礦山地質(zhì)論文礦山工程三維可視化技術(shù)應(yīng)用

　　三維可視化技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)及圖形學(xué)發(fā)展的熱門之一，這篇礦山地質(zhì)論文認(rèn)為它可以利用在任何的礦山工程中，它是依靠直觀的視覺效果把要表達(dá)的數(shù)據(jù)信息，以最直觀生動(dòng)的形式展現(xiàn)出來，本文通過三維可視化技術(shù)的研究意義及創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)際分析此技術(shù)在礦山開采過程中的相關(guān)問題，滿足我國(guó)現(xiàn)階段生產(chǎn)過程中的技術(shù)需求，為我國(guó)礦山產(chǎn)業(yè)科學(xué)開采水平的提高，提供一定的參考依據(jù)。《中國(guó)礦山工程》(雙月刊)創(chuàng)刊于1972年，是由中國(guó)有色工程設(shè)計(jì)研究總院主辦的刊物�！�中國(guó)礦山工程》本刊是實(shí)用性很強(qiáng)的有色金屬礦山采、選綜合性期刊，其內(nèi)容與礦山生產(chǎn)、設(shè)備應(yīng)用情況緊密相連，本刊主要報(bào)道國(guó)內(nèi)外礦山生產(chǎn)和科研成果.

　　摘要：三維可視化作為顯示、描述和理解地下及地面諸多地質(zhì)現(xiàn)象特征的一種工具，廣泛的應(yīng)用于質(zhì)地和地球物理學(xué)的所有領(lǐng)域，本文通過介紹礦山工程的特點(diǎn)，以及三維可視化技術(shù)應(yīng)用礦山工程的優(yōu)越性及技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，從實(shí)際出發(fā)，探討三維可視化技術(shù)在礦山工程技術(shù)中的創(chuàng)新應(yīng)用，以提高我國(guó)礦山工程技術(shù)的綜合實(shí)力。

　　關(guān)鍵詞：三維可視化;礦山;工程應(yīng)用

　　隱蔽性、復(fù)雜性、構(gòu)造多變性是礦山地質(zhì)的基本特點(diǎn)，是經(jīng)歷了漫長(zhǎng)歲月演化而生成的地質(zhì)體，而我們的礦山工程開采就是要在這樣的地質(zhì)條件下進(jìn)行相關(guān)生產(chǎn)，為了保障礦山工程開采的順利進(jìn)行，在實(shí)際生產(chǎn)之初就要對(duì)相關(guān)的礦體進(jìn)行縝密的勘探及開采可行性報(bào)告分析。在勘探施工過程中，需要對(duì)各類信息進(jìn)行相關(guān)處理，怎樣才能將這些繁雜的信息以更加生動(dòng)、準(zhǔn)確的形式展現(xiàn)在技術(shù)人員的面前，這就需要我們利用一種新的技術(shù)才能得以實(shí)現(xiàn)，目前我國(guó)的礦山工程主要還是以圖紙、文字的展示形式進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的展現(xiàn)，這種方式對(duì)于勘探后期的工程設(shè)計(jì)修改及資料查詢很不方便，還有這些信息資料大多是數(shù)字形態(tài)，或點(diǎn)線面的關(guān)系，對(duì)立體直觀的東西無法妥善的體現(xiàn)，不利于地質(zhì)工作者觀察地質(zhì)條件，對(duì)于正確的提出開采建議、減少勘探風(fēng)險(xiǎn)是十分不利的，所以利用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)三維可視化技術(shù)，對(duì)提高我國(guó)礦山工程技術(shù)具有積極的意義。

　　1礦山地質(zhì)三維可視化概述

　　礦山地質(zhì)三維可視化，是利用計(jì)算機(jī)將三維計(jì)算的能力把礦山地質(zhì)、礦山工程在三維空間中進(jìn)行展現(xiàn)及分布，并對(duì)展現(xiàn)的效果進(jìn)行綜合分析以達(dá)到信息參考的作用，生成的三維地質(zhì)體可以增強(qiáng)地質(zhì)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)力，提高礦山工程技術(shù)人員觀察礦體表現(xiàn)的效率，重點(diǎn)解決礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)分析過程中表達(dá)不準(zhǔn)確等問題，礦山地質(zhì)三維可視化技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義及發(fā)展前景。

　　2礦山工程技術(shù)三維可視化建模的難點(diǎn)

　　在礦山工程三維可視化建模中，模擬的對(duì)象往往十分復(fù)雜且無規(guī)律可言，因?yàn)榈刭|(zhì)體的形態(tài)往往千變?nèi)f化，且會(huì)隨著時(shí)間的推移而產(chǎn)生變化，模擬勘探空間所占的范圍非常大，往往涉及幾十公里甚至更大，為了描繪礦山相關(guān)特征，需要大量的勘探及測(cè)量獲得，由于地質(zhì)對(duì)象的復(fù)雜性，獲得地質(zhì)數(shù)據(jù)往往變的十分困難，地質(zhì)數(shù)據(jù)存在很多不確定性，當(dāng)經(jīng)濟(jì)條件、人員素質(zhì)、裝備儀器達(dá)不到進(jìn)行充分?jǐn)?shù)據(jù)采集時(shí)，所得到的地質(zhì)數(shù)據(jù)往往是單一相互脫節(jié)的，在整個(gè)勘探過程中呈現(xiàn)隨機(jī)分布的問題，這些不規(guī)則且部分丟失的數(shù)據(jù)，對(duì)于三維可視化建模來說，是一個(gè)必須要解決的問題。

　　3礦山工程三維可視化建模技術(shù)特點(diǎn)

　　礦山工程三維可視化建�？梢允沟V山數(shù)據(jù)更加生動(dòng)的表現(xiàn)出來，各種數(shù)據(jù)關(guān)系表現(xiàn)更加明確，但是由于勘探資金及勘探條件的限制，很多時(shí)候勘探經(jīng)費(fèi)并不能滿足整個(gè)廣袤區(qū)域的完全勘探，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，很多地區(qū)勘探條件太差，專業(yè)技術(shù)人員及設(shè)備往往難以到達(dá)，最終實(shí)際獲得的勘探數(shù)據(jù)，往往是不完整的，這對(duì)實(shí)現(xiàn)礦山工程三維建模造成了一定的困難，所以必須依靠相應(yīng)的技術(shù)手段，才能將數(shù)據(jù)最終形成可視化效果，具體的方法往往采用：空間插值技術(shù)、三維數(shù)據(jù)表達(dá)技術(shù)、三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。

　　3.1空間插值技術(shù)

　　常用的插值方法往往采用距離冪次反比法、樣條函數(shù)法、克里格插值法等，不同的地質(zhì)條件及礦體周邊環(huán)境要求我們，要根據(jù)不同的特點(diǎn)，選擇最適合的插值方法，才能保證取得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如果運(yùn)用不符合礦體要求的插值方法，會(huì)大幅度提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量加大運(yùn)算時(shí)間，降低計(jì)算機(jī)內(nèi)存，使得可實(shí)行性降低，對(duì)于關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)，可以采用Kriging插值方法獲取數(shù)據(jù)，對(duì)于非關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)，我們可以采用距離冪次反比法。

　　3.2三維數(shù)據(jù)表達(dá)技術(shù)

　　三維空間數(shù)據(jù)的表現(xiàn)對(duì)于三維可視化技術(shù)來說是一個(gè)關(guān)鍵性問題，所建立的三維質(zhì)地模型要首先滿足充分表現(xiàn)基本地質(zhì)信息的要求，其次要能進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?jì)算，以方便各種屬性信息的傳遞及數(shù)據(jù)交換;從數(shù)據(jù)研究的層面上來觀察，三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要有基于面和基于體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式，基于面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式是參照于各個(gè)單元面，將三維空間中的幾何特性充斥其中進(jìn)行分析，其次是基于體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式，是用真實(shí)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行地質(zhì)空間的實(shí)際描述。

　　3.3三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)方式，是需要將各種獲取的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行相關(guān)的存儲(chǔ)，進(jìn)而將數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的表達(dá)，通過相關(guān)的圖標(biāo)及數(shù)據(jù)矩陣對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。在三維可視化技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用中，重點(diǎn)是要進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇，這就需要通過各種邏輯關(guān)系及對(duì)應(yīng)空間關(guān)系，將所要描述的礦體地表結(jié)構(gòu)及空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行生動(dòng)展現(xiàn)，所以在選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，要充分的貼合真實(shí)數(shù)據(jù)，只有這樣才能充分表現(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系。

　　4以露天礦工程三維空間建模的實(shí)例分析

　　4.1三維空間建模內(nèi)容

　　建模內(nèi)容首要針對(duì)：地表、斷層、礦體三大部分進(jìn)行建模，地表是指自然形成的山坡，還有人為采剝工程，形成的人工邊坡;斷層是在礦體內(nèi)部，具有地質(zhì)資料描述的、規(guī)模較大的斷層;礦體是三維建模空間中最要的部分，也是核心區(qū)域。

　　4.2礦山三維建模過程

　　三維質(zhì)地建模首先需要對(duì)勘探的礦山進(jìn)行基本信息數(shù)據(jù)的采集，隨后通過空間數(shù)據(jù)插值得以滿足數(shù)據(jù)的完整性及準(zhǔn)確性，選擇適合的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)以便更清晰的進(jìn)行描述，最終繪制圖形以達(dá)到礦山三維建模的要求。第一：首先需要對(duì)地表數(shù)據(jù)、斷層數(shù)據(jù)、礦體數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)采集，在采集過程中所有數(shù)據(jù)均通過實(shí)際測(cè)量獲得，針對(duì)礦山周邊的天然邊坡，可以通過地質(zhì)平面圖，將平面圖上的邊界點(diǎn)及等高點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合;對(duì)于人工邊坡可采用境界圖進(jìn)行采集，采集度越高、取樣點(diǎn)越密集，越能充分反映相關(guān)考查的地表特征;礦體斷層及主礦體數(shù)據(jù)，可以根據(jù)其剖面圖，將邊界線中的控制點(diǎn)拷貝到平面圖上，最后結(jié)合剖面圖上的相關(guān)數(shù)據(jù)分類，最終獲得斷層及礦體的基本數(shù)據(jù)。

　　第二：針對(duì)露天礦場(chǎng)來說，礦場(chǎng)涉及的操作范圍很大，僅僅依靠前期勘探技術(shù)人員的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要，為了能更加清晰的表達(dá)礦坑、斷層，必須要采用空間插值技術(shù)才能得以實(shí)現(xiàn)，一般對(duì)于露天礦坑前期數(shù)據(jù)采集，可以采用Kriging插值方法獲取數(shù)據(jù)，隨后再采用雙線性插值獲取數(shù)據(jù)，這樣既可以節(jié)約機(jī)時(shí)，同時(shí)也可以保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，第三：對(duì)于勘探礦體中的地表來說，地表上所描述的點(diǎn)、線特征是十分重要的，但在規(guī)則的模型中很難將這些點(diǎn)線進(jìn)行生動(dòng)描述，所以需要通過不規(guī)則網(wǎng)格模型，將地表面上的點(diǎn)、線特征予以充分描述，對(duì)于露天礦場(chǎng)來說，用不規(guī)則的網(wǎng)格模型是最適合的，最終將這些不規(guī)則的多變形態(tài)，轉(zhuǎn)化成三角形網(wǎng)格形態(tài)，以供繪制參考。第四：繪制圖形，將得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)繪制地表、斷層以及主礦體的基礎(chǔ)模型，隨后將這三種不同的地質(zhì)模型進(jìn)行相互的組合與裁剪，最后形成最終的三維地質(zhì)模型。

　　5建立礦山三維地質(zhì)模型的實(shí)際意義及巨大作用

　　礦山三維可視化技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用，對(duì)礦山技術(shù)人員及前期勘探人員具有著積極的意義，它可更加準(zhǔn)確的將礦山地質(zhì)空間形態(tài)的每一個(gè)細(xì)節(jié)表現(xiàn)出來，對(duì)整個(gè)礦山的開采挖掘提供了建設(shè)性的指導(dǎo)意見，具體的體現(xiàn)有：第一：通過觀察礦山的三維地質(zhì)模型，可以對(duì)整體礦產(chǎn)有更加清晰的認(rèn)識(shí);可以充分的對(duì)礦產(chǎn)周邊的其它地質(zhì)形態(tài)進(jìn)行分析，這些數(shù)據(jù)的分析，對(duì)前期勘探及后期開采過程中的方向性指引，有著至關(guān)重要的作用。第二：通過三維地質(zhì)模型的建立，可以對(duì)勘探礦產(chǎn)的任何區(qū)域、任何工作面進(jìn)行相關(guān)的分析，最終形成完整的礦產(chǎn)剖面圖，在礦產(chǎn)開發(fā)前期的勘探過程中，準(zhǔn)確的計(jì)算出礦產(chǎn)地質(zhì)的儲(chǔ)量，對(duì)后期的礦山建設(shè)等級(jí)提供參考意見。第三：可以通過三維地質(zhì)模型，設(shè)計(jì)出邊坡的臺(tái)階高度，整體的開采支撐結(jié)構(gòu)，制定準(zhǔn)確且可行性高的開采計(jì)劃，為后期的開采能力及安全生產(chǎn)提供一定技術(shù)保證。第四：通過礦山三維地質(zhì)模型，可以有效的預(yù)防工程地質(zhì)災(zāi)害，可以使地質(zhì)工作者便捷的發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域，以及時(shí)的采取相應(yīng)的預(yù)防措施，將地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性降到最低。

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