固定礦產(chǎn)資源勘查過程中的三維圖像定位法設(shè)計研究

李 玲

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水，741020）

當(dāng)前三維圖像定位技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，實現(xiàn)了多方面的可視化發(fā)展。同時，三維圖像定位是遙感技術(shù)當(dāng)中的核心組成部分，是影像定位發(fā)展至今的最高階段。三維圖像定位技術(shù)中融合了現(xiàn)代信息技術(shù)中的攝影、測量、傳感器、互聯(lián)網(wǎng)等多項技術(shù)。

在實際應(yīng)用過程中，主要應(yīng)用原理是依靠衛(wèi)星遙感平臺和無線傳感器將定位到的圖像信息通過反射傳輸相應(yīng)的電磁波信號，并將定位對象發(fā)射回的反射線進(jìn)行傳輸，再通過對各個信號進(jìn)行接收、分析及處理，獲得定位對象相關(guān)的地質(zhì)條件特征[1]。

當(dāng)前三維圖像定位技術(shù)不僅可以適用于范圍較廣區(qū)域的圖像定位，并且定位精度以及運行效率不會受到被定位對象周圍環(huán)境的影響。固定礦產(chǎn)資源勘查是發(fā)現(xiàn)礦床并查明該礦床中礦體的具體分布、分布種類、質(zhì)量以及數(shù)量等，是滿足國家建設(shè)以及礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)需要的全部地質(zhì)勘查任務(wù)。礦產(chǎn)資源通常深埋于地下，具有稀少、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和位置隱蔽的特點，因此采用常規(guī)的勘查手段需要消耗大量的人力和物力的投入[2]。因此應(yīng)用一種更加合理的技術(shù)手段在礦產(chǎn)資源的勘查階段始終貫徹循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原則十分重要?；诖耍疚拈_展固定礦產(chǎn)資源勘查過程中的三維圖像定位法設(shè)計研究。

1 固定礦產(chǎn)資源勘查過程中的三維圖像定位法設(shè)計

1.1 建立固定礦產(chǎn)資源三維可視化模型

由于在進(jìn)行固定礦產(chǎn)資源勘查過程中，周圍礦山地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，因此單純采用表面模型分割方法很難得到清晰、準(zhǔn)確的三維可視化模型。因此，本文利用大量足夠小的體素，通過任意組合對礦山地質(zhì)體進(jìn)行描述。具體操作步驟為：首先，直接將獲取到的三維數(shù)據(jù)場在顯示器上生成二維圖像，保留體素中的細(xì)節(jié)信息數(shù)據(jù)。由于體素單元選取得足夠小，因此可以將每個體素看作是一個完成且獨立的屬性，實現(xiàn)對礦體中非均質(zhì)地質(zhì)體的表達(dá)。其次，在進(jìn)行對三維可視化模型填充體素的過程中，利用等邊正方體體元，在二維圖像中完成柵格模型在三維模型中的擴(kuò)散[3]。將勘查對象劃分為若干個體素，并建立相應(yīng)的橫軸坐標(biāo)x，縱軸坐標(biāo)y，以及垂直坐標(biāo)z。在x軸上分割出對應(yīng)的a個單元，在y軸上分割出對應(yīng)的b個單元，在z軸上分割出對應(yīng)的c個單元，從而得到用a×b×c個體素構(gòu)成的勘查對象三維可視化模型。在模型當(dāng)中，每一個體素均代表某一類屬性數(shù)值，例如礦山巖石的密度大小、磁性強(qiáng)弱等[4]。同時，固定礦產(chǎn)資源三維可視化模型還可以利用數(shù)值型數(shù)據(jù)表示，得出基本格式為：(xa,yb,zc,attributea,b,c)，其中a=1，2，…，R；b=1，2，…，S；c=1，2，…，T；x，y，z組成體素的空間坐標(biāo)，attribute表示為個體素的屬性。在實際固定礦產(chǎn)資源勘查過程中，只需要將各屬性均按照上述空間坐標(biāo)的順序填寫在對應(yīng)的數(shù)據(jù)文件當(dāng)中，將各個提速的數(shù)值省略即可，從而得到簡化的三維可視化模型數(shù)據(jù)文件格式：R，S，T。數(shù)據(jù)文件當(dāng)中，R，S，T表示為文件頭，記錄了空間坐標(biāo)上共劃分的等份數(shù)目，為三維可視化模型空間位置對應(yīng)的屬性值。

1.2 基于三維插值算法的圖像柵格數(shù)據(jù)采集

通過上述操作完成對固定礦產(chǎn)資源三維可視化模型固定礦產(chǎn)資源三維可視化模型的建立后，得到分布均勻的勘探數(shù)據(jù)采集樣點。

由于外推能力越強(qiáng)，則對地質(zhì)體的逼近程度越高，因此根據(jù)這一特點，結(jié)合三維插值算法，對圖像的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行采集[5]。假設(shè)在三維可視化模型當(dāng)中存在多個采樣點，并通過測量得到相應(yīng)的數(shù)值，以及測量點的空間坐標(biāo)，求解出三維可視化模型中網(wǎng)格任意位置的采樣點屬性值，得到如公式（1）所示的三次多項式：

公式（1）中，K表示為三維可視化模型空間圖像柵格數(shù)據(jù)；δn（n=1，2，…）表示為待定系數(shù)。在最小二乘積的定義下，擬合測量點的具體測量數(shù)值。該算法針對規(guī)模較大的散亂數(shù)據(jù)依然有效，并且擬合的精度與其它算法相比更高，計算量也相對較少，根據(jù)上述原理，可在相應(yīng)的分析平臺當(dāng)中開發(fā)全新的三維可視化網(wǎng)格數(shù)據(jù)生成器，從而通過對權(quán)重函數(shù)的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對圖像柵格數(shù)據(jù)的采集，并保證該數(shù)值與實際值之間的誤差達(dá)到最小。

1.3 柵格數(shù)據(jù)與可視化模型的映射定位

結(jié)合高層次可視化語言IDL軟件，實現(xiàn)對三維可視化模型的顯示，首先建立與被勘查礦山各屬性對應(yīng)的顏色表。其次，再將經(jīng)過三維插值算法采集到的圖像柵格數(shù)據(jù)中的體素屬性值映射為不同的顏色以及透明度，顏色值由三原色分量組成，將透明值設(shè)置為0～1之間的數(shù)值，當(dāng)數(shù)值為0時，則說明圖像完全透明；當(dāng)數(shù)值為1時，則說明圖形完全不透明。通過改變?nèi)S圖像的顏色以及透明度產(chǎn)生的不同視覺效果，從而實現(xiàn)對固定礦產(chǎn)資源的特征突出描述，展現(xiàn)待勘查礦體的深部地質(zhì)條件信息。

圖1為經(jīng)過三維插值算法處理后的圖像柵格數(shù)據(jù)與三維可視化模型的映射關(guān)系。

圖1 圖像柵格數(shù)據(jù)與三維可視化模型的映射關(guān)系

為了更好地實現(xiàn)對三維圖像的可視化描述，應(yīng)用IDL語言開發(fā)三維地質(zhì)信息[6]。通過映射，勘查人員可以從不同的角度對被勘查對象進(jìn)行觀察，并保存其三維空間地質(zhì)信息，實現(xiàn)對固定礦產(chǎn)資源的定位，并為進(jìn)一步詳細(xì)的觀察創(chuàng)造可視化條件。

2 實驗論證分析

選用某地區(qū)金屬礦床的勘查結(jié)果資料，對本文提出的固定礦產(chǎn)資源勘查過程中的三維圖像定位法與傳統(tǒng)定位方法進(jìn)行對比實驗。

通過資料顯示，該區(qū)域內(nèi)存在8種不同時期形成的地層結(jié)構(gòu)，并且各地層結(jié)構(gòu)的礦產(chǎn)資源豐富度均存在較大差異。根據(jù)某種金屬礦產(chǎn)資源的含量高低，對8種地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。在實驗研究區(qū)域內(nèi)，將勘查路線劃分為10條，不同勘查線之間的具體為250m，在每條勘查線上分別布設(shè)15個鉆孔，并保證不同鉆孔之間的距離為100m。利用本文提出的方法提取出15×15×40個離散樣本，并結(jié)合上述操作，完成對固定礦產(chǎn)資源的定位。再利用傳統(tǒng)方法對該研究區(qū)域的固定礦產(chǎn)資源進(jìn)行定位，對比兩種方法的定位結(jié)果，并將結(jié)果繪制成如圖1所示的實驗結(jié)果對比表。

表1 兩種方法定位固定礦產(chǎn)資源定位結(jié)果對比表

表1中通過對A、B、C、D、E五個定位區(qū)域的兩種固定礦產(chǎn)資源定位結(jié)果與真是分布位置進(jìn)行對比得出，本文方法的定位結(jié)果與真是分布位置更接近，而傳統(tǒng)方法的定位結(jié)果與真是分布位置相差較遠(yuǎn)。因此，通過實驗證明，本文提出的固定礦產(chǎn)資源勘查過程中的三維圖像定位法在應(yīng)用過程中不會受到外界環(huán)境的影響，具有更高的定位精度，可為后續(xù)固定礦產(chǎn)資源開發(fā)提供準(zhǔn)確的地理位置信息。

3 結(jié)語

本文提出的固定礦產(chǎn)資源勘查過程中的三維圖像定位法將三維插值算法融入到三維可視化模型的數(shù)據(jù)處理當(dāng)中，具有減小誤差、提高計算速度等優(yōu)勢。

將本文方法應(yīng)用于實際可以更加清晰的展現(xiàn)礦山地質(zhì)體的具體空間分布，從而讓勘查人員更加深刻的認(rèn)識到三維空間中固體礦產(chǎn)資源的分布，更好的為礦山開采的地學(xué)分析提供有利信息。