基于傾斜攝影測量的礦山三維地質數值建模方法

張有祥，安平利，劉宏運

（北京榮創巖土工程股份有限公司，北京 100000）

在以往的礦山三維地質數值建模中，主要存在模型層次細節顆粒度低的問題，無法為后續礦山工作提供高精準度的數據。基于此，本文通過傾斜攝影測量，設計一種新型礦山三維地質數值建模方法，具體內容如下文所述。

1 傾斜攝影測量概述

傾斜攝影測量技術屬于我國高新領域的研究內容，此項技術的提出，完全顛覆了傳統測量技術中存在的僅可實現對監測點垂直檢測的問題。

在使用提出技術進行實際測量工作過程中，可在一個相同的平行架上搭設多個傳感設備與通信設備，因此，在進行數據時，可實現對同一點數據的多維度測量。而使用此種測量方式，更加有利于提供使用者一個直觀的觀看感受。此項技術不僅可以實現對檢測點的精準定位，同時也可以更具時效性的為使用者還原一個真實的地質信息。而此項技術提供給測量者的精準定位功能，可將地質環境中多種有機物體進行嵌入式定位，從而使獲取的影像、圖片等數據信息內容更加豐富，給予使用者更為優越的使用體驗，實現了對傳統測量技術功能、性能的拓展。

2 傾斜攝影測量建模優勢

以往針對礦山地質測量的傳統工作行為中，研究者通常將獲取的信息數據進行融合處理后，使用CAD、3D、PS 等相關輔助性繪圖工具，對測量得到的物體輪廓進行定位，盡管此種建模方式可實現基礎礦區的地質勘查需求，但由于上述提出的輔助性繪圖軟件在使用中，受到的外界干擾較大，從而導致最終的測繪成果與勘查點存在偏差。并且，傳統的測量建模行為實施需要由人工參與工作，受到操作者主觀性行為的影響，會使導出的建模成果存在紋理、紋路、精度等方面的誤差。因此，傳統的攝影建模方法在使用中具有測繪周期長、測量結果精度低等顯著問題。而這些問題的出現，會在不同程度上導致獲取的數據缺乏價值與真實性，無法在實際層面上滿足礦山地質開發工程的需求。

3 基于傾斜攝影測量的礦山三維地質數值建模方法

礦山三維地質數值建模在開展過程中，針對礦山地質三維模型的搭建采用的是人機交互式單元分割-拼接建模方法，基于傾斜攝影測量共同實現的[1]。基于傾斜攝影測量的礦山三維地質數值建模具體流程，如圖1 所示。

圖1 基于傾斜攝影測量的礦山三維地質數值建模流程圖

結合圖1 所示，下文進行針對基于傾斜攝影測量的礦山三維地質數值建模流程的詳細闡述。

3.1 基于傾斜攝影測量采集礦山地質數據

在礦山三維地質數值建模中，首先，基于傾斜攝影測量，通過對檢測點的精準定位，在一個相同的平行架上搭設多個傳感設備與通信設備，通過對同一點數據的多維度測量，收集礦山三維地質數值建模所需的數據。而后，整理成滿足建模軟件可使用的數據格式，主要包括圖片、WORD 及紙質格式的水文、工程鉆孔數據；地下水位、水質監測井，供水井動態數據；地質地貌圖、綜合水文地質圖、水化學類型、礦化度圖等矢量圖件數據；紙質水文、工程地質剖面圖和剖面平面部署圖數據；PDF 或WORD 格式成井報告數據。在礦山地質數據采集工作中，充分運用傾斜攝影測量能夠實現對礦山地質數據全方位的精準采集[1]。并且在確保滿足實際需求的情況下，利用傾斜攝影測量，進行立體成像實現360°的無死角轉換，在各個角度對礦山地質數據的采集。

3.2 區域地質剖面預處理

在三維地質建模之前，需要對即將導入的礦山地質剖面數據進行預處理，主要包括：剖面初始化制作：利用收集到的鉆孔、監測井、水文地質圖、地形地貌圖、地質成果報告，為了避免系統自動化生成剖面較“生硬”的現象，可以通過礦山地質專業技術人員結合自身豐富的地質工作經驗技術在紙介質上刻畫初始的礦山地質剖面圖，系統反應區域地表地信和地貌特征、地下地質和構造特征、地下水位變化特征、含水和隔水巖組分布特征，形成較為完整的剖面邊界線數據[2]。通過圖件矢量化的方式，將紙質的礦山地質剖面經過掃描成圖，然后在CAD 中進行人工矢量化，對剖面邊界線進行拓撲查錯，再進行拓撲造區處理，形成矢量剖面數據。剖面區賦參數屬性：結合鉆孔數據，制定標準地層表，制作剖面區參數屬性圖例版，最終制作出帶有標準化顏色、紋理和屬性的標準地下礦山地質三維剖面數據。

3.3 剖面一致性檢查

經過本次項目工作的開展，發現外部剖面在矢量化和屬性數據錄入完成導入軟件三維建模系統過程中，經常出現經過同一個鉆孔的不同剖面地層出現不能對齊現象[3]。為快速有效的解決層數相同且地層能夠相互對齊待建模所需的剖面圖全部修改完善后，選用單元格自動生成功能，進行屬性一致性檢查、厚度一致性檢查、分層界限一致性檢查。針對相交的剖面之間進行檢查，確保屬性結構一致、相交剖面處的剖面厚度一致、分層界線一致。

3.4 完成礦山三維地質數值建模

在此基礎上，通過上述對礦山工程的地質三維建模，可輸出在不同地質區域內的三位網格圖形，可將每一個網格圖形近似看作一個地質實體模型，并采用將每個地質模型進行獨立拼湊的方式，完成對礦區整體的建模處理。并且，可以借助關輔助性繪圖工具將工程地質網格信息拼接在一起，而通過此種方式，可導出一個相對完整的立體化模型。總之，使用本文提出的三維地質測繪技術，可省略后期人工參與建模的行為，實現對建模過程中相關數據的有效補充，以此使礦區地質更為全面的呈現給研究者。

4 實例分析

4.1 實驗準備

設計實例分析，本文實例分析選取某礦山地質調查工作區進行實驗，工作區內主要構造斷塊有凸起以及凹陷兩種形式，在區域上屬于斷陷構造單元。本次實驗通過對該礦山地質調查工作區進行三維數值建模，首先使用本文基于傾斜攝影測量設計建模方法，對該礦山地質調查工作區進行三維數值建模，通過matalb 軟件測得其建模的層次細節顆粒度；再使用傳統建模方法，對該礦山地質調查工作區進行三維數值建模，同樣通過matalb 軟件測得其建模的層次細節顆粒度。本次實例分析對比指標為建模層次細節顆粒度，建模的層次細節顆粒度越高，證明礦山三維地質數值建模精度越高。

4.2 實驗結果分析與結論

整理實驗數據，如表1 所示。

表1 建模層次細節顆粒度對比表

通過表1 可知，實驗組建模層次細節顆粒度明顯高于對照組，可以實現高精度的礦山三維地質數值建模，證明其具有現實應用價值。

5 結語

本文通過實例分析的方式，證明了設計建模方法在實際應用中的適用性，以此為依據，證明此次基于傾斜攝影測量優化設計的必要性。

因此，有理由相信通過本文設計，能夠解決傳統礦山三維地質數值建模中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現為未對本次建模層次細節顆粒度測定結果的精密度與準確度進行檢驗，進一步提高建模層次細節顆粒度測定結果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。

與此同時，還需要對礦山三維地質數值建模方法的優化設計提出深入研究，以此為提高礦山三維地質模型綜合質量提供建議。