基于三維可視化技術的礦體快速建模研究

張月俠

礦山地質經過了長時間的發展，最終形成了各異的地質體，而且具有隱蔽、復雜等特點，給予勘察工作的開展等各項工作都帶來了許多的困難，為了能夠幫助礦山生產順利、有序的進行，還需要在工程勘察與設計施工的過程當中匯集到大量的數據信息，之后再由專業的工作人員對大量的信息進行分析與研究，再進行妥善的處理，及時反饋到實際生產過程當中去，但是據了解，在對礦山地質信息存儲管理的過程當中，將文字、圖紙等作為了重點，專業儀器所呈現出來的最終結果，都是以數字方式或者是平面圖形方式表達出來，在進行修改或者是分析的過程當中非常困難，但是通過應用三維可視化技術，就能夠將礦山地質體以及礦山工程全面展示在工作人員的面前，再由專業人員對其進行深入的分析，發現三維地質體的可視化可以幫助地質數據更具表現力，大幅度提升信息的利用率?；诖?，本文下面主要對三維可視化技術的礦體快速建模展開深入的探討。

1 礦山地質三維可視化的含義分析

通過對礦山地質三維可視化進行認真的分析與研究，發現其主要內容包括：應用計算機提升三維計算的能力，將礦山地質的情況、工程在三維空間當中的情況進行全面的展示，之后將展示出來的結果進行深入的分析，以此來起到信息參考與幫助的作用，生成的三維地質體可以讓地質數據變得更具說服力，提高礦山工程技術工作人員對礦體觀察的水平與效率，還可以將礦山地質數據在分析過程造成和出現的表達不準確等情況妥善的解決，由此可以看出，三維可視化技術在礦山地質當中有著非常廣闊的發展前景。

2 礦山工程技術三維可視化建模的難點與重點分析

在礦山工程三維可視化建模的過程當中，需要模擬的對象具有復雜性的特點，給相關工作帶來一定的難度，由于地質體的形態并不是一成不變的，而是發生了不斷的改變，也會伴隨著時間的不斷推移，而出現不同程度的變化，有時會涉及幾十公里甚至更大的范圍，想要將礦山的特點進行準確的描述，就需要進行勘察和測量工作，只有這樣，才能夠獲得更多的結果和信息，但是因為地質對象具有復雜性的特點，所以想要獲得更多、更準確的數據非常困難，有的時候即使獲得了相關的地質數據，其中也有許多不準確的地方，不僅如此，工作人員的綜合素養、工作能力、經濟條件、專業儀器等各方面也會對最終的數據準確性產生一定的影響，在勘探工作展開的過程當中，呈現出隨機分布等情況，這些不規則而且容易丟失數據，對三維可視化建模來說非常的關鍵，也是相關工作人員最亟待解決和值得深思的問題之一。

3 礦山三維地質模型的重要性以及主要的作用

將三維可視化技術加入到礦體快速建模過程當中去，對技術工作人員和勘探工作人員都提出了更高的要求以及具有重要的意義，它可以將礦山地質、空間形態中的細節部分全面展示在相關工作人員面前，而且可以為礦上開采挖掘工作提供強有力的數據支持與幫助。首先，通過相關工作人員對三維地質模型進行仔細的觀察以及分析，可以對整體礦產有一個全面的了解，也可以對礦產周圍的地質情況、環境等展開深入的探討與分析，大量數據的出現，無論是對于前期的勘探工作還是后期的開采工作，都有幫助作用和意義。

其次，三維地質模型的出現，工作人員就可以對礦產附近的區域、不同的工作面等各方面進行認真的分析研究，之后形成具有完整性特點的礦產剖面圖，工作人員在展開礦產區域勘探的過程當中，就可以保證礦產地質儲量可以被準確的計算出來，為后期的礦山建設等各方面提供強有力的數據支持和幫助。

再則，三維地質建模的出現，將邊坡臺階實際的高度設計出來，也讓開采支撐結構變得更加完整，通過制定出了高質量的開采方案，為后期提高開采能力以及安全生產打下了堅實的基礎。

最后，通過礦山三維地質模型，能夠有效地預防工程地質災害的出現與發生，幫助相關工作人員第一時間發現極有可能出現的地質災害區域，并且制定出完善的方法與處理，將問題妥善的解決，把地質災害發生的可能性降到最低點，甚至消滅在萌芽當中。

4 礦山工程三維可視化建模技術的主要特點分析

基于三維可視化技術的礦體快速建模，將礦山數據如實的表現了出來，各個數據之間的關系聯系更加的清楚、更加的清晰、更加的明確，但是因為非常容易會受到勘測投入資金、勘察條件等各方面所帶來的影響和制約，在許多的時候，勘探經費并不能夠完全有效地滿足勘探提出來的要求，而且地質條件具有復雜性的特點，有些地區的勘探條件極差，專業技術工作人員和設備無法有效的到達目的地，最終造成勘探所獲得到的數據不是特別的完整，這對真正的實現礦山工程三維建模造成了一定的困難，所以必須要應用相關的方法與技術，幫助數據以及相關信息更加的完整、更加的準確，真正的實現可視化的效果。

4.1 空間插值專業技術

考慮到礦山已有的地質研究工作目標及范圍，設定了一個巨大的立方體空間作為地質空間的包集，驗證過程中為了與顯示模擬的礦體三維可視化模型進行比較，選取了鉆孔深度范圍-400m～200m 的地質空間作為研究區域。最常見、也是最常用的插值方法，在正常的情況之下，都會運用距離冪次反比法、樣條函數法等，因為不同地質條件也會有很大的差異，而且礦體周邊的環境也會有很多差別，所以需要相關工作人員按照不同地域的不同特點，選擇出最合適、最恰當的插值方法，只有這樣，才能夠為獲取準確的數據打下良好基礎。如果選用了不符合礦體要求的差值方法，那么就會增加預算的時間，導致計算機內存不斷的降低。另外，對那些非常重要的數據可以運用Kriging 插值方法，來尋找到所有的數據信息；對那些非關鍵性的數據，可以運用距離冪次反比方法來獲得相關的數據。

通過空間插值法實現礦山三維地質建模的步驟為：礦山地質體數據獲??；基于網格化空間插值，構建三維空間規則數據場；采用三維等值面構建算法實現由網格離散點到地質體三維等值面的模擬，實現地質體三維曲面重建；通過三維可視化技術實現地質體三維空間形態模型的可視化。

4.2 三維數據表達專業技術

三維空間數據的表現對三維可視化技術來說非常的重要，同時，也是非常關鍵的一項問題，所建立出來的三維地質模型要滿足基本地質信息所提出來的要求，更需要進行相關的計算，這樣做的目的是為了方便各個屬性信息之間的傳遞以及數據的交流。通過站在數據研究層面的角度進行認真的分析，三維數據結構主要包括有基于面和基于體的數據結構模式?；诿娴臄祿Y構模式將各個單元作為依托和參考，再把三維空間當中幾何特點加入到了其中之后，再進行認真的分析?；隗w的數據結構模式把大量真實的數據信息作為參考，進行地質空間的具體描述。

4.3 三維空間數據結構

數據網格化是對連續量或連續體按一定精度進行抽樣的過程，常應用三維柵格的方法對礦山地質空間進行分割抽樣，分割后得到的各個柵格稱為獨立單元。礦山地質空間分割的精度決定立體網格單元的大小，與礦山地質勘探程度因素存在一定相關性。三維空間經過抽樣分割網格化后，對地質體與空間作用分布按網格單元進行屬性數據量化取值與編碼，以達到構建礦山地質體三維空間規則數據場。

5 露天礦工程三維空間建模實例

5.1 三維空間建模主要內容

建模的主要內容包括：對地表、斷層、礦體這三大最主要的部分進行建模，地表主要內容包括：伴隨著時間不斷的推移，以自然的方式形成的山坡，也有人為行為所建的工程，形成人為邊坡；斷層主要指的是在礦山的內部規模較為龐大，而且有文獻資料描述的斷層；礦體則是三維建?？臻g當中最重要的組成部分，同時也是最重要的區域。

5.2 礦山三維建模的主要過程

需要對礦山進行數據信息的匯集，然后通過空間數據插值來保證數據的準確性與真實性，選擇出適當的數據組織結構，讓描述變得更加準確、更加真實、更加全面，最終滿足礦山三維建模所提出來的要求，呈現出高質量的繪制圖。其一：對斷層數據、地表數據、礦體數據進行全面的采集，并且在數據采集的過程當中，保證所有的數據都具有真實性與準確性，都是通過準確的測量所獲得的，并沒有盲目問題。針對于礦山周邊的天然邊坡可以通過地質平面圖，將平面圖上面的邊界點和高點的數據進行融合。在對人工邊坡數據匯集的過程當中，可以運用境界圖，采集度越高就代表著能夠將地表的主要特點全面的展示出來。礦體斷層和主礦體的相關數據，工作人員可以按照剖面圖來進行分析，用邊界線當中的控制點拷貝到平面圖上面，之后再與剖面圖上面的所有數據進行融合，再進行分析，在其中找到礦體和斷層的相關數據。其二：因為露天礦場操作范圍極大，如果只是依靠勘探工作人員所匯集到的相關信息和數據，那么無法滿足生產過程當中所提出來的需求，為了可以清晰的將斷層礦坑表現出來，需要運用空間插值技術，才能夠真正的將目標實現，在進行露天礦坑前期會議采集的過程當中可以運用Kriging 插值方法來獲得相關的數據，之后還需要運用雙線性插值獲得數據，這樣就能夠有效的節約大量的時間，還可以確保所獲得到的所有數據都更加準確、更加真實。其三：在進行礦體地表勘探的過程當中，地表上面所有的點、線的主要特點都非常的關鍵，但是在規則的模型當中，無法將這些點、線描述出來，這時就可以通過不規則網格模型，將地表上點、線的主要特點充分描述，在露天礦場當中，通過應用不規則的網格模型，所呈現出來的效果極好，可以為相關工作人員提供繪制幫助。其四：制圖環節。將匯集到的所有數據作為基礎和參考，為繪制地表斷層以及主礦體的模型打下良好的基礎，將三種不同的地質模型相互融合、拼接，最終呈現出高質量的三維地質模型。

6 三維可視化系統的實際應用

在信息化不斷發展的大背景之下，礦山正向高效、綠色的方向發展，數字化礦山工作也從最初的單一向著二維、三維的方向所轉變，所以建立三維可視化系統已然成為了礦山建設過程當中最重要的問題，相關工作人員對其非常關注與重視。

6.1 智能化協同設計以及全生命周期管理

在礦山建設部的過程當中，智能化采礦設計非常的關鍵且重要，并且是重要的組成部分，相關設計緊緊圍繞在地質、多人協同、計算機輔助、人工智能等內容周圍展開相關的工作，智能化的設計通過應用BIM 技術、人工智能等對于具有傳統特點的礦井設計、采區設計等不斷的更新。通過建立了三維協同設計平臺，相關設計工作人員可以在這個平臺當中發揮出自己的作用和力量，大幅度的提高自己設計的水平與效率。將多方的BIM 設計數據、三維地質模型數據在空間當中進行匯集，防止設計在三維空間上出現矛盾。結合三維設計計劃展開自動或者是半自動式的輔助決策，輸出采礦設計圖紙以及相關的報告，更是降低了工作人員的勞動強度，并且真正的實現了智能化的目的。

此外，BIM 設計數據的出現，為三維可視化系統提供了強有力的數據支持和幫助，在面對智慧化設計的三維可視化系統當中，可以對礦山工程建設項目的全生命周期進行嚴格的管理，因為在不同階段，會出現大量的建造信息、維護信息等，將所有的信息全部放置在一個三維可視化系統當中，這樣即使礦山建設工程具有復雜性的特點，全生命周期管理也能夠提高工作的效率與水平，為礦山的開采工作打下良好的基礎。

6.2 通風模擬時空分析以及相關的模擬

礦井通風系統也是最重要的組成部分之一，三維通風模擬和可視化是智能通風最重要的部分，有傳統特點的通風模擬經過了手工操作以及計算，無論是其準確性還是最終的結果都無法達到預期的要求，這時三維可視化系統的出現，將通風監測、通風網絡結算和三維巷道進行了耦合，真正的實現火災的模擬、污染物排放模擬等各項工作，節省了大量的通風支出成本，幫助風流狀態實現動態化的效果變為現實，而且對設計礦山通風系統也有著借鑒的作用和意義。

6.3 三維綜合管理可視化

據了解，三維綜合管理可視化系統主要將三維可視化平臺作為基礎和依托，具有高效性的特點，有效地應對采礦、設計、生產、機電、安全監測、人員定位等各項工作與內容，也幫助礦區真正的實現綜合自動化和工業視頻等數據的連接和查詢工作。三維可視化綜合管理系統，通過將自己的作用全部發揮出來，成為了礦井安全生產信息的可視化決策支持平臺，其中包括了大量的內容，例如：從地質專業到專業設備管理等各方面的數據源，都可以看作為系統當中的一部分，同時也是信息化建設過程當中具有特色的工程。

6.4 地表環境監測三維可視化

地表環境監測為可視化系統將地表地理信息開采信息等全部匯集到三維可視化平臺當中去，并且將查詢、分析等各項功能全部提供，為礦區地表塌陷區環境治理等各項工作提供了大量的幫助，也是相關工作人員最得力的“助手”。

7 結語

綜上所述，通過將三維可視化技術加入到礦體快速建模過程當中去，此技術憑借著自身強大的優勢與特點，無論在任何礦山工程當中，它都可以將要表達的數據信息真實的體現出來，并以最直接的形式展示在大眾的眼前，大幅度的提高工作人員的工作效率以及水平，尤其幫助巖土工程師進行了正確的判斷，科學地分析巖土工程所出現的問題，之后制定出完善的方法，將問題妥善的解決。伴隨著時間的不斷推移，三維可視化的技術必定會更加的成熟、更加的完善，將其加入到露天礦工程或者是其他巖土工程當中去，所呈現出的效果必定會更加的準確、更加的真實、更加的全面。