摘 要：三維地質(zhì)模擬是實現(xiàn)數(shù)字礦山建設(shè)的前提和核心基礎(chǔ)，為礦業(yè)開發(fā)帶來了新的機遇。但是，現(xiàn)階段的部分技術(shù)并不完善，在建設(shè)數(shù)字礦山的過程中遇到了很多的阻礙。從客觀的角度來分析，數(shù)字礦山的建立，并不僅僅是有利于開采礦產(chǎn)資源，同時能夠?qū)ΦV山的地質(zhì)條件以及周邊情況展開細致的研究，了解礦脈的分布，減少了地質(zhì)勘探人員的工作量，對日后的其他工作也具有較大的積極意義。因此，在未來的工作中，應(yīng)積極開展三維地質(zhì)的模擬和體視化，以此來完成技術(shù)的提升和勘探工作的進步。

關(guān)鍵詞：數(shù)字礦山 三維地質(zhì) 模擬 體視化

中圖分類號：TD17 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

作者簡介：任明龍（1992-）男，安徽淮北人，中國礦業(yè)大學(xué)，本科在讀。

我國礦山勘探、規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)、管理和監(jiān)控等全面信息仍處于起步階段，同時，多數(shù)礦山信息系統(tǒng)也僅僅是在起步階段，與一些發(fā)達國家相比，我國與他們的距離還是比較大的。數(shù)字礦山的建設(shè)，不僅僅有利于技術(shù)的發(fā)展，還可以盡早的縮小我國與發(fā)達國家之間的差距，通過實現(xiàn)三維地質(zhì)模擬，能夠在室內(nèi)完成較多的工作，減少了外出工作的時間，且得到的結(jié)果更加精準。在此，本文主要對數(shù)字礦山中三維地質(zhì)模擬與體視化展開討論。

1 三維地質(zhì)模擬與體視化內(nèi)容

從客觀的角度來分析，數(shù)字礦山主要是將現(xiàn)實工作中的礦山進行數(shù)字化處理，以此來完成礦山的分析、勘探、采集等工作，為后續(xù)的礦產(chǎn)開采提供必要的幫助。但是，由于現(xiàn)階段的部分技術(shù)還不成熟，體系還不健全，研究人員首先在數(shù)字礦山中三維地質(zhì)模擬與體視化的工作深入研究。就現(xiàn)階段的工作來看，三維地質(zhì)模擬與體視化的內(nèi)容集中在以下幾個方面：第一，利用單片機對測距儀所在的旋轉(zhuǎn)平臺，開展運動的控制以及相關(guān)電路的設(shè)計工作，以此來保證三維地質(zhì)的硬件標準。第二，為了組裝更加優(yōu)秀的3D激光掃描儀設(shè)備，主要將單片機、激光測距儀、攝像機作為主體。第三，基于二維平面模板的標定方法，用3D激光掃描儀從不同角度對巷道拍攝同一標定模板2幅以上的圖像，調(diào)用OpenCV求出攝像機的內(nèi)外參數(shù)，將數(shù)據(jù)存儲。第四，所有采集到的數(shù)據(jù)，都會得到相應(yīng)的處理，同時，積極構(gòu)建巷道三維立體模型，在客觀上實現(xiàn)三維可視化。第五，通過以上步驟的實施，基本上能夠?qū)崿F(xiàn)一個初步的數(shù)字礦上三維地質(zhì)模擬。

2 數(shù)字礦山中三維地質(zhì)模擬與體視化的硬件工作

2.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)

相對于其他的三維設(shè)計工作，數(shù)字礦山中三維地質(zhì)模擬與體視化更加復(fù)雜，為此，應(yīng)在硬件工作方面努力，保證具有多項功能，應(yīng)對多種復(fù)雜情況。三維地質(zhì)模擬與體視化的系統(tǒng)硬件設(shè)計、實現(xiàn)，主要通過以下工作來完成：第一，單片機主要是選擇體積小、功耗低、速度快的設(shè)備。本次研究主要選擇宏晶公司所生產(chǎn)的型號為8051的單片機。第二，在舵機的選擇方面，主要是選擇了型號為FUTABA的產(chǎn)品。該型號的舵機具有扭矩大、控制容易、穩(wěn)定性高的特點，符合數(shù)字礦山中三維地質(zhì)模擬與體視化的標準。第三，在實際的工作中，首先將攝像頭固定在托盤上面，在系統(tǒng)方面，主要是應(yīng)用下位機結(jié)構(gòu)。將下位機（單片機）設(shè)定為舵機角度的控制裝置，主要是負責(zé)運動控制。另一方面，在上位機計算復(fù)雜圖片的處理工作中，上位機和下位機主要是通過USB轉(zhuǎn)芯片使用RS232串口協(xié)議通信來完成的，總體上的操作比較簡單。

2.2單片機控制、檢測與通信

數(shù)字礦山三維地質(zhì)的模擬和體視化，并不是一件容易的事情，尤其是單片機的控制、檢測、通信工作，必須保證能夠與現(xiàn)實條件相符合。一般情況下，單片機的程序應(yīng)該具備C語言的編寫，可以在客觀上實現(xiàn)分模塊的處理，同時能夠在需要的時候，及時進行平臺升級，實現(xiàn)較多的功能處理。另外，當(dāng)單片機接受到指令的時候，應(yīng)立即進行相應(yīng)的判斷，同時自動進入相應(yīng)的子模塊，對指令進行處理，做出相應(yīng)的反應(yīng)。上位機應(yīng)基于OpenCV來設(shè)計，多數(shù)情況會采用模塊化的設(shè)計程序，將其劃分為檢測、繪圖、串口控制模塊三大部分。最后，系統(tǒng)的升級、程序維護方面，也要采用模塊化的方式，以此來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和硬件設(shè)備的流暢應(yīng)用。

3 數(shù)據(jù)的處理、建模及可視化的實現(xiàn)

對于數(shù)字礦山中三維地質(zhì)模擬與體視化而言，硬件方面的工作是基礎(chǔ)部分，數(shù)據(jù)的處理、建模以及可視化的實現(xiàn)，才是最重要的工作。在這個方面，由于現(xiàn)階段的部分技術(shù)和系統(tǒng)還不是很完善，因此在實際的工作中，造成了一些矛盾與沖突，在大量的研究和測試后，認為數(shù)據(jù)的處理、建模以及可視化的實現(xiàn)，應(yīng)從以下幾個方面來努力：第一，調(diào)用OpenCV求出攝像機的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)。第二，將采集到的數(shù)據(jù)和建模算法作為基礎(chǔ)，利用Windows平臺、VC++語言等程序，采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)來進行相關(guān)的圖形代碼編寫工作，同時，開展必要的物體、場景三維構(gòu)建，并進行相應(yīng)的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時修整。第三，應(yīng)用OpenGL進行三維渲染工作，促使圖像更加清晰。在屏幕上對該模型進行動態(tài)的顯示，使其能夠從不同的角度和范圍來進行觀察。至此，數(shù)字礦山三維地質(zhì)模擬與體視化基本上完成，倘若在實際的工作中遇到新的需求，可適當(dāng)?shù)脑谟布匣蛘哕浖献龀鱿鄳?yīng)的更改。綜上所述，數(shù)字礦山中三維地質(zhì)模擬與體視化比較復(fù)雜，硬件的設(shè)定和軟件的配合，都要結(jié)合實際情況來完成，同時，需根據(jù)不同礦山的情況來決定如何建立三維地質(zhì)。

4總結(jié)

本文對數(shù)字礦山中三維地質(zhì)模擬與體視化展開討論，從現(xiàn)有的工作來看，一般的礦山都能夠?qū)崿F(xiàn)三維構(gòu)建工作，其數(shù)字化的效果也比較理想。但是，隨著技術(shù)的提升和實際需求的增長，數(shù)字礦山中三維地質(zhì)模擬與體視化的各項要求也在增多，技術(shù)上的難度提升。為此，今后應(yīng)加強軟件和硬件的雙重研究，設(shè)定多種搭配方案，以此來實現(xiàn)三維地質(zhì)模擬與可視化的更大進步。

參考文獻

[1] 康志軍.基于EasyMap3D構(gòu)建煤礦三維地層信息管理系統(tǒng)[J].山西建筑，2011（07）

[2] 周濤發(fā)，袁峰，張明明，李曉暉，李修鈺，賈蔡.三維地質(zhì)模擬在深部找礦勘探中的應(yīng)用[J].安徽地質(zhì)，2011（02）

[3] 房曉敏，孟祥瑞，徐鋮輝.3DGIS構(gòu)模與FLAC-3D建模網(wǎng)格數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2010（04）

[4] 向中林，王妍，王潤懷.基于鉆孔數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)建模及可視化系統(tǒng)3DGMS的設(shè)計與實現(xiàn)[J].河南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010（06）