三維可視化技術在地礦工程中應用研究

向昶吉

（中鋁國際工程股份有限公司，北京 100000）

隨著電子信息技術的迅速發展，三維可視化虛擬現實建模也日趨成熟，逐漸應用于地礦工程中，并以其直觀、精準等傳統方法難以比擬的優勢獲得了地質工作者的廣泛關注[1]。由于現代化社會的快速發展對三維可視化技術的創新和完善要求迫切，地下礦三維可視化建模技術在全世界得到了日益廣泛的應用。由于金屬礦山地礦地勢結構復雜，勘探環境簡陋，傳統方法難以保障工程運行的穩定性和準確性，因此需要結合三維可視化技術對地質信息進行最佳的勘查方法，通過對信息的獲取和分析科學合理的對地質礦業開發等工作進行策劃和指導[2]。基于以上原因，對三維可是化技術在金屬礦山地礦工程中的應用流程進行設計，充分利用三維計算機圖形的仿真技術對礦山地質體及礦山形態和分布進行形象的展示，以便快速獲取礦區定位信息，有利于專家和工作人員對信息進行準確的分析和觀察，從而增強地質數據的表現力和可用性，減少不必要的勘查步驟，簡化工作流程，提高工作效率，為礦區開發的穩定評估標準提供了重要的參考依據。隨著三維可視化理論與技術的成熟，必將在礦產勘探工程的施工過程中起到不可替代的積極的作用。有效解決當前金屬礦山地礦勘查工程過程中常見的數據表達、分析與利用的難題。

1 三維建模的技術地下礦勘探流程

在對金屬礦山地礦的地質體進行勘查檢測的過程中，需要進行模擬的礦區地質結構及外部環境往往十分復雜，且無明顯規律可循，因此傳統的勘查方法對礦山分布規律的掌握仍存在一定困難，不能精準定位礦山，難以對礦區地質結構及其他數據進行準確分析。同時由于礦區地質結構復雜，缺少較為準確等問題，因此傳統勘查方法對地質數據的獲取十分困難，且準確率較低，造成了人力物力資源的嚴重浪費，極大的降低了工程的施工效率。

隨著近年來電子技術的不斷創新和發展，三維可視化技術逐漸受到地質勘查工程相關工作人員的重視，通過三維可視化技術可在最短時間范圍內對礦區巖層分布、水文地質等信息特征進行精準的獲取和直觀的展現。由于金屬礦山地礦的地質數據普遍存在較多的不確定性，導致三維模擬過程中原始數據離散系數、分布不均勻等問題。為解決上述問題對三維可視化虛擬現實仿真技術在金屬礦山地礦工程中的應用流程進行設計，設計系統如圖1所示。

如圖所示，礦山勘查流程復雜，不同工序之間相互關聯制約，嚴重影響礦山勘探開采系統的工作能力和效率，因此，在利用三維可視化技術對整個礦山的綜合信息進行準確獲取和科學分析的基礎上，對礦山勘查開采中段生產采掘順序進行優化，以便提高礦山開發的工作效率。三維可視化建模首先要對礦區資料信息的準確收集和整理，然后根據獲取的信息建立數據庫，以便對礦區信息進行合理分析和利用，并依此進行三維虛擬仿真模型構建。

結合三維可視化技術處理平臺進行低下礦勘探工作可有效對金屬礦山地下勘查信息進行直觀形象的圖像展現并進行保留，避免了傳統方法難以對金屬礦山進行精準檢測分析的工作已難題。另外，三維圖像處理方法設計簡單操作方便，可有效解決傳統三維圖像處理方法中存在的信息誤差，圖像模糊等問題，并通過非線性函數三維仿真技術對圖像分辨率進行改良和優化，快速對金屬礦山勘探數據進行擴張和壓縮并對圖像信息進行選擇性保留，避免重要信息的丟失和冗余信息的堆積。

圖1 金屬礦山地礦工程中的應用流程

2 三維可視化地下礦采掘方法

在礦山開發過程中要充分考慮施工過程的安全性，在保障系統精準高效運行的基礎上設計出最佳的采掘進度計劃，從而為礦山生產提供科學合理的指導依據，因此對礦體模型進行三維可視化研究是整個礦山勘探系統的基礎和核心內容。結合礦體模型和地表模型數據進行分析，并組成組合模型，作為金屬看山地礦工程的三維塊體模型參考的基礎，從而對工程施工過程進行合理的設計。

礦區信息數據庫的建立不僅可以對礦區信息進行準確的掌握和分析，從而快速的進行三維仿真建模，同時也有利于為當地地質生產部門提供全面有效的地質信息數據，以便當地政府相關部門對工程管理情況進行掌控。該系統可有效提高礦區勘查開發的工作效率，精準定位工程坐標，測量礦區數據，獲取礦山空間信息，具備實時數據查詢、數據分析和數據輸出等功能。以便根據地下礦區的基本特征信息，設計采掘進度計劃編制，簡化勘查開采程序，節省工程能源和資金的消耗。以三維可視化技術為基礎對金屬礦山地礦工程進行建模可充分滿足對提高地下礦采掘進度和工作效率的設計要求。

金屬礦山地礦的采掘過程主中要對各類工程施工項目進度計劃進行科學合理的設計和有效編制記錄。通過對三維可是化技術和數字采礦軟件系統平臺的有效結合實現了地下礦挖掘生產計劃的編制系統的設計目標，從而全面實現了度金屬礦山地礦儲量間科學估算、準確測量、合理開采的設計目標，優化系統的設計層次結構，提高礦山勘查的方法向導，為地下礦三維可視化計劃編制實現提供可靠的技術支撐。

3 礦山三維可視化模型應用優勢

基于三維可視化技術對金屬礦山地礦勘探工程進行數據采集，從而制定出科學合理的裁決計劃編制，在對礦山地質進行準確的三維建模和精確采掘規劃的基礎上，以三維數字礦山軟件作為系統運行依據，以礦山采掘生產工序、作業場地和人員設備的工作效率為約束，結合現代數學等理論和方法，對礦區地質結構等信息進行模擬和優化，通過三維可視化技術對礦體的內部性質和規律進行直觀準確的描述，對金屬礦山地礦結構建科學合理的分析，更加直觀生動的對礦山地質體的空間形態的表達。

為了更加準確地對金屬礦山勘探信息圖像變化曲面進行檢測，要避免對金屬礦山地質信息進行直接追蹤，以避免復雜的離散邊緣信息，減少地質信息勘探的困難程度，從而避免誤差。而三維可視化圖像處理方可較好地對金屬礦山地質勘探邊界曲面信息進行重構，以滿足邊金屬礦山界曲面模型的可視化處理方法。該方法可有效利用多媒體智能處理平臺對三維圖像邊界曲面進行展示，以達到邊界曲面的重構的可視化的目標。

在對礦區進行開發設計的過程中也可以利用三維可視化礦山地質模型可以對露天礦邊坡工程進行任意剖切，從而在礦區開采初期階段通過對三維模型的剖面圖和工程平面圖對礦區地質儲量進行計算，并根據剖面圖對邊坡的整體邊坡角等進行設計和分析從而指定開采計劃。以避免工程進行中存在的潛在問題，有效地防治工程地質災害，及時采取預防和治理措施。

采用三維可視化技術對礦區地質結構進行建模可精確采集量，專定位產工作場地、提高工作效率、設計科學的采掘進度計劃，從而全面高效的完成礦山挖掘和開發工作，實現工程計劃的經濟適應性、可實現性和直觀可視性，因此要積極推動三維可視化技術的完善和發展，促進三維可視化技術從單純的地質建模走向生產設計和技術管理的必由之路。

4 結語

隨著現代化科學技術的快速發展，三維可視化技術以其直觀、形象、精準等優點在金屬礦山開發過程中逐漸得到應用和普及，有效避免了礦區定位數據準確率較低等問題，大幅度提高了礦山開發的工作效率，減少了工程開發過車中的資源消耗和競價損失。將三維可視化技術應用于金屬礦山地礦工程中可精準快速地對礦區地質結構與采礦工程三維信息進行展現，從而幫助相關工作人員對礦區地質構造要素空間關系進行了解和掌握，保障對礦區開發步驟進行科學合理的分析和設計，并通過實驗檢測證實該方法全面實現了對金屬礦山地礦儲量間科學估算、準確測量、合理開采的設計目標，提高了礦山勘查的工作效率，為地下礦開發方法提供可靠的技術支撐。三維可視化技術作為對礦區開發的穩定評估標準提供了重要的參考依據。隨著三維可視化理論與技術的成熟，必將在礦產勘探工程的施工過程中起到不可替代的積極的作用。

[1]荊永濱,孫光中,畢林．地下金屬礦山三維可視化采礦設計研究[J]．金屬礦山,2017，24(4)：132-136．

[2]劉永剛．基于三維可視化技術的礦山工程技術創新應用[J]．山東工業技術,2017，74(14)：120-121．