三維可視化技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用

汪 雁

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

漫長(zhǎng)歲月演化而成的地質(zhì)體具有復(fù)雜性、隱蔽性等特點(diǎn)，而針對(duì)以該地質(zhì)條件作為生產(chǎn)環(huán)境的礦山工程開采，要想使其順利進(jìn)行，就必須在早期縝密的勘探相關(guān)礦體，并落實(shí)可行性報(bào)告分析工作?，F(xiàn)下，我國(guó)礦山工程相關(guān)數(shù)據(jù)的展現(xiàn)仍是以圖紙、文字形式為主，不利于修改勘探后期工程設(shè)計(jì)或是查詢資料，再加上這類信息資料多以數(shù)字形態(tài)或存在點(diǎn)線面關(guān)系的緣故，無法真實(shí)體現(xiàn)出立體直觀的東西，地質(zhì)工作者在對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行觀察時(shí)會(huì)受到一定影響，不利于開采建議的合理提出、勘探風(fēng)險(xiǎn)的減少。故而，借助現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)三維可視化技術(shù)，可進(jìn)一步優(yōu)化我國(guó)礦山工程技術(shù)。

1 礦山工程技術(shù)三維可視化建模的難點(diǎn)

礦山工程三維可視化建模過程，通常是以復(fù)雜無規(guī)律的對(duì)象為主，由于地質(zhì)體存在變化多端的形態(tài)，時(shí)間推移下也會(huì)有變化產(chǎn)生，故而勘探空間模擬有著極大范圍，要想對(duì)礦山相關(guān)特征進(jìn)行描繪，就必須充分勘探、測(cè)量[1]。再加上地質(zhì)對(duì)象較為復(fù)雜的緣故，加大了地質(zhì)數(shù)據(jù)獲取的難度，大量不確定性存在于地質(zhì)數(shù)據(jù)中，一旦人員素質(zhì)、經(jīng)濟(jì)條件和裝備儀器與數(shù)據(jù)充分采集要求不符合時(shí)，通常就只能得到單一且互相脫節(jié)的地質(zhì)數(shù)據(jù)，整個(gè)勘探過程有隨機(jī)分布問題存在，而對(duì)于三維可視化建模而言，不規(guī)則且丟失了部分的數(shù)據(jù)是亟待解決的內(nèi)容。

2 礦山工程三維可視化建模技術(shù)特點(diǎn)

（1）空間插值技術(shù)?？死锔癫逯捣ā訔l函數(shù)法和距離冪次反比法等方法為常用的插值方法，各類地質(zhì)條件、礦體周邊環(huán)境對(duì)我們提出了必須以具體特點(diǎn)為根據(jù)合理選用插值方法的要求，以便為數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確性保障。倘若所選用的插值方法與匡提要求不符合，那么計(jì)算機(jī)運(yùn)算量與時(shí)間就會(huì)大幅度上升，計(jì)算機(jī)內(nèi)存也會(huì)相應(yīng)減少，如此一來也就會(huì)降低可實(shí)行性。而針對(duì)關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，可在Kriging插值方法的運(yùn)用下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取；而針對(duì)非關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，可在距離冪次反比法的運(yùn)用下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取。

（2）三維數(shù)據(jù)表達(dá)技術(shù)。相對(duì)于三維可視化技術(shù)而言，三維空間數(shù)據(jù)的表現(xiàn)這一問題十分關(guān)鍵，在三位地質(zhì)模型構(gòu)建時(shí)，首先需將基本地質(zhì)信息表現(xiàn)這一要求充分滿足，隨后通過適當(dāng)計(jì)算，為傳遞各類屬性信息、交換數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)；立足于數(shù)據(jù)研究層面而言，三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式由基于面、基于體兩種構(gòu)成，其中基于面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式是以各單元面作為參照，分析充斥于其內(nèi)的三維空間幾何特性；而基于體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式是在真實(shí)數(shù)據(jù)信息的運(yùn)用下描述地質(zhì)空間。

（3）三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)方式要求以各類數(shù)據(jù)模型為對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)，以此方式有效表達(dá)數(shù)據(jù)，并在相關(guān)圖表、數(shù)據(jù)矩陣的運(yùn)用下真實(shí)的描述相關(guān)數(shù)據(jù)[2]。具體運(yùn)用三維可視化技術(shù)的過程中，選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這一內(nèi)容極為重要，要求我們?cè)诟黝愡壿嬯P(guān)系及對(duì)應(yīng)空間關(guān)系的運(yùn)用下，直觀、形象地展現(xiàn)出所需描述的礦體空間與地表結(jié)構(gòu)。這樣一來，我們?cè)跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇過程中，就必須與真實(shí)數(shù)據(jù)相貼合，如此即能將不同類型數(shù)據(jù)間存在的相互關(guān)系充分表現(xiàn)出來。

3 三維可視化技術(shù)在礦山工程中的應(yīng)用

（1）三維建模的主要內(nèi)容。建模內(nèi)容是以礦體、地表、斷層等三大部分作為主要建模對(duì)象。其中，礦體是核心區(qū)域，代表的是最重要的三維建?？臻g組分；地表代表的是形成自人為采剝工程的人工邊坡或是自然形成的山坡；斷層代表的是礦體內(nèi)部較大規(guī)模且具有地質(zhì)資料描述的斷層。

（2）三維建模流程。礦山三維地質(zhì)建模具體實(shí)踐中，主要流程有采集數(shù)據(jù)、插值處理數(shù)據(jù)、組織數(shù)據(jù)、繪制圖形等。

首先，采集原始數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)的采集對(duì)象主要包含礦體數(shù)據(jù)、地表數(shù)據(jù)和斷層數(shù)據(jù)等等，而其中采集礦體數(shù)據(jù)時(shí)是以勘探線剖面圖為根據(jù)，在平面圖上實(shí)現(xiàn)了各礦帶邊界線控制點(diǎn)的投影之后，在與剖面圖相結(jié)合的情況下完成礦帶邊界數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)形式表現(xiàn)為離散點(diǎn)三維坐標(biāo)；而在采集地表樣本數(shù)據(jù)時(shí)，通常選擇的方式為測(cè)量，運(yùn)用采境界圖對(duì)人工邊坡進(jìn)行測(cè)量，以臺(tái)階坡頂線、坡底線上的點(diǎn)為主，隨著取樣點(diǎn)密度的升高，地貌特點(diǎn)的反映也就更真實(shí)，反之亦然；而在采集斷層數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)以勘探線剖面圖為根據(jù)，在地形平面圖上完成斷層的投影，對(duì)斷層地表露頭數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，隨后在與剖面圖信息相結(jié)合的情況下，完成斷層面數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)形式表現(xiàn)為離散點(diǎn)三維坐標(biāo)。

其次，數(shù)據(jù)插值。以露天礦場(chǎng)為例，由于礦場(chǎng)有著較大的操作范圍，若是單純憑借前期勘探技術(shù)人員采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是無法將生產(chǎn)需要有效滿足的。而要想使礦坑、斷層的表達(dá)更為清晰，就無法脫離空間插值技術(shù)的運(yùn)用[3]。針對(duì)露天礦坑而言，在采集前期數(shù)據(jù)時(shí)，可通過Kriging插值方法的運(yùn)用進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，隨后在雙線性插值的運(yùn)用下進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，如此一來不但可實(shí)現(xiàn)機(jī)時(shí)減少，同時(shí)也能為數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確性保障。

再次，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織。就礦體地表勘探而言，地表上描述的點(diǎn)、線的特征都有著極為重要的作用，然而在規(guī)則模型中對(duì)這些點(diǎn)線進(jìn)行描述時(shí)卻難以實(shí)現(xiàn)生動(dòng)性、真實(shí)性，故而應(yīng)借助不規(guī)則網(wǎng)格模型充分描述地表面上的點(diǎn)、線特征。就露天礦場(chǎng)而言，最為適用的模型便是不規(guī)則網(wǎng)格模型，可使這類不規(guī)則的多邊形太朝著三角形網(wǎng)格形態(tài)轉(zhuǎn)化，并為圖形繪制提供重要的參考。

最后，圖形繪制。借助三維可視化技術(shù)可將任意地質(zhì)平、剖面圖生成。以剖面圖繪制為例，在完成剖面線位置的確定之后，借助剖面線切割實(shí)體模型，以此得到面域模型；隨后炸開面域模型，得到直線段（首尾相連）；緊接著以直線段為對(duì)象逐一連接首位，得到連續(xù)剖面線；而后，以坐標(biāo)轉(zhuǎn)換操作所得剖面線，將坐標(biāo)網(wǎng)格添加后，也就完成了剖面圖的繪制。

4 結(jié)語(yǔ)

礦山工程中三維可視化技術(shù)的應(yīng)用，可以綜合性的對(duì)地質(zhì)體、采礦工程三維信息進(jìn)行分析及展示，有利于采礦流程的簡(jiǎn)化，并為采礦工程提供安全施工的保障。如此一來，也就能在很大程度上推動(dòng)采礦工程的進(jìn)一步發(fā)展，其現(xiàn)實(shí)意義十分重要。