三维可视化技术在采矿工程中的应用

2018-01-30汪雁

世界有色金属 2018年20期

汪雁

（甘肃林业职业技术学院，甘肃天水 741020）

漫长岁月演化而成的地质体具有复杂性、隐蔽性等特点，而针对以该地质条件作为生产环境的矿山工程开采，要想使其顺利进行，就必须在早期缜密的勘探相关矿体，并落实可行性报告分析工作。现下，我国矿山工程相关数据的展现仍是以图纸、文字形式为主，不利于修改勘探后期工程设计或是查询资料，再加上这类信息资料多以数字形态或存在点线面关系的缘故，无法真实体现出立体直观的东西，地质工作者在对地质条件进行观察时会受到一定影响，不利于开采建议的合理提出、勘探风险的减少。故而，借助现代化计算机三维可视化技术，可进一步优化我国矿山工程技术。

1 矿山工程技术三维可视化建模的难点

矿山工程三维可视化建模过程，通常是以复杂无规律的对象为主，由于地质体存在变化多端的形态，时间推移下也会有变化产生，故而勘探空间模拟有着极大范围，要想对矿山相关特征进行描绘，就必须充分勘探、测量[1]。再加上地质对象较为复杂的缘故，加大了地质数据获取的难度，大量不确定性存在于地质数据中，一旦人员素质、经济条件和装备仪器与数据充分采集要求不符合时，通常就只能得到单一且互相脱节的地质数据，整个勘探过程有随机分布问题存在，而对于三维可视化建模而言，不规则且丢失了部分的数据是亟待解决的内容。

2 矿山工程三维可视化建模技术特点

（1）空间插值技术。克里格插值法、样条函数法和距离幂次反比法等方法为常用的插值方法，各类地质条件、矿体周边环境对我们提出了必须以具体特点为根据合理选用插值方法的要求，以便为数据提供准确性保障。倘若所选用的插值方法与匡提要求不符合，那么计算机运算量与时间就会大幅度上升，计算机内存也会相应减少，如此一来也就会降低可实行性。而针对关键性数据，可在Kriging插值方法的运用下实现数据的获取；而针对非关键性数据，可在距离幂次反比法的运用下实现数据的获取。

（2）三维数据表达技术。相对于三维可视化技术而言，三维空间数据的表现这一问题十分关键，在三位地质模型构建时，首先需将基本地质信息表现这一要求充分满足，随后通过适当计算，为传递各类属性信息、交换数据奠定基础；立足于数据研究层面而言，三维数据结构模式由基于面、基于体两种构成，其中基于面的数据结构模式是以各单元面作为参照，分析充斥于其内的三维空间几何特性；而基于体的数据结构模式是在真实数据信息的运用下描述地质空间。

（3）三维空间数据结构。三维空间数据结构表现方式要求以各类数据模型为对象进行存储，以此方式有效表达数据，并在相关图表、数据矩阵的运用下真实的描述相关数据[2]。具体运用三维可视化技术的过程中，选择数据结构这一内容极为重要，要求我们在各类逻辑关系及对应空间关系的运用下，直观、形象地展现出所需描述的矿体空间与地表结构。这样一来，我们在数据结构选择过程中，就必须与真实数据相贴合，如此即能将不同类型数据间存在的相互关系充分表现出来。

3 三维可视化技术在矿山工程中的应用

（1）三维建模的主要内容。建模内容是以矿体、地表、断层等三大部分作为主要建模对象。其中，矿体是核心区域，代表的是最重要的三维建模空间组分；地表代表的是形成自人为采剥工程的人工边坡或是自然形成的山坡；断层代表的是矿体内部较大规模且具有地质资料描述的断层。

（2）三维建模流程。矿山三维地质建模具体实践中，主要流程有采集数据、插值处理数据、组织数据、绘制图形等。

首先，采集原始数据。此类数据的采集对象主要包含矿体数据、地表数据和断层数据等等，而其中采集矿体数据时是以勘探线剖面图为根据，在平面图上实现了各矿带边界线控制点的投影之后，在与剖面图相结合的情况下完成矿带边界数据的获取，数据形式表现为离散点三维坐标；而在采集地表样本数据时，通常选择的方式为测量，运用采境界图对人工边坡进行测量，以台阶坡顶线、坡底线上的点为主，随着取样点密度的升高，地貌特点的反映也就更真实，反之亦然；而在采集断层数据时，应以勘探线剖面图为根据，在地形平面图上完成断层的投影，对断层地表露头数据进行收集，随后在与剖面图信息相结合的情况下，完成断层面数据的获取，数据形式表现为离散点三维坐标。

其次，数据插值。以露天矿场为例，由于矿场有着较大的操作范围，若是单纯凭借前期勘探技术人员采集的基础数据，是无法将生产需要有效满足的。而要想使矿坑、断层的表达更为清晰，就无法脱离空间插值技术的运用[3]。针对露天矿坑而言，在采集前期数据时，可通过Kriging插值方法的运用进行数据获取，随后在双线性插值的运用下进行数据获取，如此一来不但可实现机时减少，同时也能为数据提供准确性保障。

再次，数据结构组织。就矿体地表勘探而言，地表上描述的点、线的特征都有着极为重要的作用，然而在规则模型中对这些点线进行描述时却难以实现生动性、真实性，故而应借助不规则网格模型充分描述地表面上的点、线特征。就露天矿场而言，最为适用的模型便是不规则网格模型，可使这类不规则的多边形太朝着三角形网格形态转化，并为图形绘制提供重要的参考。

最后，图形绘制。借助三维可视化技术可将任意地质平、剖面图生成。以剖面图绘制为例，在完成剖面线位置的确定之后，借助剖面线切割实体模型，以此得到面域模型；随后炸开面域模型，得到直线段（首尾相连）；紧接着以直线段为对象逐一连接首位，得到连续剖面线；而后，以坐标转换操作所得剖面线，将坐标网格添加后，也就完成了剖面图的绘制。