定程度上，降低了自動化程度模型，導(dǎo)致建模的效率損失，地質(zhì)模型的幫助下可以提高缺陷?？紤]到空間域模型，因此，可以根據(jù)單獨的空間域的原理，它可以分為不同的模塊原則需要根據(jù)對象屬性，材料性質(zhì)、幾何特性。

此外，人體是通過單個網(wǎng)格在空間域算法，數(shù)值模型自動生成，和單一空間域主要是依靠人工完成形式，它將造成一些不便，網(wǎng)格細分網(wǎng)格生產(chǎn)效率非常低。根據(jù)特征的地質(zhì)模型的生成有限元網(wǎng)格模型的屬性，并且可以建立地層空間域，因此，需要各種地層自動網(wǎng)格細分空間域，然后形式的生成有限元網(wǎng)格模型在建設(shè)的過程中，在空間域需要重復(fù)使用，這種方法也被稱為空間域方法。該方法用于構(gòu)建網(wǎng)格模型可以避免人機檢查和密封檢查，可以提高網(wǎng)格細分的效率很好。這種方法是基于地層特征，模型更真實，計算結(jié)果的準確性越高，同時，可以重復(fù)計算當(dāng)?shù)氐牡匦文Ｐ停恍枰貜?fù)建模，不需要提前設(shè)置開挖邊界，可以完成開挖施工過程模擬，也可以防止自動分割算法的使用，自動化程度高，快速建模。生成的模型還可以用于不同的系統(tǒng)，有很強的適用性。

4.4 模型導(dǎo)入有限元分析系統(tǒng)

完成后，上述過程可以按照有限元數(shù)值分析有限元網(wǎng)格拓撲文件格式將生成系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和幾何數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，然后使用生成的價值分析，兩者都可以完成建模的工作。模型并不局限于使用tg分析系統(tǒng)，在分析的過程中，只要按照規(guī)定的進口數(shù)據(jù)格式可以用來完成，如常用的有限元軟件ANSYS，等等，都屬于這種類型。

5 三維地質(zhì)建模關(guān)鍵技術(shù)及研究方向

三維地質(zhì)建模是一個多學(xué)科集成的知識，和要準確描述復(fù)雜地質(zhì)體的地下空間關(guān)系和屬性，是突破三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)。

（1）三維地質(zhì)建模的基本功能是準確的獲取三維空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的地下地質(zhì)、鉆井地質(zhì)建模，可以直接應(yīng)用于數(shù)據(jù)和計算機斷層掃描（CT）三維地震地質(zhì)和地球物理技術(shù)，如地質(zhì)解釋和解釋和地質(zhì)建模成有用的數(shù)據(jù)。

（2）真正的技術(shù)，探索一個概要文件，由于井眼傾斜發(fā)生的時候，有一個洞或幾個鉆孔偏離勘探線、平在勘探線剖面數(shù)據(jù)平面，反映了實際的工程地質(zhì)和勘探必須是一個錯誤，這種錯誤在很多情況下，建模的結(jié)果會產(chǎn)生重大影響。如何通過扁平截面過渡到真正的技術(shù)，是一個三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)。我們采用下面的方法來控制下的孔平面分段成真正的簡介：第一步是坐標信息由鉆井井眼軌跡圖和調(diào)查信息空間分布；第二步，不同形式的平面配置文件數(shù)據(jù)通過坐標變換，數(shù)據(jù)從2D到3D空間；第三部分鉆井的鉆井軌跡控制面板平面投影，使這部分的個人信息與實際鉆井空間重疊；第四步，外推方法，根據(jù)兩種方式：一是調(diào)整勘探線；第二個是鄰井眼校正橫向延長線。

（3）三維地質(zhì)建模軟件可以使用不同的建模方法，如表面建模、物理建模、曲面建模方法，可以使用各種建模數(shù)據(jù)類型。

（4）使用多源數(shù)據(jù)建立合理、有效的空間數(shù)據(jù)庫，并能提供高效的空間查詢和索引，友好的用戶界面，是三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（5）聯(lián)合集成建模技術(shù)的形成，一致的離散化過程和使用配置文件數(shù)據(jù)層之間很相似，“拓撲的形成這兩種方法的礦石，相同的概要文件數(shù)據(jù)離散化，指的是地質(zhì)剖面掃描、序列化配置文件在接縫線的形成和相同的鉆孔樣品成垂直形式；每一層之間及其內(nèi)部形式，每一層，形成與煤層之間的聯(lián)合，其內(nèi)部空間重疊，包含關(guān)系可以用最簡單的方式來處理和反映。另一個優(yōu)勢是，每個流程結(jié)構(gòu)形成模型的關(guān)節(jié)，每個數(shù)據(jù)節(jié)點有一個示例數(shù)據(jù)和匹配。

（6）大部分在我們的三維地質(zhì)建模和鉆井剖面數(shù)據(jù)，以反映真實的地質(zhì)體，我們應(yīng)該擴大數(shù)據(jù)的來源，如地震、臺風(fēng)、地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)和遙感還想使用一系列的數(shù)據(jù)，如何充分利用這些數(shù)據(jù)，三維地質(zhì)建模的影響是一個關(guān)鍵的角色。

（7）三維地質(zhì)模型保持每個地質(zhì)數(shù)據(jù)之間的一致性，避免不同地質(zhì)條件之間的差距和重疊。保持數(shù)據(jù)一致性和實體體素空間分析的數(shù)值模擬具有重要意義。

（8）來描述各種特殊地質(zhì)體，如入侵、分支斷層和倒轉(zhuǎn)褶皺等特殊地質(zhì)現(xiàn)象建模，也是三維地質(zhì)建模的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（9）如何使用該方法來解決地質(zhì)特殊表面交點在各種情況下，如地層不整合、斷層錯斷巖石、地層尖滅和地下水暴露表面的山谷，等等。

6 總結(jié)

三維激光掃描測量技術(shù)測繪數(shù)據(jù)采集的原始特性精度高、效率高、數(shù)據(jù)完整性和訪問，富人和可以提供盡可能多的信息，為研究增加了數(shù)據(jù)處理的難度。處理多個站點數(shù)據(jù)基于分區(qū)類型礦山三維地質(zhì)模型構(gòu)建、標記點和全站儀坐標測量大地坐標與理論之間的對比，證明了絕對坐標程序是可行的，研究人員的3D激光掃描測量技術(shù)應(yīng)用于礦井提供參考和借鑒。