專利名稱：數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)及其建模和檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字三維地質(zhì)建模系統(tǒng)，尤其涉及一種數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)及其建模和檢測方法。
背景技術：
數(shù)字地球是指建立一個多分辨率、三維動態(tài)表達的虛擬地球，使獲取、存儲、處理和顯示地學數(shù)據(jù)的方法發(fā)生深刻地變化。數(shù)字地球試圖探索提供關于地球參考信息交換與發(fā)布的一個全球環(huán)境，其中，數(shù)字礦山是實現(xiàn)數(shù)字地球計劃的重要組成內(nèi)容，為地礦工作者帶來了新的機遇和動力，能夠更好地開展相關領域的研究工作，提供一個直觀地觀察與研究礦體單元的空間展布及其相互關系的可視化平臺，對現(xiàn)有大量礦體數(shù)據(jù)和資料進行有效保存與管理的手段，同時，還能夠對已完成的勘察工作進行檢驗，為后續(xù)的勘探設計、施工操作等提供有力的地質(zhì)依據(jù)，對礦山開采、資源的有效利用、礦山環(huán)境保護與管理等礦山規(guī)劃設計具有重要實際意義。目前，在這個領域的研究工作十分活躍，一些著名大學、國家實驗室及大公司幾十年來，一直致力于相關技術的研究與開發(fā)。由于礦體空間分布的不連續(xù)性、復雜性及不確定性，適用于其它領域的建模方法和可視化技術并不能夠完全適合礦體的建模與可視化，需要結合計算機圖形及圖象處理技術、數(shù)據(jù)挖掘、科學可視化、虛擬現(xiàn)實及勘探地質(zhì)學、數(shù)學地質(zhì)、地球物理、GIS、遙感等領域的研究成果。構造建模包括斷層和地層建模，由點、線重構面以及由2D剖面重構3D幾何元的建模方式。GOCAD三維建模策略基于以下假設任何對象的幾何形狀可由空間有限節(jié)點定義； 通過節(jié)點之間的連接，建立拓撲結構；物理屬性作為數(shù)值能夠附加到這些節(jié)點上。這種自然對象的離散建模方法允許借助強有力的數(shù)學工具DSI，完成三維空間每個節(jié)點屬性和坐標的插值。DSI插值工具根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)，如表面位置、局部傾角、斷層的相對位移等，計算空間點的位置，以確保曲線和曲面的光滑性。通過離散方法，可以檢索并使用GIS中所有與地質(zhì)對象的幾何、拓撲及屬性相關的數(shù)據(jù)。主要建立兩類模型幾何模型和屬性模型，幾何模型包括基本元素點、線和三角形以及四面體等網(wǎng)格模型；幾何模型建立之后，屬性可以附加在三維數(shù)據(jù)場的所有位置上形成屬性模型，實現(xiàn)屬性的統(tǒng)計分析等操作?，F(xiàn)有技術中，三維建模系統(tǒng)結構主要有四種方法，第一種由密集數(shù)據(jù)自動轉換為屬性模型的體系結構；第二種從一系列密集的觀測資料中確定對象的三維模型的體系結構；第三種構造史的運動模擬體系結構；第四種機械建模體系結構。現(xiàn)有技術中的上述四種方法至少存在以下缺點前兩種方法需要掌握充足的原始數(shù)據(jù)，建模過程中不需要太多的解釋和插值擬合，但是由于采樣數(shù)據(jù)稀疏是礦山實際工程中普遍存在的現(xiàn)象，因此，第一、二種方法無法適用于礦體建模；運動模擬方法由于不直接引用實際觀測數(shù)據(jù)，只是一個近似模型，僅適合于教學研究與演示；而機械建模依賴于具體模型和邊界條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于礦山環(huán)境的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)及其建模和檢測方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)，包括多源數(shù)據(jù)耦合模塊、多種構模方法集成模塊、多分辨率可視化及檢測模塊、多維空間數(shù)據(jù)分析與應用模塊；所述多源數(shù)據(jù)耦合模塊用于獲取多源礦體數(shù)據(jù)，并對獲取的多源礦體數(shù)據(jù)進行耦合處理；所述多種構模方法集成模塊用于根據(jù)經(jīng)過耦合處理的多源礦體數(shù)據(jù)建立適用于礦山規(guī)劃和建設的多種礦體模型；所述多分辨率可視化及檢測模塊用于顯示和檢測所述多源礦體數(shù)據(jù)的耦合處理結果及多種礦體模型的建立過程和結果；所述多維空間數(shù)據(jù)分析與應用模塊用于根據(jù)所建立的多種礦體模型實現(xiàn)多維空間數(shù)據(jù)的分析與應用。本發(fā)明的上述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)實現(xiàn)礦體建模的方法，包括步驟首先，獲取多源礦體數(shù)據(jù)，并對獲取的多源礦體數(shù)據(jù)進行耦合處理；然后，根據(jù)經(jīng)過耦合處理的多源礦體數(shù)據(jù)建立適用于礦山規(guī)劃和建設的多種礦體模型；同時，對多源礦體數(shù)據(jù)的耦合處理結果及多種礦體模型的建立過程和結果進行可視化顯示和檢測；之后，根據(jù)所建立的多種礦體模型實現(xiàn)多維空間數(shù)據(jù)的分析與應用。由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明提供的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)及其建模和檢測方法，由于以多源數(shù)據(jù)耦合技術為基礎，對來自礦山的各種數(shù)據(jù)進行耦合處理；在此基礎上，以多分辨率可視化及檢測技術為手段，通過多種構模方法集成，可以建立適用于礦山規(guī)劃和建設的礦體模型，實現(xiàn)多維空間數(shù)據(jù)分析與應用的目標。


圖I為本發(fā)明實施例提供的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)及其建模和檢測方法的總體流程示意圖；圖2為本發(fā)明的具體實施例一中礦區(qū)第四系邊界信息示意圖；圖3a、圖3b為本發(fā)明的具體實施例一中多源數(shù)據(jù)去噪處理示例圖；圖4a、圖4b、圖4c為本發(fā)明的具體實施例一中礦區(qū)地表的構建過程示意圖；圖5為本發(fā)明的具體實施例一中礦山三維數(shù)據(jù)場可視化環(huán)境中金礦空間分布部分示意圖；圖6為本發(fā)明的具體實施例一中離散的多分辨率模型示意圖；圖7a、圖7b、圖7c為本發(fā)明的具體實施例一中工程開挖模擬與檢測示意圖；圖8為本發(fā)明的具體實施例一中查詢檢測金礦的三維空間位置示意圖；圖9為本發(fā)明的具體實施例一中空間任意路徑距離計算與查詢檢測示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。本發(fā)明的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)，其較佳的具體實施方式
是包括多源數(shù)據(jù)耦合模塊、多種構模方法集成模塊、多分辨率可視化及檢測模塊、多維空間數(shù)據(jù)分析與應用模塊；所述多源數(shù)據(jù)耦合模塊用于獲取多源礦體數(shù)據(jù)，并對獲取的多源礦體數(shù)據(jù)進行耦合處理；所述多種構模方法集成模塊用于根據(jù)經(jīng)過耦合處理的多源礦體數(shù)據(jù)建立適用于礦山規(guī)劃和建設的多種礦體模型；所述多分辨率可視化及檢測模塊用于顯示和檢測所述多源礦體數(shù)據(jù)的耦合處理結果及多種礦體模型的建立過程和結果；所述多維空間數(shù)據(jù)分析與應用模塊用于根據(jù)所建立的多種礦體模型實現(xiàn)多維空間數(shù)據(jù)的分析與應用。所述多源礦體數(shù)據(jù)包括以下任一種或多種地質(zhì)圖、地形地質(zhì)圖、地區(qū)構造體系圖、巖漿巖石圖、礦產(chǎn)圖、地質(zhì)災害圖、巖相圖、 地層資料、古生物資料、構造資料、巖性資料、物探資料、地震資料、鉆井資料、規(guī)劃設計資料、遙感影像、點云數(shù)據(jù)；所述礦體數(shù)據(jù)的采集和處理設備包括以下任一種或多種傳統(tǒng)測量設備、電子測量設備、地質(zhì)鉆探設備、地震探測設備、地質(zhì)雷達、全站儀、三維激光掃描儀、GPS測量設備、 數(shù)字掃描儀、服務器；所述礦體數(shù)據(jù)的獲取方式包括本地服務和/或遠程服務。所述多種構模方法集成模塊包括以下任一個或多個單元點構模單元、線構模單元、面構模單元和體構模單元。所述多分辨率可視化及檢測模塊包括礦山三維數(shù)據(jù)場可視化單元、多分辨率礦體模型設計單元和礦體數(shù)據(jù)及構模過程檢測單元。所述多維空間數(shù)據(jù)分析與應用模塊包括礦體分析預測單元、礦體數(shù)據(jù)查詢檢測單元和礦體模型應用單元；所述礦體分析預測單元包括以下任一功能屬性建模、工程開挖模擬、等值線生成、趨勢面分析、空間統(tǒng)計分析、儲量計算、虛擬鉆井模擬；所述礦體數(shù)據(jù)查詢檢測單元包括以下任一查詢功能空間點、空間距離、鉆井及虛擬鉆井、屬性數(shù)據(jù)、道路及水系等查詢檢測；所述礦體模型應用單元包括將所建立的礦體模型在以下任一系統(tǒng)中的應用地下水動態(tài)模擬評價專業(yè)模塊系統(tǒng)、區(qū)域地表水-地下水循環(huán)演化模擬系統(tǒng)、地下開挖工程應力應變重分布模擬預測系統(tǒng)、水庫蓄水資源量動態(tài)可視化評價系統(tǒng)、城市地面沉降和防汛排水評價預測系統(tǒng)、城市建筑工程地基承載力分區(qū)評價系統(tǒng)。本發(fā)明的上述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)實現(xiàn)礦體建模和檢測的方法，其較佳的具體實施方式
包括步驟首先，獲取多源礦體數(shù)據(jù)，并對獲取的多源礦體數(shù)據(jù)進行耦合處理；然后，根據(jù)經(jīng)過耦合處理的多源礦體數(shù)據(jù)建立適用于礦山規(guī)劃和建設的多種礦體模型；同時，對多源礦體數(shù)據(jù)的耦合處理結果及多種礦體模型的建立過程和結果進行可視化顯示和檢測；之后，根據(jù)所建立的多種礦體模型實現(xiàn)多維空間數(shù)據(jù)的分析與應用。所述耦合處理包括對于通過傳統(tǒng)設備采集獲取到的數(shù)據(jù)進行矢量化處理，并進行正確分析、理解和判斷，確定標志層，依據(jù)相應的規(guī)則，進行地層對比，完成數(shù)值解析工作，所述傳統(tǒng)設備包括電子測量設備、地質(zhì)鉆探設備和/或地震探測設備；對于采用新設備獲取的數(shù)據(jù)進行去除處理、解析和識別工作，所述新設備包括三維激光掃描儀和/或GPS ;對于經(jīng)過耦合處理的多源礦體數(shù)據(jù)通過接口工具導入到緩存區(qū)中，并進行可視化顯示，并對耦合處理的結果進行分析和修正。所述多種礦體模型的建立過程包括首先，通過接口工具將緩存區(qū)中的多源礦體數(shù)據(jù)導入，并對導入的多源礦體數(shù)據(jù)進行歸一化、去噪處理和礦體數(shù)據(jù)編碼；然后，根據(jù)所述礦體數(shù)據(jù)的來源，進行點構模和線構模；之后，采用面構模方法，依次構建一個礦體的地表、斷層、自上而下的層狀和非層狀地層、屬性體、地下自然景觀及人造體的礦體面模型，并對構建的各個面模型進行相交關系、包含關系、相鄰關系測試，根據(jù)需要進行塊分割處理，并根據(jù)地質(zhì)規(guī)律識別并記錄相互之間的拓撲關系；最后，對需要進行儲量分析、屬性填充操作的礦體，采用體構模方法構建相應的屬性模型；所述屬性體包括等水位面、地面沉降分布和礦產(chǎn)分布，所述地下自然景觀包括溶洞和地下河，所述人造體包括巷道、大壩和地下管網(wǎng)。所述可視化顯示過程中，對于礦山三維數(shù)據(jù)場的可視化環(huán)境，包括離散模式和連續(xù)模式兩種模式的多分辨率礦體模型；所述離散模式是在構模過程中生成一個礦體的多個離散的不同分辨率模型，或者是生成礦體中各子礦體的模型，立體實時顯示時根據(jù)預定的標準選擇需要的分辨率模型繪制；所述連續(xù)模式是對礦體或子礦體生成一個數(shù)據(jù)結構，在立體實時顯示時，結合視點跟蹤技術，分別采用網(wǎng)格細分算法和網(wǎng)格合并算法，從這個數(shù)據(jù)結構中可以得到若干模型；對礦體數(shù)據(jù)及建模過程的檢測包括在礦山三維數(shù)據(jù)場可視化環(huán)境中，針對歸一化及去噪處理時，礦體數(shù)據(jù)的完整性、 一致性、不確定性等進行檢測并修正；在各類空間形狀構模過程中，進行空間幾何和拓撲關系的檢測并修正。所述多維空間數(shù)據(jù)分析與應用包括礦體分析預測、礦體數(shù)據(jù)查詢檢測和礦體模型應用；所述礦體分析預測包括屬性建模、工程開挖模擬、等值線生成、趨勢面分析、空間統(tǒng)計分析、儲量計算、虛擬鉆井模擬；所述礦體數(shù)據(jù)查詢檢測包括基于WEB的面向數(shù)據(jù)庫的查詢和面向三維模型中圖形庫的查詢，具體包括空間點查詢檢測系統(tǒng)隨時返回鼠標點的坐標，表示礦體的三維空間位置、水位的高度信息，實現(xiàn)空間鼠標的坐標點拾取功能。空間距離查詢檢測用戶點擊礦體上任意一條路徑，系統(tǒng)能自動計算該路徑的2D 或3D距離，實現(xiàn)空間任意距離查詢功能；鉆井及虛擬鉆井查詢檢測允許用戶交互式選擇查詢感興趣的鉆井信息，包括鉆井結構查詢、虛擬井結構查詢以及鉆井信息查詢；屬性數(shù)據(jù)查詢檢測通過數(shù)據(jù)庫引擎查詢數(shù)據(jù)庫中的各種屬性信息，用戶通過交互式工具在三維虛擬場景中，任意選擇一個斷層、地層等三維對象，顯示它或它們的屬性數(shù)據(jù)，即通過拾取虛擬環(huán)境中的幾何模型，查詢對應數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并以表格、數(shù)字或統(tǒng)計圖等方式加以顯示，實現(xiàn)圖文結合的查詢功能；道路、水系等查詢檢測系統(tǒng)提供在三維模型上疊加顯示地表物、水系、地面沉降信息；所述礦體模型應用指利用已建立的礦體模型，進一步在地下水動態(tài)模擬評價專業(yè)模塊系統(tǒng)、區(qū)域地表水-地下水循環(huán)演化模擬系統(tǒng)、地下開挖工程應力應變重分布模擬預測系統(tǒng)、水庫蓄水資源量動態(tài)可視化評價系統(tǒng)、城市地面沉降和防汛排水評價預測系統(tǒng)和城市建筑工程地基承載力分區(qū)評價系統(tǒng)中進行工程應用。本發(fā)明結合礦區(qū)空間數(shù)據(jù)特點及其設計應用目標，提出了數(shù)字礦山中礦體建模的設計策略，主要采取“四多”:多源數(shù)據(jù)耦合、多種構模方法集成、多分辨率可視化及檢測、多維空間數(shù)據(jù)分析與應用。本發(fā)明的主要特點有I)具有面向應用的三維礦體建模體系結構，可根據(jù)礦區(qū)的特征、實際應用的數(shù)據(jù)來源、以及用戶需求，提供基于多源數(shù)據(jù)耦合實現(xiàn)復雜區(qū)域及不確定性等情況下的三維礦體模擬與分析，克服了現(xiàn)有基于剖面的建模方法通常需要充足的剖面數(shù)據(jù)，而實際礦區(qū)缺乏剖面數(shù)據(jù)的困難。2)目前使用的三維建模軟件系統(tǒng)，普遍是根據(jù)一系列鉆井巖芯數(shù)據(jù)或剖面數(shù)據(jù)建立相應的矢量或柵格模型。由于地質(zhì)現(xiàn)象中存在的復雜性、不連續(xù)性及不確定性等客觀因素，單一的構建方式或不利于空間分析或圖形邊界的精度難以保證。本發(fā)明能夠針對礦區(qū)實際數(shù)據(jù)獲取的不同方式、空間數(shù)據(jù)分布特征、實際工程開采需求等，通過點、線、面、體等多種構模方法集成，結合多分辨率可視化及檢測方法，提高刻畫包括地表、層狀和非層狀、 斷層、屬性體、地下自然景觀及人造體等復雜礦體空間展布的精度，增強空間表達能力和多維空間數(shù)據(jù)分析效率。3)本發(fā)明把鉆井資料、地震解釋、點云數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、規(guī)劃設計等及構造建模于一體可視化并實現(xiàn)網(wǎng)絡信息共享，對地質(zhì)構造/巖性分布、各類礦產(chǎn)資源的空間位置、儲量評價、作業(yè)計劃和開采中心、以及采礦工程引發(fā)的地面沉降、地裂縫、地下水均衡系統(tǒng)破壞等環(huán)境災害進行準確描述，對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的動態(tài)變遷進行實時監(jiān)控和多維模擬分析。4)本發(fā)明方法不僅適用于數(shù)字礦山中礦體建模，也適合于地質(zhì)、石油、城市、水利等不同領域的不同比例尺的地質(zhì)調(diào)查、三維建模及應用、優(yōu)化管理等工作，為多學科的協(xié)作架設一個共享的信息平臺。具體實施的步驟及總體流程構架是如圖I所示首先以多源數(shù)據(jù)耦合技術為基礎，對來自礦山的各種數(shù)據(jù)進行耦合處理；在此基礎上，以多分辨率可視化及檢測技術為手段，通過多種構模方法集成這一核心技術，建立適用于礦山規(guī)劃和建設的礦體模型，實現(xiàn)多維空間數(shù)據(jù)分析與應用的目標。I)多源數(shù)據(jù)耦合礦體數(shù)據(jù)是地球在長期演變過程中經(jīng)歷的各種地質(zhì)作用的記錄，各個礦區(qū)長期的地質(zhì)勘探研究工作積累了大量的各類數(shù)據(jù)和資料，包括地質(zhì)圖、地形地質(zhì)圖、地區(qū)構造體系圖、巖漿巖石圖、礦產(chǎn)圖、地質(zhì)災害圖、巖相圖等及與之相應的地層、古生物、構造、巖性資料等，還包括各種物探資料、地震資料、鉆井資料、規(guī)劃設計資料、遙感影像、點云數(shù)據(jù)等。礦體數(shù)據(jù)采集和處理設備包括傳統(tǒng)測量、電子測量、地質(zhì)鉆探、地震探測、地質(zhì)雷達、全站儀、三維激光掃描儀、GPS測量以及數(shù)字掃描儀、服務器等。礦體數(shù)據(jù)獲取方式包括本地或遠程服務。對于通過傳統(tǒng)設備如電子測量、地質(zhì)鉆探、地震探測等采集獲取到的數(shù)據(jù)進行矢量化處理，并進行正確分析、理解和判斷，確定標志層，依據(jù)相應的規(guī)則，進行地層對比，完成數(shù)值解析工作；對于采用最新設備如三維激光掃描儀、GPS等獲取的數(shù)據(jù)，需要進一步完成去除處理、解析和識別等工作。通過接口工具，從文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、異構系統(tǒng)等將多源礦體數(shù)據(jù)導入到緩存區(qū)* PMDataBuffer中，并在礦山三維數(shù)據(jù)場可視化環(huán)境中顯示，并對矢量化及數(shù)值解析的結果進行分析和修正。2)多種構模方法集成首先對通過接口工具導入的多源礦體數(shù)據(jù)進行歸一化、去噪處理、礦體數(shù)據(jù)編碼， 為建立準確的礦體模型提供可靠的數(shù)據(jù)和有力的科學依據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)的來源，可以實現(xiàn)點構模、線構模、面構模和體構模，并在此基礎上，通過點、線、面、體等多種構模方法集成，結合礦體數(shù)據(jù)及構模過程檢測方法，提高刻畫包括地表、層狀和非層狀地層、斷層、屬性體、地下自然景觀及人造體等復雜礦體模型的精度，增強空間表達能力和多維空間數(shù)據(jù)分析效率，實現(xiàn)綜合一體化、三維定量化、三維可視化的礦山
數(shù)字化管理。3)多分辨率可視化及檢測為了實現(xiàn)數(shù)字礦山中的礦體建模，并能夠有效的存儲和管理空間數(shù)據(jù)，增強礦體真實感的可視化效果，需要進行礦山三維數(shù)據(jù)場可視化環(huán)境的設置，其中，需要的硬件環(huán)境為三維立體成像及仿真系統(tǒng)、便攜式三維立體投影系統(tǒng)、PC機或工作站以及網(wǎng)絡環(huán)境；需要的軟件環(huán)境為Microsoft Windows XP以上，并支持OpenGL圖形庫。在礦山三維數(shù)據(jù)場可視化環(huán)境中，可以進一步實現(xiàn)多分辨率礦體模型設計和礦體數(shù)據(jù)及構模過程檢測。多分辨率礦體模型設計?？紤]到各個礦區(qū)配置的設備和硬件環(huán)境差異、原始采樣數(shù)據(jù)的精細不同、礦體數(shù)據(jù)規(guī)模不同、以及礦體可視化表現(xiàn)形式的不同，本發(fā)明設計了多分辨率礦體模型，實現(xiàn)多層次、多細節(jié)、多分辨率的立體實時顯示效果。礦山三維數(shù)據(jù)場可視化環(huán)境中最重要的是可以在交互控制下可視礦山景觀的動態(tài)特性，要求每秒生成和顯示> 10幀圖形畫面，同時圖形生成對用戶的交互動作做出反應的延遲時間應< O. I秒。為了滿足上述要求，多分辨率礦體模型(Multi-RM)設計可分為離散和連續(xù)2種模式。離散模式是在構模過程中生成一個礦體的多個離散的不同分辨率模型Multi-RM， 或者是生成礦體中各子礦體的Multi-RM，立體實時顯示時根據(jù)一定標準選擇合適的分辨率模型繪制。連續(xù)模式是對礦體或子礦體生成一個數(shù)據(jù)結構，在立體實時顯示時，結合視點跟蹤技術，分別采用網(wǎng)格細分算法和網(wǎng)格合并算法，從這個數(shù)據(jù)結構中可以得到大量的 Multi-RM，分辨率甚至可以是連續(xù)變化的。連續(xù)模式主要適用于具有精細樣本數(shù)據(jù)的礦體重構,如地表、采空區(qū)等。礦體數(shù)據(jù)及構模過程檢測主要是在礦山三維數(shù)據(jù)場可視化環(huán)境中，針對歸一化及去噪處理時，礦體數(shù)據(jù)的完整性、一致性、不確定性等進行檢測并修正；在各類空間形狀構模過程中，進行空間幾何和拓撲關系的檢測并修正，以提高礦體模型的精度和可靠性，增強數(shù)據(jù)分析算法的健壯性。4)多維空間數(shù)據(jù)分析與應用多維空間數(shù)據(jù)分析包括礦體分析預測和礦體數(shù)據(jù)查詢檢測，能夠更好地描述、組織、管理、挖掘和利用礦山三維空間信息，有利于合理、有效地進行各種評價，提供輔助決策依據(jù)，以避免投資風險，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟利益。礦體分析預測主要包括屬性建模、工程開挖模擬、等值線生成、趨勢面分析、空間統(tǒng)計分析、儲量計算、虛擬鉆井模擬等。由于地下景觀的不可見性，礦體分析預測在數(shù)字礦山中具有重要的現(xiàn)實意義，可以更加清楚地顯示礦體內(nèi)部的各個細節(jié)，揭示礦體在空間的分布規(guī)律。礦體數(shù)據(jù)查詢檢測包括基于WEB的面向數(shù)據(jù)庫的查詢和面向三維模型中圖形庫的查詢。具體實現(xiàn)包括空間點查詢檢測系統(tǒng)隨時返回鼠標點的坐標，表示礦體的三維空間位置、水位的高度等信息，實現(xiàn)空間鼠標的坐標點拾取功能?？臻g距離查詢檢測用戶可以點擊礦體上任意一條路徑，系統(tǒng)可以自動計算該路徑的2D或3D距離，實現(xiàn)空間任意距離查詢功能。鉆井及虛擬鉆井查詢檢測允許用戶交互式選擇查詢感興趣的鉆井信息，包括鉆井結構查詢、虛擬井結構查詢以及鉆井信息查詢。屬性數(shù)據(jù)查詢檢測通過數(shù)據(jù)庫引擎查詢數(shù)據(jù)庫中的各種屬性信息。用戶可以通過交互式工具在三維虛擬場景中，任意選擇一個斷層、地層等三維對象，顯示它或它們的屬性數(shù)據(jù)，即通過拾取虛擬環(huán)境中的幾何模型，查詢對應數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并以表格、數(shù)字或統(tǒng)計圖等方式加以顯示，實現(xiàn)圖文結合的查詢功能，更好、更充分地利用信息資源。道路、水系等查詢檢測系統(tǒng)提供在三維模型上疊加顯示地表物、水系、地面沉降等信息。礦體模型應用主要指利用已建立的礦體模型，進一步在地下水動態(tài)模擬評價專業(yè)模塊系統(tǒng)、區(qū)域地表水-地下水循環(huán)演化模擬系統(tǒng)、地下開挖工程應力應變重分布模擬預測系統(tǒng)、水庫蓄水資源量動態(tài)可視化評價系統(tǒng)、城市地面沉降和防汛排水評價預測系統(tǒng)、城市建筑工程地基承載力分區(qū)評價系統(tǒng)等領域進行工程應用。上述具體實施步驟中的多種構模方法集成具體包括I)將緩存區(qū)*pMDataBuffer中的多源礦體數(shù)據(jù)進行歸一化及去噪處理。由于導入的礦體數(shù)據(jù)來源不同，其數(shù)據(jù)結構、拓撲關系、坐標系等存在差異，歸一化就是通過識別數(shù)據(jù)來源的類型，調(diào)用相應的類型轉化工具，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的集成。在一體化顯示的三維坐標系中，由于集成了來自不同時期、不同采集設備或系統(tǒng)獲取的多源樣本數(shù)據(jù)，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)在空間分布上的異常現(xiàn)象，如數(shù)據(jù)重疊、數(shù)據(jù)缺失、二義性等，去噪處理就是通過對礦體數(shù)據(jù)的完整性、一致性、不確定性等進行檢測，去除多余的或不合理數(shù)據(jù)，而插值肓區(qū)數(shù)據(jù)，為建立準確的礦體模型提供可靠的數(shù)據(jù)基礎和有力的科學依據(jù)。2)通過對礦山建模區(qū)域的分析，包括位置、自然地理、區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征(地層特征、 構造特征、礦石特征)、伴生有益元素及共生礦產(chǎn)等，為礦體數(shù)據(jù)進行編碼，如表I所示，并將編碼結果存入* PMDataBufTer,并保存到數(shù)據(jù)庫或文件系統(tǒng)中。表I礦體數(shù)據(jù)編碼
權利要求
1.一種數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)，其特征在于，包括多源數(shù)據(jù)耦合模塊、多種構模方法集成模塊、多分辨率可視化及檢測模塊、多維空間數(shù)據(jù)分析與應用模塊；所述多源數(shù)據(jù)耦合模塊用于獲取多源礦體數(shù)據(jù)，并對獲取的多源礦體數(shù)據(jù)進行耦合處理；所述多種構模方法集成模塊用于根據(jù)經(jīng)過耦合處理的多源礦體數(shù)據(jù)建立適用于礦山規(guī)劃和建設的多種礦體模型；所述多分辨率可視化及檢測模塊用于顯示和檢測所述多源礦體數(shù)據(jù)的耦合處理結果及多種礦體模型的建立過程和結果；所述多維空間數(shù)據(jù)分析與應用模塊用于根據(jù)所建立的多種礦體模型實現(xiàn)多維空間數(shù)據(jù)的分析與應用。
2.根據(jù)權利要求I所述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)，其特征在于，所述多源礦體數(shù)據(jù)包括以下任一種或多種地質(zhì)圖、地形地質(zhì)圖、地區(qū)構造體系圖、巖漿巖石圖、礦產(chǎn)圖、地質(zhì)災害圖、巖相圖、地層資料、古生物資料、構造資料、巖性資料、物探資料、地震資料、鉆井資料、規(guī)劃設計資料、遙感影像、點云數(shù)據(jù)；所述礦體數(shù)據(jù)的采集和處理設備包括以下任一種或多種傳統(tǒng)測量設備、電子測量設備、地質(zhì)鉆探設備、地震探測設備、地質(zhì)雷達、全站儀、三維激光掃描儀、GPS測量設備、數(shù)字掃描儀、服務器；所述礦體數(shù)據(jù)的獲取方式包括本地服務和/或遠程服務。
3.根據(jù)權利要求I所述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)，其特征在于，所述多種構模方法集成模塊包括以下任一個或多個單元點構模單元、線構模單元、面構模單元和體構模單
4.根據(jù)權利要求I所述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)，其特征在于，所述多分辨率可視化及檢測模塊包括礦山三維數(shù)據(jù)場可視化單元、多分辨率礦體模型設計單元和礦體數(shù)據(jù)及構模過程檢測單元。
5.根據(jù)權利要求I所述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)，其特征在于，所述多維空間數(shù)據(jù)分析與應用模塊包括礦體分析預測單元、礦體數(shù)據(jù)查詢檢測單元和礦體模型應用單元；所述礦體分析預測單元包括以下任一功能屬性建模、工程開挖模擬、等值線生成、趨勢面分析、空間統(tǒng)計分析、儲量計算、虛擬鉆井模擬；所述礦體數(shù)據(jù)查詢檢測單元包括以下任一查詢功能空間點、空間距離、鉆井及虛擬鉆井、屬性數(shù)據(jù)、道路及水系等查詢檢測；所述礦體模型應用單元包括將所建立的礦體模型在以下任一系統(tǒng)中的應用地下水動態(tài)模擬評價專業(yè)模塊系統(tǒng)、區(qū)域地表水-地下水循環(huán)演化模擬系統(tǒng)、地下開挖工程應力應變重分布模擬預測系統(tǒng)、水庫蓄水資源量動態(tài)可視化評價系統(tǒng)、城市地面沉降和防汛排水評價預測系統(tǒng)、城市建筑工程地基承載力分區(qū)評價系統(tǒng)。
6.一種權利要求I至5任一項所述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)實現(xiàn)礦體建模和檢測的方法，其特征在于，包括步驟首先，獲取多源礦體數(shù)據(jù)，并對獲取的多源礦體數(shù)據(jù)進行耦合處理；然后，根據(jù)經(jīng)過耦合處理的多源礦體數(shù)據(jù)建立適用于礦山規(guī)劃和建設的多種礦體模型；同時，對多源礦體數(shù)據(jù)的耦合處理結果及多種礦體模型的建立過程和結果進行可視化顯示和檢測；之后，根據(jù)所建立的多種礦體模型實現(xiàn)多維空間數(shù)據(jù)的分析與應用。
7.根據(jù)權利要求6所述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)實現(xiàn)礦體建模和檢測的方法，其特征在于，所述耦合處理包括對于通過傳統(tǒng)設備采集獲取到的數(shù)據(jù)進行矢量化處理，并進行正確分析、理解和判斷， 確定標志層，依據(jù)相應的規(guī)則，進行地層對比，完成數(shù)值解析工作，所述傳統(tǒng)設備包括電子測量設備、地質(zhì)鉆探設備和/或地震探測設備；對于采用新設備獲取的數(shù)據(jù)進行去除處理、解析和識別工作，所述新設備包括三維激光掃描儀和/或GPS ;對于經(jīng)過耦合處理的多源礦體數(shù)據(jù)通過接口工具導入到緩存區(qū)中，并進行可視化顯示，并對耦合處理的結果進行分析和修正。
8.根據(jù)權利要求7所述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)實現(xiàn)礦體建模和檢測的方法，其特征在于，所述多種礦體模型的建立過程包括首先，通過接口工具將緩存區(qū)中的多源礦體數(shù)據(jù)導入，并對導入的多源礦體數(shù)據(jù)進行歸一化、去噪處理和礦體數(shù)據(jù)編碼；然后，根據(jù)所述礦體數(shù)據(jù)的來源，進行點構模和線構模；之后，采用面構模方法，依次構建一個礦體的地表、斷層、自上而下的層狀和非層狀地層、屬性體、地下自然景觀及人造體的礦體面模型，并對構建的各個面模型進行相交關系、 包含關系、相鄰關系測試，根據(jù)需要進行塊分割處理，并根據(jù)地質(zhì)規(guī)律識別并記錄相互之間的拓撲關系；最后，對需要進行儲量分析、屬性填充操作的礦體，采用體構模方法構建相應的屬性模型；所述屬性體包括等水位面、地面沉降分布和礦產(chǎn)分布，所述地下自然景觀包括溶洞和地下河，所述人造體包括巷道、大壩和地下管網(wǎng)。
9.根據(jù)權利要求8所述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)實現(xiàn)礦體建模和檢測的方法,其特征在于，所述可視化顯示過程中，對于礦山三維數(shù)據(jù)場的可視化環(huán)境，包括離散模式和連續(xù)模式兩種模式的多分辨率礦體模型；所述離散模式是在構模過程中生成一個礦體的多個離散的不同分辨率模型，或者是生成礦體中各子礦體的模型，立體實時顯示時根據(jù)預定的標準選擇需要的分辨率模型繪制；所述連續(xù)模式是對礦體或子礦體生成一個數(shù)據(jù)結構，在立體實時顯示時，結合視點跟蹤技術，分別采用網(wǎng)格細分算法和網(wǎng)格合并算法，從這個數(shù)據(jù)結構中可以得到若干模型；對礦體數(shù)據(jù)及建模過程的檢測包括在礦山三維數(shù)據(jù)場可視化環(huán)境中，針對歸一化及去噪處理時，礦體數(shù)據(jù)的完整性、一致性、不確定性等進行檢測并修正；在各類空間形狀構模過程中，進行空間幾何和拓撲關系的檢測并修正。
10.根據(jù)權利要求9所述的數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)實現(xiàn)礦體建模和檢測的方法，其特征在于，所述多維空間數(shù)據(jù)分析與應用包括礦體分析預測、礦體數(shù)據(jù)查詢檢測和礦體模型應用；所述礦體分析預測包括屬性建模、工程開挖模擬、等值線生成、趨勢面分析、空間統(tǒng)計分析、儲量計算、虛擬鉆井模擬；所述礦體數(shù)據(jù)查詢檢測包括基于WEB的面向數(shù)據(jù)庫的查詢和面向三維模型中圖形庫的查詢，具體包括空間點查詢檢測系統(tǒng)隨時返回鼠標點的坐標，表示礦體的三維空間位置、水位的高度信息，實現(xiàn)空間鼠標的坐標點拾取功能?？臻g距離查詢檢測用戶點擊礦體上任意一條路徑，系統(tǒng)能自動計算該路徑的2D或3D 距離，實現(xiàn)空間任意距離查詢功能；鉆井及虛擬鉆井查詢檢測允許用戶交互式選擇查詢感興趣的鉆井信息，包括鉆井結構查詢、虛擬井結構查詢以及鉆井信息查詢；屬性數(shù)據(jù)查詢檢測通過數(shù)據(jù)庫引擎查詢數(shù)據(jù)庫中的各種屬性信息，用戶通過交互式工具在三維虛擬場景中，任意選擇一個斷層、地層等三維對象，顯示它或它們的屬性數(shù)據(jù)， 即通過拾取虛擬環(huán)境中的幾何模型，查詢對應數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并以表格、數(shù)字或統(tǒng)計圖等方式加以顯示，實現(xiàn)圖文結合的查詢檢測功能；道路、水系等查詢檢測系統(tǒng)提供在三維模型上疊加顯示地表物、水系、地面沉降信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字礦山中礦體建模系統(tǒng)及其建模和檢測的方法，包括多源數(shù)據(jù)耦合模塊、多種構模方法集成模塊、多分辨率可視化及檢測模塊、多維空間數(shù)據(jù)分析與應用模塊。首先獲取多源礦體數(shù)據(jù)，并對獲取的多源礦體數(shù)據(jù)進行耦合處理；然后根據(jù)經(jīng)過耦合處理的多源礦體數(shù)據(jù)建立適用于礦山規(guī)劃和建設的多種礦體模型；同時對多源礦體數(shù)據(jù)的耦合處理結果及多種礦體模型的建立過程和結果進行可視化顯示和檢測；之后根據(jù)所建立的多種礦體模型實現(xiàn)多維空間數(shù)據(jù)的分析與應用。可以建立適用于礦山規(guī)劃和建設的礦體模型，實現(xiàn)多維空間數(shù)據(jù)分析與應用的目標。
文檔編號G06T17/00GK102609986SQ20121006748
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權日2012年3月14日
發(fā)明者徐華, 武強 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)