三維地質系統在礦山監管中的應用

河北省水文工程地質勘查院 劉猛

一、前言

2019年11月，自然資源部公布了《自然部信息化建設總體方案》，提出“立足已有基礎，協調相關數據標準，整合、規范、擴展現有基礎地理、遙感影像、土地、地質、礦產、海洋、林草、濕地等各類自然資源和國土空間數據，建立三維立體自然資源‘一張圖’；加強三維立體可視化與分析應用功能建設，初步形成統一高效互聯互通的自然資源管理應用和共享服務機制”的相關要求。為解決礦山企業和監管部門在生產和監管過程中所產生的問題，構建數字化、智能化礦山三維地質系統，為自然資源主管部門直觀地展示、查詢、統計礦山相關信息，實現對礦山資源的動態監管，引領傳統礦業加速向綠色、安全、智能、高效方向發展。

二、三維地質系統功能設計

結合當前新興技術發展潮流和礦山實際情況，對三維實景建模、激光雷達掃描、三維礦體建模、三維礦體語義化等新興技術在礦山資源監管中應用進行了研究。以無人機傾斜攝影、三維實景建模、系統數據處理、礦山三維成果展示為主要功能設計構建三維地質系統。

三維地質系統組成圖如圖1所示。

圖1 三維地質系統組成圖

三、工作流程設計

（1）搭建基礎數據庫

通過收集礦山基礎地理信息和礦產資源屬性信息等資料，構建系統數據庫，為系統業務提供數據支撐。

（2）無人機傾斜攝影數據采集

通過無人機傾斜航攝，在低空利用多個傳感器從垂直角度和多個傾斜角度對礦山進行全覆蓋航空攝影，采集礦區的地形、地表建筑和開采現狀信息，獲取地面影像數據。

（3）礦山三維實景建模

三維實景模型建立采用SmartEarth PhotoMesh建模軟件將獲取的礦山影像數據自動、批量、快速建模，還原出最真實的三維模型。

（4）語義化

三維地質系統語義化主要是對采集的礦體屬性、數據信息進行加工處理。三維語義編碼，使得計算機可以理解數據所包含的信息。語義過程是解譯和描述的過程，從數字世界翻譯成計算機可以理解的語義模型，實現人機兼容，才可以被智能系統所應用，最終服務于礦山生產和監管中。

整體工作流程如圖1所示：

圖1 數據采集、整合流程圖

四、主要功能模塊

“礦山三維地質系統”基本功能包括圖層控制、視圖控制(旋轉、傾斜、鳥瞰、還原視角)、距離量算、面積量算和屬性查詢設置；三維數據分析展示功能包括二三維聯合展示、資源儲量對比分析、超深越界監測、生態修復監測、坡度坡向分析等。（系統基本架構如圖3所示）。

圖3 礦山三維地質系統基本架構圖

（1）二三維聯合展示

通過該功能可查看礦山三維實景圖和和二維平面圖，視圖可控制、旋轉查詢所需信息，并可在圖層管理中自定義選擇需要展示的圖層要素。

（2）資源儲量對比分析

通過該功能可自定義設置不同時期礦山的采場數據，圈定礦山資源儲量動用三維實景模型，采用分屏顯示模式，進行資源對比分析，并通過系統計算動用儲量。

（3）超深越界監測

礦山三維地質模型使礦山企業直觀的了解自己的合法開采區域，既能維護自己的合法權利，又預防出現超深越界違法開采行為；既減輕了自然資源監管部門外業監管的工作量，又實現非接觸式監管，做到在室內就能掌握礦山開采位置、開采狀態、開采方式、占地范圍和類型、固體廢棄物占用范圍等信息，做到精準監管。

（4）生態修復監測

通過礦山三維地質系統，定期更新三維實景模型，可實現對破壞土地、受損植被、粉塵污染、水體污染、荒漠化等礦山生態環境監管，還能監督礦山是否按照土地復墾方案和環境恢復治理方案及時開展工作，對土地復墾及礦山環境治理效果實現動態監測。

（5）坡度坡向分析

坡度和坡向是礦山開采過程中兩個重要的地形特征因子。通過坡度坡向圖分析功能，可在地形上指定任意一范圍，自動獲取并通過分層設色策略和繪制指示箭頭生成坡度坡向圖，可根據顏色和箭頭指向直觀的查看地形起伏方向和起伏大小，對自然資源主管部門預防礦山地質災害工作具有重要價值。

礦山三維地質系統是在現有多類型基礎數據上，實現礦產資源的三維立體展示，滿足自然資源部門相關業務需求，業務應用可實現自然資源部門對礦山的動態監管。

五、總結

結合當前新興技術手段建立三維地質系統平臺，融合多元化數據為礦山企業和政府提供便捷的數據共享模式，開展了三維地質系統在礦山監管中的初步探索，以疊加、動態套合等方式,實現對生產礦山開采資源量的實時化、動態化監管，實現礦山資源儲量、礦山生態修復三維可視化、數字化和智能化管理。