万方数据
第 # 卷第 , 期
姜
雪等 !!"#$% 在数字矿山中的应用
+ FG +
总的来说 ! 一种单一模型很难满足数字矿山建设 的要求 ! 所以要把多种模型混合在一起 ! 混合结构的 三维模型是主要的发展方向 ! 主要有 !"#$%&’ 混合模 型 " !(#$)*!+,, 混 合 模 型 " -.+,/+01,$234*5 混 合 模 型 " )*!+,,$!67 混合模型等 #8$% !!" 三维空间分析 三维空间分析的前提条件就是矿山三维数据模型 的生成 ! 三维空间数据建模是为三维空间分析和模型 应用服务的 ! 单纯研究模型没有任何的实际意义 % 三 维空间分析与三维拓扑数据模型和数据结构有紧密的 关系 ! 首先要进行数据建模生成具有语义信息的三维 拓扑关系数据 ! 然后实现各种三维空间分析 % 针对矿山数据的特点以及矿山的应用要求 ! 矿山 三维空间分析主要包括 & 地质勘探与地质分析 " 矿产 储量分析 " 矿井生产规划 " 岩压应力场的数值模拟 " 巷道风流模拟和瓦斯火灾透水灾害实时预测预报以及 救援等几个方面 % 目前 ! 三维地质建模方法与技术概括起来有 #9!$& 断面构模法" 表面构模法" 块体构模法" 线框构模 法 " 实体构模法和体视化技术等 % 它们各有优缺点 ! 适合上面的某一种或某几种应用目的 ! 一个包罗万象 的数据模型是不可能的 % 需要针对三维空间分析进行 三维数据建模 ! 发挥模型的长处 ! 有针对性地解决问 题 % 例如在地下矿山设计方面 ! 需要数据模型的交互 操作功能 ! 显示矿体和品位分布的现有开拓 " 回采 " 断层面情况 ! 结合三维可视化环境地下条件 ! 快速地 进行矿山设计修改 % 矿山三维软件中 ! :.;,&.<=> 可以 人工交互操作单个块体 ! 进行露采境界和开拓运输系 统的优化设计 % ?0>01.;, 露天矿山设计模块能够快速 精确地生成露天坑设计 ! 并可在 @? 交 互 式 环 境 中 进 行修改 ! 并且将相关分析快速返回到 真 实 的 @? 模 型 中 % AB3*0; 在 @?!"7 的基础上进行块段建模 ! 用克立 金法确定各块段中的品位或质量参数 ! 可以用于地质 工程 " 测量工程 " 采矿工程 " 地震分析等方面的数据 处理和分析 % !!# 三维可视化 矿山的三维可视化主要包括 & 三维复杂景观的模 拟 ! 三维数据场的可视化 ! 虚拟矿山现实 % 9 ’ 三维复杂景观的模拟 % 矿山地面及井下存在 着大量复杂的三维自然和人工景观 C 对三维复杂景观 的模拟是 ’(& 的基本功能 % 复杂景观模拟的基本思想 是 & 通过造型过程获得自然客体与人为结构的几何描 述或过程描述 ! 通过位置 " 视点和场景的交换 ! 依据 特定的显示技术 ! 展现出描述对象的结构和细节 % 目 前 ! 复杂景观的造型技术包括几何造型 " 体元造型和 分形造型 @ 种 % 几何造型 " 体元造型和分形造型的综 合应用是模拟复杂景观的必然要求 % 矿山 ’(& 中三维 景观的模拟应以造型技术为主 ! 在三维数据结构的支 持下进行 % 其中几何造型的实现可以采用三维矢量数 据结构 ! 体元造型的实现则可以使用三维栅格或八叉
精度高 ! 代价小 ! 周期短 ! 外业量小等 " !!# 决于三维空间数据管理 数据管理是 !"#$% 的基础问题 # 很多国内矿业部 门 已 经 使 用 一 些 信 息 系 统 # 如 ./01234! ./0#$% 和 ,#$% 等 # 他们的数据存储与管理大多采用传统方式 # 即采用文件方式存放图形数据 # 数据库存放属性数据 # 图形数据和属性数据是通过索引或关键字松散结合 &&’" 这样的数据管理方式存在两个主要问题 ( 5 $ 无 法保证图形数据的处理 ! 更新速度以及空间数据管理 的 可 靠 性 ) *$ 很 难 实 现 钻 孔 数 据 ! 地 震 解 释 数 据 ! 测量数据 ! 地形数据 ! 监测数据 ! 重力数据 ! 磁力数 据等多源三维信息的集成和共享 " 要 解 决 上 述 两 个 问 题 ’ 要 从 !"#$% 的 数 据 管 理 入 手 # 根据 6072#$% 规范 # 制定元数据标准 # 将三维几 何数据 ! 拓扑关系和属性数据全部存入 "8.% 中 " 69" /:;7 ! $8."8*! $2349<1=等"8.%已经改进支持存储和 管理空间二维几何属性数据 # 具有空间数据类型和空 间操作功能 # 从而大幅度提高空间数据的处理速度和 空间数据管理的可靠性 " 不仅支持由 6#> 定义的几何 功能 # 并且有更多的功能 &?’" 但是 # 6#> 的规范目前 只 支 持 二 维 # 尽 管 目 前 6072#$% 协 会 与 $%6 一 起 在 制 定复杂要素以及三维几何要素的规范# 但在主流的 "8.% 中空间数据类型也基本上是二维数据类型 " !!$ 三维空间数据建模 数字矿山是典型的多维动态巨系统 # 要对其进行 抽象与表达 # 就要研究对复杂地理现象能够进行动态 描述和实时表达的时空数据模型 # 揭示现象 ! 事物间 的本质联系 " 在三维数据模型方面国内外已经进行了 很多详细的研究 # 提出了各种三维数据模型 " 有许多 文献已经对空间建模方法进行了系统评价 # 一般 # 可 以将数据模型分为面模型 ! 体模型和混合模型 目前 # 在矿山领域应用比较有代表性也比较实用 的数学模型是类三棱柱的三维混合数据模型 &@’" 其特 点是 ( 5$ 能够精确描述点 ! 弧段 ! 面和体元 ’ 属于矢量 数据模型 " *$ 模型生成过程简单 # 所需数据量小 # 算法容 易实现 " !$ 能够有效表达空间点 ! 线 ! 面和体元拓扑关 系 # 便于对地质模型的交互操作 " &$ 通 过 -$A 的 边 界 约 束 实 现 了 对 断 层 的 控 制 # 也就是说将断层作为边界处理 " B$ C,-D体元内部属性非均质 # 可以对体元内部 进行纵向和横向的细分 # 分割为多个平行但不相交的 C,-D体元 # 直到体元内部属性均一为止 " -$AEC,-D 混合模型该模型 继 承 了 -$A 优 点 ’ 并 将 在 -$A #方向上进行了拓展 # 能够有效描述层状地下几 何体内部结构 # 针对层状地质模型建模效果较好 " 缺 点是不适于非层状地质体 # 数据量大 # 在建模方法 ! 空间索引! 模型简化等方面还需要进一步讨论和验证 "
收稿日期 !!""#$"%$&’ 项目来源 ! 北京市教委基金资助项目 !!""#$%&! "# 北京西 $ 北部山区矿山地质环境灾害调查与生态修复方案 %
万方数据
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地理空间信息
#%%& 年
得到增减 ! 删除和修改 " 针对矿山的 !"#$% 强调数据 实时更新 # 设计元数据标准体系 # 构建三维对象的拓 扑关系的空间数据库 " &$ 矿山信息的多源异构 " !"#$%是综合信息平台 的核心 # 不仅使得测量资料 ! 钻井资料 ! 物探资料 ! 水文资料 ! 地震资料 ! 化验资料多源地学空间信息集 成可视化’并且实现在该平台上的信息融合和共享 "
! !"#$%在数字矿山中的应用
目前# 面向地质矿山领域的!"#$%研究方面大量集 中在概念模型 ! 数据模型和可视化表达等方面 " 除了 以上研究 # 关键技术研究还应包括数据获取技术 ! 数 据管理和共享 ! 空间分析和分布式网络可视化等 # 这 些问题同时也是数字矿山面临的挑战性问题 %见图!$"
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!"#$% &’()! *+#, -(./0)! 1,$% 23’4.5647 %/$>?@A@BC D?E :FG )H <?I)J#K? 5BL@#)BM?BN FBO 497P QF"@NF* ,)#MF* RB@L?#I@NEP >?@A@BC /&&&3’P QS@BF & %$!@# >)#B? 7J#L?E FBO <?M)N? 7?BI@BC Q?BN?# )H ,JK*?F# 9BOJIN#EP 7S@A@FTSJFBCP &+&&&%P QS@BF $ 678’9:;’ " !KK)#O@BC N) NS? "F#N@KJ*F#@NE )H NS? M@B? @BH)#MFN@)BP NS@I F#N@K*? @BN#)OJK?O NS? F""*@KFN@)B )H 3U497 N) NS? O@C@NF* M@B? K)BIN#JKN@)BP FBO O@IKJII?O NS? V?E N?KSB@WJ? )H NS? K)BIN#JKN@)B )H U@C@NF*1M@B? FBO O@O I)M? #?I?F#KS )B NS?M$ <1= >(9?8 " O@C@NF*1M@B? & 3U497 & M@B? @BH)#MFN@)B
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