試論數字礦山中三維地質模擬與體視化

摘 要：三維地質模擬是實現數字礦山建設的前提和核心基礎，為礦業開發帶來了新的機遇。但是，現階段的部分技術并不完善，在建設數字礦山的過程中遇到了很多的阻礙。從客觀的角度來分析，數字礦山的建立，并不僅僅是有利于開采礦產資源，同時能夠對礦山的地質條件以及周邊情況展開細致的研究，了解礦脈的分布，減少了地質勘探人員的工作量，對日后的其他工作也具有較大的積極意義。因此，在未來的工作中，應積極開展三維地質的模擬和體視化，以此來完成技術的提升和勘探工作的進步。

關鍵詞：數字礦山 三維地質 模擬 體視化

中圖分類號：TD17 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

作者簡介：任明龍（1992-）男，安徽淮北人，中國礦業大學，本科在讀。

我國礦山勘探、規劃、設計、生產、管理和監控等全面信息仍處于起步階段，同時，多數礦山信息系統也僅僅是在起步階段，與一些發達國家相比，我國與他們的距離還是比較大的。數字礦山的建設，不僅僅有利于技術的發展，還可以盡早的縮小我國與發達國家之間的差距，通過實現三維地質模擬，能夠在室內完成較多的工作，減少了外出工作的時間，且得到的結果更加精準。在此，本文主要對數字礦山中三維地質模擬與體視化展開討論。

1 三維地質模擬與體視化內容

從客觀的角度來分析，數字礦山主要是將現實工作中的礦山進行數字化處理，以此來完成礦山的分析、勘探、采集等工作，為后續的礦產開采提供必要的幫助。但是，由于現階段的部分技術還不成熟，體系還不健全，研究人員首先在數字礦山中三維地質模擬與體視化的工作深入研究。就現階段的工作來看，三維地質模擬與體視化的內容集中在以下幾個方面：第一，利用單片機對測距儀所在的旋轉平臺，開展運動的控制以及相關電路的設計工作，以此來保證三維地質的硬件標準。第二，為了組裝更加優秀的3D激光掃描儀設備，主要將單片機、激光測距儀、攝像機作為主體。第三，基于二維平面模板的標定方法，用3D激光掃描儀從不同角度對巷道拍攝同一標定模板2幅以上的圖像，調用OpenCV求出攝像機的內外參數，將數據存儲。第四，所有采集到的數據，都會得到相應的處理，同時，積極構建巷道三維立體模型，在客觀上實現三維可視化。第五，通過以上步驟的實施，基本上能夠實現一個初步的數字礦上三維地質模擬。

2 數字礦山中三維地質模擬與體視化的硬件工作

2.1系統的硬件設計與實現

相對于其他的三維設計工作，數字礦山中三維地質模擬與體視化更加復雜，為此，應在硬件工作方面努力，保證具有多項功能，應對多種復雜情況。三維地質模擬與體視化的系統硬件設計、實現，主要通過以下工作來完成：第一，單片機主要是選擇體積小、功耗低、速度快的設備。本次研究主要選擇宏晶公司所生產的型號為8051的單片機。第二，在舵機的選擇方面，主要是選擇了型號為FUTABA的產品。該型號的舵機具有扭矩大、控制容易、穩定性高的特點，符合數字礦山中三維地質模擬與體視化的標準。第三，在實際的工作中，首先將攝像頭固定在托盤上面，在系統方面，主要是應用下位機結構。將下位機（單片機）設定為舵機角度的控制裝置，主要是負責運動控制。另一方面，在上位機計算復雜圖片的處理工作中，上位機和下位機主要是通過USB轉芯片使用RS232串口協議通信來完成的，總體上的操作比較簡單。

2.2單片機控制、檢測與通信

數字礦山三維地質的模擬和體視化，并不是一件容易的事情，尤其是單片機的控制、檢測、通信工作，必須保證能夠與現實條件相符合。一般情況下，單片機的程序應該具備C語言的編寫，可以在客觀上實現分模塊的處理，同時能夠在需要的時候，及時進行平臺升級，實現較多的功能處理。另外，當單片機接受到指令的時候，應立即進行相應的判斷，同時自動進入相應的子模塊，對指令進行處理，做出相應的反應。上位機應基于OpenCV來設計，多數情況會采用模塊化的設計程序，將其劃分為檢測、繪圖、串口控制模塊三大部分。最后，系統的升級、程序維護方面，也要采用模塊化的方式，以此來保證系統的穩定性和硬件設備的流暢應用。

3 數據的處理、建模及可視化的實現

對于數字礦山中三維地質模擬與體視化而言，硬件方面的工作是基礎部分，數據的處理、建模以及可視化的實現，才是最重要的工作。在這個方面，由于現階段的部分技術和系統還不是很完善，因此在實際的工作中，造成了一些矛盾與沖突，在大量的研究和測試后，認為數據的處理、建模以及可視化的實現，應從以下幾個方面來努力：第一，調用OpenCV求出攝像機的內參數和外參數。第二，將采集到的數據和建模算法作為基礎，利用Windows平臺、VC++語言等程序，采用面向對象編程技術來進行相關的圖形代碼編寫工作，同時，開展必要的物體、場景三維構建，并進行相應的檢查，發現問題及時修整。第三，應用OpenGL進行三維渲染工作，促使圖像更加清晰。在屏幕上對該模型進行動態的顯示，使其能夠從不同的角度和范圍來進行觀察。至此，數字礦山三維地質模擬與體視化基本上完成，倘若在實際的工作中遇到新的需求，可適當的在硬件上或者軟件上做出相應的更改。綜上所述，數字礦山中三維地質模擬與體視化比較復雜，硬件的設定和軟件的配合，都要結合實際情況來完成，同時，需根據不同礦山的情況來決定如何建立三維地質。

4總結

本文對數字礦山中三維地質模擬與體視化展開討論，從現有的工作來看，一般的礦山都能夠實現三維構建工作，其數字化的效果也比較理想。但是，隨著技術的提升和實際需求的增長，數字礦山中三維地質模擬與體視化的各項要求也在增多，技術上的難度提升。為此，今后應加強軟件和硬件的雙重研究，設定多種搭配方案，以此來實現三維地質模擬與可視化的更大進步。

參考文獻

[1] 康志軍.基于EasyMap3D構建煤礦三維地層信息管理系統[J].山西建筑，2011（07）

[2] 周濤發，袁峰，張明明，李曉暉，李修鈺，賈蔡.三維地質模擬在深部找礦勘探中的應用[J].安徽地質，2011（02）

[3] 房曉敏，孟祥瑞，徐鋮輝.3DGIS構模與FLAC-3D建模網格數據融合技術研究[J].煤炭技術，2010（04）

[4] 向中林，王妍，王潤懷.基于鉆孔數據的三維地質建模及可視化系統3DGMS的設計與實現[J].河南理工大學學報（自然科學版），2010（06）