董楠+劉學(xué)偉

（黑龍江省地質(zhì)測(cè)繪院，哈爾濱150030 黑龍江省國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃院 哈爾濱150056）

摘要：在礦山勘探中運(yùn)用三維建模和可視化技術(shù)，對(duì)認(rèn)識(shí)礦區(qū)礦體的形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀及指導(dǎo)礦山后續(xù)探礦等具有重要作用。本文借助于Surpac軟件，對(duì)礦山勘探工程進(jìn)行三維建模，將可視化仿真技術(shù)應(yīng)用于礦山勘查開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，從而科學(xué)地反映礦床資源，直觀形象地分析出礦山地質(zhì)各要素在空間分布上對(duì)礦體的影響，并在簡(jiǎn)化和精確礦山儲(chǔ)量計(jì)算，布置探礦工程以及開(kāi)發(fā)技術(shù)設(shè)計(jì)上發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：可視化技術(shù)； 三維建模；Surpac軟件

1概述

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和3S技術(shù)（RS，GIS，GPS）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，在地質(zhì)找礦和礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)中，以平面圖和剖面圖為主的傳統(tǒng)地質(zhì)信息表達(dá)逐漸被以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)為核心的三維地質(zhì)建模及可視化技術(shù)應(yīng)用所取代，滿足了現(xiàn)代礦山數(shù)字化、信息化發(fā)展的需要。

三維建模及可視化技術(shù)是由統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)將地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)工作中所獲得的海量地質(zhì)信息融入其中，能做到快速直觀地展現(xiàn)礦體的空間展布，快速挖掘地質(zhì)資料中的找礦信息，從而大大提高礦山設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量及礦山勘探工程工作效率。

在眾多地質(zhì)三維建模及可視化軟件中，Surpac軟件憑借先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、三維可視化圖形技術(shù)、基于Java語(yǔ)言的圖形用戶界面以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，廣泛應(yīng)用于礦山的勘探工程布置、礦產(chǎn)儲(chǔ)量估算和礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)等眾多方面。Surpac軟件中有三個(gè)主要模塊，依據(jù)工作流程分別是建立數(shù)據(jù)庫(kù)、構(gòu)模和賦值。建立數(shù)據(jù)庫(kù)是構(gòu)模與礦量計(jì)算的基礎(chǔ)，提供著最基本的地質(zhì)信息；構(gòu)模是完成三維可視化的關(guān)鍵模塊；賦值是對(duì)建立的模體予以量化，用以儲(chǔ)量計(jì)算及完善計(jì)劃編制。

2 建立數(shù)據(jù)庫(kù)

三維建模和可視化的前提是根據(jù)已有的勘探工程資料建立起勘探數(shù)據(jù)庫(kù)。Access數(shù)據(jù)表是Surpac軟件數(shù)據(jù)庫(kù)建立的基礎(chǔ)，通過(guò)空間數(shù)據(jù)表和屬性數(shù)據(jù)表來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，空間數(shù)據(jù)表由系統(tǒng)自動(dòng)生成，為強(qiáng)制表，屬性數(shù)據(jù)表有3種類型，分別為間隔型、點(diǎn)型和離散型?？臻g數(shù)據(jù)表一般由4個(gè)表組成，即鉆孔表、測(cè)斜表、轉(zhuǎn)換表及風(fēng)格表，借助于Surpac軟件的圖形顯示系統(tǒng)，空間數(shù)據(jù)表用來(lái)直觀展示勘探工程的位置、軌跡等空間信息。屬性數(shù)據(jù)表用來(lái)記錄空間圖形的屬性內(nèi)容，由巖性表、樣品表、構(gòu)造表等組成，屬性數(shù)據(jù)表借助Surpac數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯關(guān)聯(lián)，顯示出勘探工程的屬性信息。Surpac軟件支持開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)（ODBC），用大范圍的管理力量來(lái)存儲(chǔ)和操作地質(zhì)勘探信息，使用簡(jiǎn)單的連接方式與存在的數(shù)據(jù)庫(kù)如Access，SQLserver，Oracle相連。Surpac軟件具有靈活的數(shù)據(jù)輸入及編輯功能，用戶操作方便。Surpac數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢查和提示數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中的遺漏和錯(cuò)誤所在。Surpac軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)后，數(shù)據(jù)共享更容易、無(wú)需轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式、方便對(duì)數(shù)據(jù)文件的有效管理。

3 構(gòu)建三維可視化模型及其在礦山勘查開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

將收集得到的礦山資料錄入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表格內(nèi)，通過(guò)掛接導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)里，在礦山勘探地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立完成后，通過(guò)三維建模與可視化技術(shù)，獲取礦體與周圍地質(zhì)要素間的相互關(guān)系。Surpac軟件主要采用不規(guī)則三角網(wǎng)法進(jìn)行模型構(gòu)建，從而具有強(qiáng)大的三維繪圖及可視化仿真功能，通過(guò)使用控制線建模技術(shù)，使得三維可視化建模結(jié)果更為合理準(zhǔn)確。Surpac軟件在勘探工程中的三維可視化模型構(gòu)建主要有以下幾種方式：

3.1地層三維可視化建模

地層三維可視化建模主要依據(jù)勘探工程數(shù)據(jù)庫(kù)和解譯剖面圖，通過(guò)提取數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)勘探工程地層數(shù)據(jù)，建立起解譯剖面圖上的地質(zhì)界線，將各個(gè)地層的地質(zhì)界線連接形成實(shí)體模型，即地層三維可視化模型。地層三維可視化模型會(huì)受到地表及構(gòu)造等影響，要對(duì)地層三維可視化模型應(yīng)用布爾運(yùn)算進(jìn)行修飾。在建模時(shí)，通過(guò)提取勘探工程數(shù)據(jù)庫(kù)中巖性數(shù)據(jù)及其化驗(yàn)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)出各種巖性對(duì)應(yīng)的不同礦石品位，進(jìn)而對(duì)不同巖性間的相互關(guān)系展開(kāi)分析，形象直觀的尋找地層成礦線索。

3.2 構(gòu)造三維可視化建模

構(gòu)造三維可視化建模通過(guò)不規(guī)則三角網(wǎng)產(chǎn)生構(gòu)造的形態(tài)模型，以逼近構(gòu)造的空間展布狀態(tài)。先將勘探工程數(shù)據(jù)庫(kù)解譯，得出構(gòu)造剖面圖，再將構(gòu)造圖形連接形成可視化模型。勘探區(qū)內(nèi)的構(gòu)造穿插次序可以通過(guò)構(gòu)造建模予以揭露，從而掌握礦體和構(gòu)造的位置關(guān)系，以及構(gòu)造對(duì)礦體的導(dǎo)礦和控礦作用。

3.3 巷道三維可視化建模

巷道三維可視化模型建立是通過(guò)巷道底板中線和巷道斷面來(lái)實(shí)現(xiàn)的，采用實(shí)際的巷道斷面，結(jié)合勘探工程數(shù)據(jù)庫(kù)中的巷道軌跡，生成巷道三維可視化模型，并實(shí)現(xiàn)巷道三維可視化模型和取樣數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合，達(dá)到通過(guò)對(duì)巷道測(cè)量和編錄取樣來(lái)控制礦體。采用巷道實(shí)際數(shù)據(jù)建立起巷道三維可視化模型，能直觀反映礦體工程的空間位置和相應(yīng)的礦體品位，對(duì)后續(xù)勘探工程的合理布置起到指引作用。

3.4采場(chǎng)三維可視化建模

采場(chǎng)三維可視化建模依據(jù)礦山實(shí)際生產(chǎn)情況，先對(duì)采場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，或者對(duì)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，完善制作采場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)所需要的表格，進(jìn)而利用采場(chǎng)輪廓線建立起采場(chǎng)三維可視化模型，通過(guò)與巷道可視化模型的有機(jī)結(jié)合，重現(xiàn)采礦工程的布置和開(kāi)采情況，礦體的展布規(guī)律和礦石品位情況一目了然，有利于指導(dǎo)下一步的探礦和采礦工作。通過(guò)采場(chǎng)三維可視化建?？梢粤私獾V區(qū)開(kāi)采現(xiàn)狀，指導(dǎo)制訂后期探礦和采礦計(jì)劃，從而避免因探礦工程布置不合理而出現(xiàn)的資源浪費(fèi)和生產(chǎn)安全事故。

4塊體模型賦值

通過(guò)剖面法建立起礦區(qū)實(shí)體模型，三維可視化建模形成的實(shí)體模型只是一個(gè)空間實(shí)體，對(duì)實(shí)體量化賦值之后才能應(yīng)用于礦山工程研究和實(shí)施的技術(shù)設(shè)計(jì)。運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法，根據(jù)空間位置和范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，建立起礦區(qū)塊體模型，對(duì)塊體進(jìn)行品位、比重等屬性賦值，通過(guò)塊體建模的賦值及計(jì)算實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦體空間分布到礦體品位分布的掌握，還能快速準(zhǔn)確的計(jì)算出礦區(qū)的資源儲(chǔ)量。通過(guò)塊體模型建立實(shí)現(xiàn)了由勘探數(shù)據(jù)向礦體空間數(shù)據(jù)的拓展，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦體的認(rèn)識(shí)由點(diǎn)、線到體的真正跨越。

5結(jié)論

礦體建模與可視化實(shí)現(xiàn)了對(duì)龐大地質(zhì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一有效管理，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，并加以直觀形象地展示，軟件模型的運(yùn)用降低了礦山品位分析上的技術(shù)難度，普通技術(shù)人員就可以掌握礦體的形態(tài)及其在空間上的展布規(guī)律。真正實(shí)現(xiàn)了礦產(chǎn)勘查手段向系統(tǒng)化、數(shù)字化和多樣化方向發(fā)展，大幅度提高礦山勘查和生產(chǎn)效率。

Surpac軟件提供了功能強(qiáng)大的三維可視化建設(shè)的工具和模塊，有多種建模方式供選擇，輕松實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)操作。礦體建模與可視化完成后，對(duì)進(jìn)一步探礦工程布置和采礦設(shè)計(jì)起到重要的指導(dǎo)作用。

礦體的建立和塊體的賦值簡(jiǎn)化和精確了礦山儲(chǔ)量計(jì)算，可有效地保護(hù)礦產(chǎn)資源，使之合理利用，延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限。

參考資料：

[1] 呂鵬飛等. 我國(guó)數(shù)字礦山發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)探討[J]. 工礦自動(dòng)化， 2009（9）：16～20.

[2] 吳亞斌. 基于SURPAC軟件礦山數(shù)字化的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2010， 3：66～69.