礦床三維地質(zhì)混合建模與屬性插值技術(shù)的研究及應(yīng)用.pdf

1、礦床三維地質(zhì)建模是數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心功能，通過礦山復(fù)雜地質(zhì)數(shù)據(jù)構(gòu)建真實的礦床三維地質(zhì)環(huán)境，包括地層、斷層、礦體等對象的三維模型和地質(zhì)屬性變量的預(yù)測。進而采用三維可視化的采礦地質(zhì)環(huán)境，為礦區(qū)地質(zhì)屬性變量的空間變化分析、資源管理，礦山設(shè)計、生產(chǎn)計劃編制以及采掘活動的災(zāi)變過程分析等提供直觀、逼真的開放式基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。
　　 國外的礦業(yè)發(fā)達國家，諸如澳大利亞、加拿大和美國等，開發(fā)的礦床三維地質(zhì)建模相關(guān)的軟件遍布全球。包括國內(nèi)多個

2、科研院所、大型礦山也購買了此類軟件進行應(yīng)用和研究。這些軟件不僅價格昂貴，而且在國內(nèi)的推廣應(yīng)用中存在一些缺陷。我國在具有自主知識產(chǎn)權(quán)的礦床三維地質(zhì)建模軟件的開發(fā)方面，起步落在了礦業(yè)發(fā)達國家的后面，一方面是經(jīng)濟和組織上的原因，另一方面是軟件開發(fā)本身具有相當?shù)碾y度。隨著國內(nèi)礦業(yè)的復(fù)蘇和數(shù)字礦山建設(shè)的需求，開始出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的礦床三維地質(zhì)建模軟件，本文的研究即是結(jié)合這一契機，在中南大學數(shù)字礦山研究中心與長沙迪邁信息科技有限公司合作開發(fā)的DIMI

3、NE數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)開發(fā)過程中展開的。通過借鑒國內(nèi)外在三維數(shù)據(jù)模型、復(fù)雜地質(zhì)體建模、屬性插值等方面的研究成果，實現(xiàn)了表面模型建模、離散模型建模和屬性插值中的關(guān)鍵技術(shù)，并通過在礦山中的應(yīng)用實例顯示了這些方法的實用性和創(chuàng)新性。論文的主要研究工作如下：
　　 1)通過分析現(xiàn)有的三維數(shù)據(jù)模型，提出表面模型加離散模型的礦床三維混合數(shù)據(jù)模型以及混合模型的構(gòu)建流程。
　　 2)提出將多種原始地質(zhì)數(shù)據(jù)抽象為鉆孔數(shù)據(jù)，以自行設(shè)計的數(shù)據(jù)表模

4、塊對其進行存儲和管理。研究了鉆孔三維模型的計算方法和混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲方式。提出并實現(xiàn)基于鉆孔三維模型的礦體真厚度計算方法以及礦體邊界圈定的算法。研究了勘探線剖面圖從二維變換至三維坐標的方法。
　　 3)論述了基于輪廓線表面重建的輪廓線貼面優(yōu)化方法，提出基于小波分解的多分辨率貼面算法，在低分辨率輪廓線上應(yīng)用輪廓線貼面優(yōu)化算法，然后逐次添加頂點實施局部優(yōu)化得到新表面。提出基于中軸線法的過渡輪廓線構(gòu)造方法，交互式解決分支問題。提出基于

5、方向包圍盒層次樹的表面模型之間的布爾運算算法，通過布爾運算實現(xiàn)表面模型之間的相互吻合。
　　 4)提出復(fù)雜形態(tài)塊段模型的建模方法，以強制細分的八叉樹結(jié)構(gòu)存儲傳統(tǒng)的邊界細分塊段模型，使用方向包圍盒碰撞檢測算法進行相交判斷，采用改進的Feito-Torres法進行內(nèi)外的判斷。介紹了德洛內(nèi)四面體剖分的原理，采用網(wǎng)格生成器TetGen實現(xiàn)表面模型的四面體剖分從而構(gòu)建四面體模型。
　　 5)介紹了對三維地質(zhì)屬性數(shù)據(jù)進行探索性數(shù)據(jù)分

6、析的原理和應(yīng)用。采用定向搜索棱柱的點對搜索方法計算實驗變異函數(shù)，研究了各種變異函數(shù)理論模型和交互式擬合的方法。對幾何各向異性模型的套合進行研究，給出將幾何各向異性模型變換為各向同性模型的坐標變換方法以及變換矩陣的計算。
　　 6)論述了插值過程中臨近數(shù)據(jù)的搜索方法，提出八分圓的空間分扇區(qū)搜索方法，并添加最小工程數(shù)量為約束條件。采用三維網(wǎng)格建立樣品的索引，加快了臨近數(shù)據(jù)搜索的速度。論述了距離冪次反比法和幾種克立格立格方法的原理，并