陳文婷

（西安地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院有限公司，陜西 西安 710000）

傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)勘查誤差較大，系統(tǒng)所確定的靶區(qū)與實際的礦山資源位置存在一定的偏差，并不能準確地反應出礦床的具體位置。在礦山勘查過程中，由于地質(zhì)現(xiàn)象的不均衡性，以及隨機性，容易產(chǎn)生礦巖石體、斷裂和剖面的自動生成。采礦地質(zhì)人員希望能夠更好地勘查礦體邊界，了解地質(zhì)構(gòu)造的三維形態(tài)，精準地查看地下地質(zhì)體，并實現(xiàn)礦床三維成像可視化，進行精準估算礦床開采設計。目前，國內(nèi)外對三維成像的研究，均處于中期階段。由于礦山本身就是一個三維的地理環(huán)境。

一般情況下在地質(zhì)勘查中，工程師根據(jù)勘查區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境收集數(shù)據(jù)，對其分析處理等。三維成像是在二維成像為基礎上，獲取三維圖像信息。通過立體觀測方式，更好的勘查礦山地質(zhì)。

1 基于礦山地質(zhì)勘查的三維成像系統(tǒng)硬件設計

為了更精準的勘查礦山地質(zhì)地形，設計三維成像硬件勘查礦山地質(zhì)，實現(xiàn)不同地形地貌的信息精準成像。設計系統(tǒng)時，需要評估系統(tǒng)的成本和復雜性等因素的影響。在3D成像系統(tǒng)的設置中使用單光子檢測器方法，該3D成像系統(tǒng)的光接收部分通過光纖連接，并且單光子的輸出端是輸入端光子檢測器。利用礦山地質(zhì)勘查的特征，針對三維成像技術(shù)進行再次設計，三維可視技術(shù)是三維成像系統(tǒng)硬件設計的核心和關(guān)鍵部分。采用與光纖相連接的方式，連接頭類型為PC，另一個為IAC[1]。

硬件主要應用于地形測繪、地質(zhì)測量、礦山探測等。通過三維成像系統(tǒng)硬件設計，為礦山地質(zhì)勘查軟件提供支持。

2 基于礦山地質(zhì)勘查的三維成像系統(tǒng)軟件設計

2.1 基于礦山地質(zhì)設計軟件程序

采集數(shù)據(jù)分為兩種模式，一種是廣播模式，廣播模式中，三維GIS技術(shù)自動采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集頻率為154Hz，并發(fā)送SET-BROADCAST-MODE數(shù)據(jù)包，自行匹配廣播模式下的采集頻率，并且系統(tǒng)默認接收全部的GIS數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)系統(tǒng)要求，設置GIS數(shù)據(jù)活動通量的數(shù)量，實現(xiàn)固體礦山勘查三維數(shù)據(jù)采集。為了能夠更好的實現(xiàn)固體礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)分析，對采集的數(shù)據(jù)做數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，詳細分析數(shù)據(jù)后，將有效的數(shù)據(jù)按照一定的排列格式寫入文件中。其次，將無線傳感技術(shù)采集到的圖片數(shù)據(jù)，寫進軟件進行圖像格式處理。圖形化的語言編寫軟件是專用的轉(zhuǎn)換軟件進行轉(zhuǎn)換圖片[3]。成像技術(shù)基于光波的干涉和衍射，在三維成像中，通過在飛行時間測量中記錄單個光子計數(shù)事件與觸發(fā)信號之間的時間間隔來形成時間直方圖。下表1為三維成像軟件程序設計：

表1 三維成像軟件采集程序

利用三維成像軟件程序?qū)Σ杉目梢暬Ｐ瓦M行分析，以保證客觀性，一般需要至少五次的檢查才能夠確定結(jié)果?？偨Y(jié)演習的原則和方法，進而更好地為礦山地質(zhì)勘查做準備。將三維成像軟件設計帶入精準的計算模型中[5]。

2.2 設計激光雷達三維成像計算模型

三維成像旨在更準確，更快速地獲取目標的三維空間信息，并且在目標識別和測量方面具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢。激光雷達成像還可以達到不受光照條件的優(yōu)勢，以及角分辨力高、測量精度高的優(yōu)勢。針對基于激光雷達的三維成像再次設計，以達到符合礦山地質(zhì)勘查的系統(tǒng)。按照采用的光電探測器件，將面陣三維成像提高成像速度，并優(yōu)化系統(tǒng)的探測效率。有些激光雷達系統(tǒng)，的焦平面陣列用于檢測。討論將一維光子檢測器與一維掃描系統(tǒng)結(jié)合使用的好處，據(jù)說陣列檢測設備已用于外差騎手。大學的實驗室正在進行實驗，將3D光電探測器陣列應用于外差檢測，以提高3D圖像的幀速率。計算激光回波的基礎是一般的Rider方程，通用的Rider方程為：

光子事件的發(fā)生代表著探測器得到相應的回波信號，因此，探測到噪聲光子時間的概率為：

當目標在波束往返時間內(nèi)運動時，如果調(diào)整帶寬足夠高，則量程精度甚至可以達到微米級別。突出特點是能夠同時測量目標距離的相對速度。缺點是由于調(diào)諧頻率激光器的高價格，該系統(tǒng)的成本相對較高。

3 實驗與應用

3.1 實驗準備

采用實際礦山地區(qū)為實驗對象進行系統(tǒng)檢測，利用文中設計的三維成像系統(tǒng)，勘查礦山地質(zhì)所在位置，以及地形地貌特點。運用文中的三維成像設計方法，針對該礦區(qū)六處區(qū)域礦山特點進行地質(zhì)勘查。通過獲取該礦山的地質(zhì)地形地貌，從中采集有效數(shù)據(jù)，下表2為該礦山采集到的數(shù)據(jù)情況：

表2 礦山區(qū)域?qū)嶋H勘查平均值（m）

要安裝整個3D系統(tǒng)，需要調(diào)整接收和發(fā)射角度，并使用相機輔助系統(tǒng)觀察目標場景。使用高輸出功率時，可以在距攝像機幾公里的地方看到協(xié)作目標的激光點?？梢允褂霉恻c找到要掃描的對象的范圍和位置。掃描裝置安裝在水平偏轉(zhuǎn)角可調(diào)的轉(zhuǎn)盤上。垂直系統(tǒng)總角度的變化主要是通過改變底座的高度來調(diào)節(jié)的。

3.2 應用效果

為降低實驗測試結(jié)果的差異性，針對采集的六處區(qū)域，分別應用文中的三維成像系統(tǒng)，進行測試礦山地區(qū)的地質(zhì)特點變化，下圖1、圖2為系統(tǒng)勘查后的數(shù)據(jù)反饋情況。

圖1 （CYA3201、2、3）區(qū)域地質(zhì)變化

圖2 （CYA3204、5、6）區(qū)域地質(zhì)變化

根據(jù)圖1、圖2所示的結(jié)果得知，測試地區(qū)的礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點變化，通過三維成像系統(tǒng)設計可以清晰的勘查出變化數(shù)據(jù)。計算勘查數(shù)據(jù)平均值，并與實際地區(qū)平均值對比。

綜合六個區(qū)域礦山勘查實驗測試得出，成像系統(tǒng)勘查平均數(shù)值與實際平均數(shù)值最大相差0.5，最小相差0.1，具有數(shù)值偏差小的優(yōu)勢。因此，文中設計方法可應用于礦山地質(zhì)勘查中。

4 結(jié)束語

此次，將針對礦山地質(zhì)勘查設計的三維成像系統(tǒng)應用到礦山地質(zhì)勘查中，對礦山地質(zhì)勘查實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合，能夠直觀地分析出礦山地質(zhì)環(huán)境，以及其所在的具體位置，彌補了系統(tǒng)勘查的失誤率。經(jīng)過實驗表明本文設計適用于礦山地質(zhì)勘查，在很大程度上解決了礦山地質(zhì)勘查的難點。