劉土生 楊寧 陳宏雷

(1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 江西南昌 332029；2.湖南省地質(zhì)測繪院 湖南衡陽 421001）

1 引言

以白源煤礦為例。使用無人機(jī)、攝影系統(tǒng)、三維建模軟件、專用車輛系統(tǒng)等技術(shù)對煤礦地表和地下進(jìn)行三維模型建立。地表模型建立方式采用無人機(jī)航拍建模，地表模型面積4 km2；地下模型建立方式采用AutoCAD+SketchUp 建模，地下模型面積4 km2；巖巷模型11 km；鉆孔模型57 個(gè)。

2 技術(shù)方法

本次模型建立為地表模型與地形模型兩部分，地表部分采用無人機(jī)航拍+photoscan 自動(dòng)建模，地下部分采用AutoCAD +SketchUp 建模， 利用ARCSCAN 對地表模型與地下模型進(jìn)行套合，得到煤礦的三維模型，技術(shù)流程如圖1 所示。

3 地表三維模型建設(shè)

圖1 白源煤礦建模流程圖

地表外業(yè)數(shù)據(jù)利用無人機(jī)航空攝影測量進(jìn)行采集，內(nèi)業(yè)空三處理軟件采用Agisoft Photoscan。該軟件是AGISOFT 公司出品的3D 掃描系統(tǒng)，導(dǎo)入照片后可自動(dòng)識別相機(jī)的參數(shù)，在進(jìn)行空中三角測量前，軟件會自動(dòng)計(jì)算且記錄相機(jī)的內(nèi)方位元素[1]，其過程無需人為干預(yù)。利用軟件全自動(dòng)提取航帶內(nèi)和航帶間連接點(diǎn)，進(jìn)而完成影像相對定向與模型連接。從而生成白源煤礦的DEM 和DOM 圖。

坐標(biāo)系統(tǒng)2000 國家大地坐標(biāo)系，中央子午線114°，高程基準(zhǔn)采用1985 國家高程基準(zhǔn)。采用Agisoft Photoscan 制作的地表三維模型如圖2 所示。

圖2 地表三維模型

4 地層、鉆孔三維模型建設(shè)

4.1 剖面圖預(yù)處理

從煤礦收集的數(shù)據(jù)中，整理出可用于地下模型建設(shè)的圖件：勘探線剖面圖、煤礦82 煤層儲量估算圖。在AutoCAD 中，以勘探線剖面圖的±0 位置為基準(zhǔn)，按照勘探線首尾坐標(biāo)將剖面圖投影至正確坐標(biāo)位置。沿±0 位置基準(zhǔn)線立體轉(zhuǎn)動(dòng)-90°獲得勘探線剖面三維動(dòng)態(tài)圖，剖面三維動(dòng)態(tài)圖效果如圖3 所示。

圖3 剖面三維動(dòng)態(tài)圖

4.2 導(dǎo)入SketchUp 建模

將CAD 中預(yù)處理完成的每相鄰4 條勘探線剖面圖導(dǎo)入SketchUp 中進(jìn)行建模工作。獲得的三維地層模型如圖4 所示。

圖4 由4 條相鄰勘探線建立三維地層模型

4.3 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

將所有的地層模型進(jìn)行拼接，并對每個(gè)地層、鉆孔設(shè)置相應(yīng)的圖層。利用ARCGIS 的將SketchUp 的skp 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成arcgis 的shape 數(shù)據(jù)格式。

4.4 坐標(biāo)投影改正

在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段中平面與高程的坐標(biāo)位置為正確的，在導(dǎo)入SketchUp 建模時(shí)，平面坐標(biāo)則會自動(dòng)改為任意坐標(biāo)，但模型的坐標(biāo)方位角與相對長度和高度均不會發(fā)生任何改變，利用這一特點(diǎn)，只需計(jì)算出模型的任意坐標(biāo)與真實(shí)坐標(biāo)之間的x、y、h 的差值，在按照該值進(jìn)行平移即可將模型投影至真實(shí)坐標(biāo)。坐標(biāo)投影改正后的地層模型如圖5 所示。

圖5 地層(透明顯示)與鉆孔模型

5 巖巷三維模型建設(shè)

利用AutoCAD 對巷道平面圖進(jìn)行預(yù)處理，保留巷道的巖巷圖層及高程點(diǎn)圖層。再將預(yù)處理的巷道圖導(dǎo)入SketchUp 中進(jìn)行建模。對巖巷三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換與坐標(biāo)投影改正，改正后的巖巷三維模型如圖6 所示。

圖6 改正后的巖巷三維模型

6 煤礦模型套合與入庫

在ARCSCENE 中，將地表模型、地層模型、鉆孔模型與巖巷模型進(jìn)行加載并檢查無誤后，即可創(chuàng)建建立文件地理數(shù)據(jù)庫，將最終的模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中，并對各個(gè)模型進(jìn)行設(shè)色處理，地層可按50%透明顯示。套合后的煤礦三維模型如圖7、圖8 所示。

圖7 煤礦三維模型（1）

圖8 煤礦三維模型（2）

7 結(jié)束語

BIM 三維技術(shù)的應(yīng)用對于煤礦建設(shè)質(zhì)量提升具有重大影響。實(shí)踐過程中，煤礦建設(shè)與管理者只有充分認(rèn)識到BIM 三維技術(shù)應(yīng)用的必要性，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的精細(xì)化煤炭工程設(shè)計(jì)，進(jìn)行地質(zhì)空間信息模型的系統(tǒng)構(gòu)建，從而更好地服務(wù)于礦井安全生產(chǎn)和智慧礦山建設(shè)。