矿产勘查中三维可视化技术应用分析

2017-11-08王旭朝

安徽农学通报 2017年19期

王旭朝

摘要：矿产勘查是矿产资源开发的重要环节。三维可视化技术可以实现多源数据的立体化显示及高效管理，在矿产勘查中的应用日趋普及。该文综述了近年来三维可视化工具在矿产资源开发中的发展状况，并阐述了该技术在国内矿产勘查中的应用现状。在此基础上，总结归纳了三维可视化技术在矿产勘查领域今后应重点研究的方向。

关键词：矿产勘查；三维可视化；地质模型

中图分类号 P628 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）19-0092-3

Applied Analysis of 3D Visualization Techniques in Mineral Exploration

Wang Xuchao

（Bureau of Land Resources and Housing Management of Fengyang County，Fengyang 233100，China）

Abstract： Mineral exploration is an important part of mineral resources development.The technology of 3D visualization can make the multisource data and its efficient management possible，therefore，the technology is developing increasingly in mineral exploration.This article reviewed development status of the 3D visualization tools in mineral resources development，and described its state of application in domestic mineral exploration. On this basis，the key research directions of 3D visualization in mineral exploration in future were summarized.

Key words：Mineral exploration；3D visualization；Geological model

礦产资源具有不可再生性、资源有限性，以及分布的地域性等特点，决定了它是一个国家经济社会发展的重要的物质基础，其不仅关系到国计民生，还是国家安全的重要保证。矿产资源能否得到合理的开发利用，勘察是其中一个重要的环节。2011年开始的“找矿突破战略行动”就将重要矿产的勘查列为主要任务之一，并力争用10年左右的时间新建一批矿产勘查开发基地，重塑全国矿产勘查开发格局，这有助于突破我国现阶段经济发展中矿产资源短缺这个瓶颈，对经济社会可持续发展，小康社会的全面实现具有重要的意义。

矿产勘查是指在区域地质调查的基础上，以地质科学理论为指导，运用多种勘查技术手段和方法对矿床地质和矿产资源所进行的系统调查工作。矿产资源多分布于地表之下，具有隐蔽性和不确定性。另外，世界经济增长乏力，全球矿产品的需求呈下降趋势，主要矿产品的价格连续下跌。因此，矿产勘查投资风险度较高[1]。这就要求从事矿产勘查的单位需要综合多种新技术和新方法来提升勘查的可靠性和准确性。除此之外，近地表矿产资源已经被过度开发，找寻大型矿产的难度越来越大，矿产勘查正向第二深度空间（地表下500～2000m）延伸。这时，传统的技术方法已经无法满足勘查工作在深度、精度和分辨率上的要求[2]，新技术新方法介入勘查工作将是大势所趋。

近年来，矿产勘查技术取得了突破性进展。以高精度重力场、磁力场、地磁场等为代表的地球物理场效应技术，以深穿透地球化学方法为代表的地球化学勘查技术和高光谱遥感技术等一系列新技术在工程实践中得到应用。但是总的来说，我国目前矿产勘查技术相对落后，工业化对矿产资源的需求增长速度很快，储量跟不上产量。这就需要加强勘探工作，在现有资源量基础上形成一批新的可采储量和可供开发的资源基地[3]。在这个过程中，新技术新方法的引入及各种勘查方法的有机结合是有效途径[4]。

1 国内矿产勘查中三维可视化软件的发展现状

可视化指的是借助计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成直观的图形，在屏幕上显示出来，并与用户进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。矿产勘查的对象是具有空间三维特征的地质实体。地质实体还具有各种属性特征。传统的地质信息表达方法主要是通过平面图、剖面图、轴测图等2维或2.5维图形来表述。由于不是真正意思上的三维模型，不便于勘查人员对空间地质实体和空间环境的直接理解，甚至会造成理解和判断上的失误。随着计算机软硬件的迅猛发展，将科学数据转变为直观的三维图形图像的计算机可视化技术日益成熟。

三维可视化中的数据属于多源空间数据，多源数据的结合是三维可视化中的基础性问题。曾新平等将线轨迹数据模型、面数据模型及三维栅格模型进行综合，开发出了地质体三维可视化系统[5]。王鹏针对地面瞬变电磁（TEM）数据，基于Matlab语言开发了能对“立体图、“切片图”和“等值面图”三种图形的综合性可视化方法[6]。针对于传统可视化方法中缺乏对多源数据一体化存储管理和索引机制，花杰等提出了一种改进的四叉树结构，有效地提高了对多源地球物理数据一体化存储与管理的效率，现实了对多源地球物理数据快速空间查询功能[7]。焦鹏等将空间关系数据库、分布式数据库与三维可视化技术结合，设计了基于三维数字地球的海量多源异构空间数据集成可视化管理系统，实现了三维可视化环境下海量数据的高效管理和展示[8]。endprint

在三维可视化程序开发方面，国内学者进行了有针对性的诸多探索。例如，吴冲龙等提出表达可视化、分析可视化、过程可视化、设计可视化和决策可视化是检验地质三维可视化软件的水平和质量的标准[9]。IDL语言语法简单，对三维数据处理能力强，是较理想的三维建模开发语言，在矿产资源模型的三维可视化领域有较好的应用前景。王振胜利用IDL语言建立了三维地质矿产可视化模型[10]。邓勇等利用IDL语言强大的数据分析能力，开发了针对三维激光扫描海量数据的去噪软件[11]。钱爽等在Open Inventor的VolumeViz模块基础上，使用自动控制分辨率的方法实现了对可视化速度的加速显示[12]。美国航空航天管理局推出的开源软件World Wind可以进行多源地理空间数据的管理与可视化。李艳等以此为基础，开发出可以处理海量三维空间数据的可视化控件，实现了开源空间域业务应用的服务集成[13]，该技术可以应用于多维矿产资源数据的管理。此外，肖海红利用ArcGIS的3D制作程序ArcScene进行了矿区地形三维可视化实现[14]。还有学者利用Surfer软件对卤水资源储量进行了三维可视化模型的建立[15]。

但目前我国在大比例矿产勘查上三维可视化软件主要依赖于国外，如Surpac、Micromine、Discover等在国内矿业软件中占有一定的比例。国内这方面的软件开发还处于初步阶段。中国地质科学院资源研究所開发出了集三维矿山管理、地质勘探、三维可视化和科学分析预测于一体三维GIS软件“探矿者”，并在工程实践中取得一定应用效果[16]。另外，集传统方法和地质统计学方法于一体的三维矿山软件3Dmine，基于数字化矿山整体解决方案的矿山数字化软件系统Dimine，在矿产三维可视化工程实践上都得到了广泛应用[17-18]。Dimine还在矿产勘查人才培养上获得了很好的教学效果[19]。

2 三维可视化化技术在矿产勘查中应用的现状

三维可视化技术在矿产勘查上的应用正逐步扩展。涉及到储量预测及估算、矿产数据管理和共享、矿区环境监测等领域。大比例尺成矿预测是矿田发现深部隐伏矿床的重要途径，三维可视化信息分析技术为大比例尺矿产预测提供了非常有效的信息管理分析工具[20]。李章林等采用距离平方反比法，通过矿体品位模型确定出矿体在三维空间的分布情况，并在实现计算结果的三维可视化基础上计算出矿体储量[21]。高乐等利用三维建模软件对矿区内空间地质、物探、化探、钻孔等多源数据进行融合建模，在立体成矿预测上获得很好的效果[22]。地质资料信息的高效管理和有效共享，可以为地球科学的研究者提供一个交流的平台，确保矿山工程设计的科学性，减少勘探和开采风险，并且将大大提高固体矿产开发的效率[23]。同时也能为不同领域的末端用户提供一个理解复杂和不断变化的数据集的工具。宋相龙采用瓦片金字塔模型实现矿产资源潜力评价成果数据与地形数据的复合三维可视化，实现了为地质工作者提供可视化区域矿产资源评价信息共享与服务[24]。何原荣等基于VRMap SDK，对矿区三维模型与土地变化分析模型进行有机集成，用于直观展示矿区土地破坏的情况[25]。辜寄蓉等利用三维GIS技术实现了采矿对环境影响的三维可视化分析[26]。

3 展望

地球科学领域内可视化是一个快速发展的领域。多源数据的综合，传统方法与现代新技术的结合是三维可视化技术在矿产勘查中必然遇到的问题。针对于海量的地质勘查数据，需要有效、快速地对数据进行建模分析，因此，对多源大数据的有效处理及分析将是矿产勘查软件未来一段时间的研究重点。利用大数据，实现智慧矿产勘查，关键是找准大数据与地质找矿的结合点。与主流的GIS软件进行集成，充分应用其成熟的空间分析技术也是一个值得研究的问题。另外，目前国内具有自主知识产权的矿产勘查软件已经得到一定应用，但是其开发水平和质量如何，还需要在工程实践中进一步验证和完善，并注重与国外软件的应用效果进行比较研究。除此之外，矿区自然生态环境的恢复也是一个复杂的系统工程，如何在利用三维可视化技术在矿产开采之间就进行科学的预测和应对，还有很多基础工作需要进一步深入。

参考文献

[1]娄清.地质矿产勘查风险探析[J].科技传播，2012（2）：52，56.

[2]张莹，张超宇.加快勘探新技术应用推进深部找矿大突破[J].中国国土资源经济，2012，25（4）：28-29.

[3]贺冰清，李瑞军.我国矿产资源勘查开发十年回顾与对策[J].中国国土资源经济，2010，23（9）：21-23.

[4]施俊法，吴传璧.矿产勘查的新思路、新方法、新技术[J].矿产勘查，1995（2）：108-113.

[5]曾新平，吴健生，郑跃鹏，等.用于固体矿产勘探和开发的地质体三维可视化系统设计——基于混合数据模型[J].矿产与地质，2004，18（6）：598-603.

[6]王鹏.基于MATLAB的煤矿TEM数据体三维可视化技术[J].地球物理学进展，2014，29（3）：1277-1283.

[7]花杰，邢廷炎，芮小平.一种适合多源地球物理数据三维可视化的快速空间索引技术[J].地球物理学进展，2013，28（3）：1626-1636.

[8]焦鹏，李盛阳，刘志文，等.基于三维地球的多源空间科学数据可视化管理系统的设计与实现[J].计算机工程与科学，2017，39（4）：756-762.

[9]吴冲龙，何珍文，翁正平，等.地质数据三维可视化的属性、分类和关键技术[J].地质通报，2011，30（5）：642-649.

[10]王振胜，王贤敏.基于IDL的三维地质矿产建模[J].测绘科学，2013，38（1）：26-28.

[11]邓勇，潘圣林，龚扩军，等.基于IDL语言的三维激光扫描测绘成图软件开发[J].东华理工大学学报（自然科学版），2016（1）：125-127.endprint