基于SURPAC的礦山三維地質(zhì)模型不確定性分析

摘 要：在介紹surpac建立三維地質(zhì)模型原理及過程的基礎(chǔ)上，對礦山三維地質(zhì)模型建模方法進(jìn)行論述，并對礦山三維地質(zhì)模型的不確定性原因進(jìn)行分析，提出可行的解決方案。

關(guān)鍵詞：礦山；三維；地質(zhì)模型；不確定性

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的三維可視化技術(shù)也日臻完善。國內(nèi)外，以三維可視化技術(shù)為支撐的軟件也隨之被開發(fā)。國外軟件中，以SURPAC軟件應(yīng)用較為廣泛。

礦山三維地質(zhì)模型的不確定性對礦山生產(chǎn)決策的正確與否有著重要的影響。正確地對礦山三維地質(zhì)模型進(jìn)行不確定性分析可以對其本身和在其基礎(chǔ)上所作的決策做出科學(xué)的評(píng)價(jià)。可以看出，礦山三維地質(zhì)模型不確定性的研究對提高礦山?jīng)Q策水平的科學(xué)性和可靠性、建立礦山三維地質(zhì)模型的不確定性的數(shù)學(xué)模型和評(píng)價(jià)體系等方面無疑具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2 礦山三維地質(zhì)模型不確定性產(chǎn)生原因

礦山三維地質(zhì)模型是眾多空間離散數(shù)據(jù)在一定建模方法下形成的空間形態(tài)，其不確定性產(chǎn)生的原因主要來源于礦山原始數(shù)據(jù)的不確定性及建模方法導(dǎo)致的不確定性。以下通過對SURPAC軟件建模過程的介紹來闡述礦山地質(zhì)模型不確定性產(chǎn)生的原因。

2.1 SURPAC地質(zhì)模型的建立

通過對已有的礦山基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，形成可應(yīng)用于SURPAC軟件建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型。將整理后的地質(zhì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中，形成孔位表、孔斜表巖性表等。通過提取地質(zhì)表中數(shù)據(jù)，分別提取每個(gè)鉆孔中各地質(zhì)層的三維坐標(biāo)，再通過估值形成各地質(zhì)層DTM面。

2.2 礦山三維地質(zhì)模型不確定性產(chǎn)生原因

礦山工程軟件對數(shù)據(jù)的估值及模型建立的方法基本相同，故由上述SURPAC軟件的建立過程可以看出，礦山三維地質(zhì)模型不確定性產(chǎn)生的原因主要有以下幾個(gè)方面。

2.2.1 建模原始數(shù)據(jù)的不確定性。礦山三維地質(zhì)模型建模的原始數(shù)據(jù)主要是鉆孔成果數(shù)據(jù)和其它成果數(shù)據(jù)，建模原始數(shù)據(jù)的不確定性主要來自位置不確定性和屬性不確定性。

2.2.2 研究建模方法產(chǎn)生的不確定性。礦山三維地質(zhì)模型在有限的數(shù)據(jù)下必須經(jīng)過插值才能近似地描述礦床，由于插值方法的精度有限，插值方法也將產(chǎn)生不確定性，進(jìn)而導(dǎo)致礦山三維地質(zhì)模型的不確定性。

3 礦山三維地質(zhì)模型不確定性解決方案、技術(shù)淺析

針對礦山地質(zhì)模型不確定性產(chǎn)生的主要原因，可通過不確定性理論方法建立原始數(shù)據(jù)不確定性數(shù)學(xué)模型來解決建模原始數(shù)據(jù)不確定性問題；通過理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法來解決建模方法導(dǎo)致的不確定性問題。

3.1 解決方案淺析

（1）通過對礦山三維地質(zhì)模型建立所需的原始數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)傳遞等過程的分析，確定原始數(shù)據(jù)位置及屬性不確定性產(chǎn)生的來源，采用目標(biāo)模型、概率論及數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法和云理論等理論方法建立原始數(shù)據(jù)的位置不確定性模型和屬性不確定性模型。（2）對礦山三維地質(zhì)模型不確定性采用理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。首先從理論上分析各種不同插值方法的精準(zhǔn)度，確定形成不同插值結(jié)果時(shí)應(yīng)選用的建模方法，實(shí)現(xiàn)對建模方法的不確定性的定量描述。（3）礦山三維地質(zhì)模型的不確定性由原始數(shù)據(jù)的不確定性和建模方法的不確定性組成，通過對原始數(shù)據(jù)的不確定性和建模方法的不確定性進(jìn)行疊置分析，可以建立礦山三維地質(zhì)模型的不確定性數(shù)學(xué)模型，并通過礦山的實(shí)際數(shù)據(jù)建立礦床地質(zhì)模型，在礦山的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中對礦山三維地質(zhì)模型的不確定性進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 解決技術(shù)淺析

針對導(dǎo)致礦山三維地質(zhì)模型不確定性產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)的不確定性和建模方法的不確定問題，可以通過礦山空間數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和礦山三維地質(zhì)模型建模方法的優(yōu)化來改善。

3.2.1 礦山空間數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)挖掘

礦山的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為地質(zhì)勘探活動(dòng)形成的最基本的數(shù)據(jù)，既原始數(shù)據(jù)。通過對原始數(shù)據(jù)的分析和整理形成了地質(zhì)勘探的成果數(shù)據(jù)。由成果數(shù)據(jù)通過軟件進(jìn)行估值，衍生出了生成數(shù)據(jù)。以上三者之間有著較為密切的聯(lián)系。可以通過對這三類數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，得出它們相互間的內(nèi)在聯(lián)系。

根據(jù)礦山空間數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，采用不同的數(shù)據(jù)挖掘方法，可分別實(shí)現(xiàn)對鉆孔數(shù)據(jù)、煤巖參數(shù)和測量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘。根據(jù)空間數(shù)據(jù)的方向變化能夠產(chǎn)生聚類這一特點(diǎn)，可以采用基于方向的空間數(shù)據(jù)聚類方法，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方向聚類算法，并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對算法進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2.2 礦山地質(zhì)模型建模方法

根據(jù)采用的技術(shù)不同，建模方式有多種，下面主要介紹三種建模方法。

（1）基于裁剪曲面的礦床表面模型建模方法使用加權(quán)最小二乘擬合法對煤層頂?shù)装灞砻孢M(jìn)行擬合，建立用四邊形表示的煤層頂?shù)装迩妫缓笫褂酶鞣N地質(zhì)構(gòu)造對煤層頂?shù)装迩孢M(jìn)行裁剪，最終得到了基于四邊形裁剪曲面的礦床地質(zhì)模型，如圖1所示。（2）基于三角面的礦床表面模型建模方法在礦床建模時(shí)，以礦體的頂?shù)装宓雀呔€為原始數(shù)據(jù)，礦山地表和礦體表面均采用約束三角剖分建立礦床地質(zhì)模型。先分別對各地質(zhì)層面進(jìn)行三角剖分，對各層面集成后形成整個(gè)礦山表面模型。如圖2所示，為SURPAC生成的DTM面及三角網(wǎng)。（3）基于不規(guī)則四面體的三維實(shí)體建模方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，但其缺乏界面性。不規(guī)則四面體模型以四面體作為基本體元來描述對象，各個(gè)四面體相互連接但不重疊，通過四面體間的鄰接關(guān)系來反映空間實(shí)體間的拓?fù)潢P(guān)系，這些四面體的集合就是對原三維物體的逼近，經(jīng)常用來刻畫空間復(fù)雜的不規(guī)則物體。在采用該方法時(shí)，為避免其缺乏界面性的缺點(diǎn)，首先應(yīng)對礦體的等高線進(jìn)行離散化，再對依據(jù)各地學(xué)分層屬性劃分的離散點(diǎn)進(jìn)行不規(guī)則四面體剖分，最后完成礦山三維地質(zhì)模型的建立。

針對單一礦山空間數(shù)據(jù)模型的不足，可對由等高線模型、基于約束三角剖分的表面模型和基于不規(guī)則四面體的實(shí)體模型進(jìn)行集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對礦山空間數(shù)據(jù)模型的集成管理。對原始數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)、生成數(shù)據(jù)和礦山空間數(shù)據(jù)模型四者相互間的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，得出各類礦山空間數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對礦山三維空間數(shù)據(jù)的集成。

4 結(jié)束語

三維可視化技術(shù)應(yīng)用于礦山地質(zhì)建模可對煤層賦存狀態(tài)、空間特性進(jìn)行有效的顯示，但由于原始數(shù)據(jù)位置及屬性的不確定性及建模方法導(dǎo)致的不確定性直接造成了礦山三維地質(zhì)模型的不確定性，而礦山三維地質(zhì)模型的不確定性對礦山生產(chǎn)決策的正確與否有著重要的影響。因此，礦山三維地質(zhì)模型的不確定性的數(shù)學(xué)模型和評(píng)價(jià)體系等方面無疑具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。

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作者簡介：韓延輝（1965-），男，漢族，籍貫：河北玉田，學(xué)歷本科，工程師，一直從事地質(zhì)巖芯鉆探工作。