固定礦產資源勘查過程中的三維圖像定位法設計研究

李 玲

（甘肅省地質礦產勘查開發局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水，741020）

當前三維圖像定位技術在各個領域中的應用十分廣泛，實現了多方面的可視化發展。同時，三維圖像定位是遙感技術當中的核心組成部分，是影像定位發展至今的最高階段。三維圖像定位技術中融合了現代信息技術中的攝影、測量、傳感器、互聯網等多項技術。

在實際應用過程中，主要應用原理是依靠衛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的電磁波信號，并將定位對象發射回的反射線進行傳輸，再通過對各個信號進行接收、分析及處理，獲得定位對象相關的地質條件特征[1]。

當前三維圖像定位技術不僅可以適用于范圍較廣區域的圖像定位，并且定位精度以及運行效率不會受到被定位對象周圍環境的影響。固定礦產資源勘查是發現礦床并查明該礦床中礦體的具體分布、分布種類、質量以及數量等，是滿足國家建設以及礦產資源開發企業需要的全部地質勘查任務。礦產資源通常深埋于地下，具有稀少、結構復雜和位置隱蔽的特點，因此采用常規的勘查手段需要消耗大量的人力和物力的投入[2]。因此應用一種更加合理的技術手段在礦產資源的勘查階段始終貫徹循環經濟的原則十分重要。基于此，本文開展固定礦產資源勘查過程中的三維圖像定位法設計研究。

1 固定礦產資源勘查過程中的三維圖像定位法設計

1.1 建立固定礦產資源三維可視化模型

由于在進行固定礦產資源勘查過程中，周圍礦山地質構造十分復雜，因此單純采用表面模型分割方法很難得到清晰、準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體進行描述。具體操作步驟為：首先，直接將獲取到的三維數據場在顯示器上生成二維圖像，保留體素中的細節信息數據。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，實現對礦體中非均質地質體的表達。其次，在進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散[3]。將勘查對象劃分為若干個體素，并建立相應的橫軸坐標x，縱軸坐標y，以及垂直坐標z。在x軸上分割出對應的a個單元，在y軸上分割出對應的b個單元，在z軸上分割出對應的c個單元，從而得到用a×b×c個體素構成的勘查對象三維可視化模型。在模型當中，每一個體素均代表某一類屬性數值，例如礦山巖石的密度大小、磁性強弱等[4]。同時，固定礦產資源三維可視化模型還可以利用數值型數據表示，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，attribute表示為個體素的屬性。在實際固定礦產資源勘查過程中，只需要將各屬性均按照上述空間坐標的順序填寫在對應的數據文件當中，將各個提速的數值省略即可，從而得到簡化的三維可視化模型數據文件格式：R，S，T。數據文件當中，R，S，T表示為文件頭，記錄了空間坐標上共劃分的等份數目，為三維可視化模型空間位置對應的屬性值。

1.2 基于三維插值算法的圖像柵格數據采集

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

由于外推能力越強，則對地質體的逼近程度越高，因此根據這一特點，結合三維插值算法，對圖像的柵格數據進行采集[5]。假設在三維可視化模型當中存在多個采樣點，并通過測量得到相應的數值，以及測量點的空間坐標，求解出三維可視化模型中網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據；δn（n=1，2，…）表示為待定系數。在最小二乘積的定義下，擬合測量點的具體測量數值。該算法針對規模較大的散亂數據依然有效，并且擬合的精度與其它算法相比更高，計算量也相對較少，根據上述原理，可在相應的分析平臺當中開發全新的三維可視化網格數據生成器，從而通過對權重函數的調節，實現對圖像柵格數據的采集，并保證該數值與實際值之間的誤差達到最小。

1.3 柵格數據與可視化模型的映射定位

結合高層次可視化語言IDL軟件，實現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的顏色表。其次，再將經過三維插值算法采集到的圖像柵格數據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，將透明值設置為0～1之間的數值，當數值為0時，則說明圖像完全透明；當數值為1時，則說明圖形完全不透明。通過改變三維圖像的顏色以及透明度產生的不同視覺效果，從而實現對固定礦產資源的特征突出描述，展現待勘查礦體的深部地質條件信息。

圖1為經過三維插值算法處理后的圖像柵格數據與三維可視化模型的映射關系。

圖1 圖像柵格數據與三維可視化模型的映射關系

為了更好地實現對三維圖像的可視化描述，應用IDL語言開發三維地質信息[6]。通過映射，勘查人員可以從不同的角度對被勘查對象進行觀察，并保存其三維空間地質信息，實現對固定礦產資源的定位，并為進一步詳細的觀察創造可視化條件。

2 實驗論證分析

選用某地區金屬礦床的勘查結果資料，對本文提出的固定礦產資源勘查過程中的三維圖像定位法與傳統定位方法進行對比實驗。

通過資料顯示，該區域內存在8種不同時期形成的地層結構，并且各地層結構的礦產資源豐富度均存在較大差異。根據某種金屬礦產資源的含量高低，對8種地層結構進行劃分。在實驗研究區域內，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，并結合上述操作，完成對固定礦產資源的定位。再利用傳統方法對該研究區域的固定礦產資源進行定位，對比兩種方法的定位結果，并將結果繪制成如圖1所示的實驗結果對比表。

表1 兩種方法定位固定礦產資源定位結果對比表

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

3 結語

本文提出的固定礦產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據處理當中，具有減小誤差、提高計算速度等優勢。

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