三維可視化技術在采礦工程中的應用

汪 雁

（甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020）

漫長歲月演化而成的地質體具有復雜性、隱蔽性等特點，而針對以該地質條件作為生產環境的礦山工程開采，要想使其順利進行，就必須在早期縝密的勘探相關礦體，并落實可行性報告分析工作。現下，我國礦山工程相關數據的展現仍是以圖紙、文字形式為主，不利于修改勘探后期工程設計或是查詢資料，再加上這類信息資料多以數字形態或存在點線面關系的緣故，無法真實體現出立體直觀的東西，地質工作者在對地質條件進行觀察時會受到一定影響，不利于開采建議的合理提出、勘探風險的減少。故而，借助現代化計算機三維可視化技術，可進一步優化我國礦山工程技術。

1 礦山工程技術三維可視化建模的難點

礦山工程三維可視化建模過程，通常是以復雜無規律的對象為主，由于地質體存在變化多端的形態，時間推移下也會有變化產生，故而勘探空間模擬有著極大范圍，要想對礦山相關特征進行描繪，就必須充分勘探、測量[1]。再加上地質對象較為復雜的緣故，加大了地質數據獲取的難度，大量不確定性存在于地質數據中，一旦人員素質、經濟條件和裝備儀器與數據充分采集要求不符合時，通常就只能得到單一且互相脫節的地質數據，整個勘探過程有隨機分布問題存在，而對于三維可視化建模而言，不規則且丟失了部分的數據是亟待解決的內容。

2 礦山工程三維可視化建模技術特點

（1）空間插值技術。克里格插值法、樣條函數法和距離冪次反比法等方法為常用的插值方法，各類地質條件、礦體周邊環境對我們提出了必須以具體特點為根據合理選用插值方法的要求，以便為數據提供準確性保障。倘若所選用的插值方法與匡提要求不符合，那么計算機運算量與時間就會大幅度上升，計算機內存也會相應減少，如此一來也就會降低可實行性。而針對關鍵性數據，可在Kriging插值方法的運用下實現數據的獲取；而針對非關鍵性數據，可在距離冪次反比法的運用下實現數據的獲取。

（2）三維數據表達技術。相對于三維可視化技術而言，三維空間數據的表現這一問題十分關鍵，在三位地質模型構建時，首先需將基本地質信息表現這一要求充分滿足，隨后通過適當計算，為傳遞各類屬性信息、交換數據奠定基礎；立足于數據研究層面而言，三維數據結構模式由基于面、基于體兩種構成，其中基于面的數據結構模式是以各單元面作為參照，分析充斥于其內的三維空間幾何特性；而基于體的數據結構模式是在真實數據信息的運用下描述地質空間。

（3）三維空間數據結構。三維空間數據結構表現方式要求以各類數據模型為對象進行存儲，以此方式有效表達數據，并在相關圖表、數據矩陣的運用下真實的描述相關數據[2]。具體運用三維可視化技術的過程中，選擇數據結構這一內容極為重要，要求我們在各類邏輯關系及對應空間關系的運用下，直觀、形象地展現出所需描述的礦體空間與地表結構。這樣一來，我們在數據結構選擇過程中，就必須與真實數據相貼合，如此即能將不同類型數據間存在的相互關系充分表現出來。

3 三維可視化技術在礦山工程中的應用

（1）三維建模的主要內容。建模內容是以礦體、地表、斷層等三大部分作為主要建模對象。其中，礦體是核心區域，代表的是最重要的三維建模空間組分；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部較大規模且具有地質資料描述的斷層。

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

首先，采集原始數據。此類數據的采集對象主要包含礦體數據、地表數據和斷層數據等等，而其中采集礦體數據時是以勘探線剖面圖為根據，在平面圖上實現了各礦帶邊界線控制點的投影之后，在與剖面圖相結合的情況下完成礦帶邊界數據的獲取，數據形式表現為離散點三維坐標；而在采集地表樣本數據時，通常選擇的方式為測量，運用采境界圖對人工邊坡進行測量，以臺階坡頂線、坡底線上的點為主，隨著取樣點密度的升高，地貌特點的反映也就更真實，反之亦然；而在采集斷層數據時，應以勘探線剖面圖為根據，在地形平面圖上完成斷層的投影，對斷層地表露頭數據進行收集，隨后在與剖面圖信息相結合的情況下，完成斷層面數據的獲取，數據形式表現為離散點三維坐標。

其次，數據插值。以露天礦場為例，由于礦場有著較大的操作范圍，若是單純憑借前期勘探技術人員采集的基礎數據，是無法將生產需要有效滿足的。而要想使礦坑、斷層的表達更為清晰，就無法脫離空間插值技術的運用[3]。針對露天礦坑而言，在采集前期數據時，可通過Kriging插值方法的運用進行數據獲取，隨后在雙線性插值的運用下進行數據獲取，如此一來不但可實現機時減少，同時也能為數據提供準確性保障。

再次，數據結構組織。就礦體地表勘探而言，地表上描述的點、線的特征都有著極為重要的作用，然而在規則模型中對這些點線進行描述時卻難以實現生動性、真實性，故而應借助不規則網格模型充分描述地表面上的點、線特征。就露天礦場而言，最為適用的模型便是不規則網格模型，可使這類不規則的多邊形太朝著三角形網格形態轉化，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可將任意地質平、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象逐一連接首位，得到連續剖面線；而后，以坐標轉換操作所得剖面線，將坐標網格添加后，也就完成了剖面圖的繪制。

4 結語

礦山工程中三維可視化技術的應用，可以綜合性的對地質體、采礦工程三維信息進行分析及展示，有利于采礦流程的簡化，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采礦工程的進一步發展，其現實意義十分重要。