基于傾斜攝影測(cè)量的礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模方法

張有祥，安平利，劉宏運(yùn)

（北京榮創(chuàng)巖土工程股份有限公司，北京 100000）

在以往的礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模中，主要存在模型層次細(xì)節(jié)顆粒度低的問題，無法為后續(xù)礦山工作提供高精準(zhǔn)度的數(shù)據(jù)?；诖?，本文通過傾斜攝影測(cè)量，設(shè)計(jì)一種新型礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模方法，具體內(nèi)容如下文所述。

1 傾斜攝影測(cè)量概述

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)屬于我國(guó)高新領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容，此項(xiàng)技術(shù)的提出，完全顛覆了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)中存在的僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直檢測(cè)的問題。

在使用提出技術(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量工作過程中，可在一個(gè)相同的平行架上搭設(shè)多個(gè)傳感設(shè)備與通信設(shè)備，因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)同一點(diǎn)數(shù)據(jù)的多維度測(cè)量。而使用此種測(cè)量方式，更加有利于提供使用者一個(gè)直觀的觀看感受。此項(xiàng)技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，同時(shí)也可以更具時(shí)效性的為使用者還原一個(gè)真實(shí)的地質(zhì)信息。而此項(xiàng)技術(shù)提供給測(cè)量者的精準(zhǔn)定位功能，可將地質(zhì)環(huán)境中多種有機(jī)物體進(jìn)行嵌入式定位，從而使獲取的影像、圖片等數(shù)據(jù)信息內(nèi)容更加豐富，給予使用者更為優(yōu)越的使用體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)功能、性能的拓展。

2 傾斜攝影測(cè)量建模優(yōu)勢(shì)

以往針對(duì)礦山地質(zhì)測(cè)量的傳統(tǒng)工作行為中，研究者通常將獲取的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理后，使用CAD、3D、PS 等相關(guān)輔助性繪圖工具，對(duì)測(cè)量得到的物體輪廓進(jìn)行定位，盡管此種建模方式可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)礦區(qū)的地質(zhì)勘查需求，但由于上述提出的輔助性繪圖軟件在使用中，受到的外界干擾較大，從而導(dǎo)致最終的測(cè)繪成果與勘查點(diǎn)存在偏差。并且，傳統(tǒng)的測(cè)量建模行為實(shí)施需要由人工參與工作，受到操作者主觀性行為的影響，會(huì)使導(dǎo)出的建模成果存在紋理、紋路、精度等方面的誤差。因此，傳統(tǒng)的攝影建模方法在使用中具有測(cè)繪周期長(zhǎng)、測(cè)量結(jié)果精度低等顯著問題。而這些問題的出現(xiàn)，會(huì)在不同程度上導(dǎo)致獲取的數(shù)據(jù)缺乏價(jià)值與真實(shí)性，無法在實(shí)際層面上滿足礦山地質(zhì)開發(fā)工程的需求。

3 基于傾斜攝影測(cè)量的礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模方法

礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模在開展過程中，針對(duì)礦山地質(zhì)三維模型的搭建采用的是人機(jī)交互式單元分割-拼接建模方法，基于傾斜攝影測(cè)量共同實(shí)現(xiàn)的[1]?；趦A斜攝影測(cè)量的礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模具體流程，如圖1 所示。

圖1 基于傾斜攝影測(cè)量的礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模流程圖

結(jié)合圖1 所示，下文進(jìn)行針對(duì)基于傾斜攝影測(cè)量的礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模流程的詳細(xì)闡述。

3.1 基于傾斜攝影測(cè)量采集礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)

在礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模中，首先，基于傾斜攝影測(cè)量，通過對(duì)檢測(cè)點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，在一個(gè)相同的平行架上搭設(shè)多個(gè)傳感設(shè)備與通信設(shè)備，通過對(duì)同一點(diǎn)數(shù)據(jù)的多維度測(cè)量，收集礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模所需的數(shù)據(jù)。而后，整理成滿足建模軟件可使用的數(shù)據(jù)格式，主要包括圖片、WORD 及紙質(zhì)格式的水文、工程鉆孔數(shù)據(jù)；地下水位、水質(zhì)監(jiān)測(cè)井，供水井動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；地質(zhì)地貌圖、綜合水文地質(zhì)圖、水化學(xué)類型、礦化度圖等矢量圖件數(shù)據(jù)；紙質(zhì)水文、工程地質(zhì)剖面圖和剖面平面部署圖數(shù)據(jù)；PDF 或WORD 格式成井報(bào)告數(shù)據(jù)。在礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)采集工作中，充分運(yùn)用傾斜攝影測(cè)量能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)全方位的精準(zhǔn)采集[1]。并且在確保滿足實(shí)際需求的情況下，利用傾斜攝影測(cè)量，進(jìn)行立體成像實(shí)現(xiàn)360°的無死角轉(zhuǎn)換，在各個(gè)角度對(duì)礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集。

3.2 區(qū)域地質(zhì)剖面預(yù)處理

在三維地質(zhì)建模之前，需要對(duì)即將導(dǎo)入的礦山地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要包括：剖面初始化制作：利用收集到的鉆孔、監(jiān)測(cè)井、水文地質(zhì)圖、地形地貌圖、地質(zhì)成果報(bào)告，為了避免系統(tǒng)自動(dòng)化生成剖面較“生硬”的現(xiàn)象，可以通過礦山地質(zhì)專業(yè)技術(shù)人員結(jié)合自身豐富的地質(zhì)工作經(jīng)驗(yàn)技術(shù)在紙介質(zhì)上刻畫初始的礦山地質(zhì)剖面圖，系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)域地表地信和地貌特征、地下地質(zhì)和構(gòu)造特征、地下水位變化特征、含水和隔水巖組分布特征，形成較為完整的剖面邊界線數(shù)據(jù)[2]。通過圖件矢量化的方式，將紙質(zhì)的礦山地質(zhì)剖面經(jīng)過掃描成圖，然后在CAD 中進(jìn)行人工矢量化，對(duì)剖面邊界線進(jìn)行拓?fù)洳殄e(cuò)，再進(jìn)行拓?fù)湓靺^(qū)處理，形成矢量剖面數(shù)據(jù)。剖面區(qū)賦參數(shù)屬性：結(jié)合鉆孔數(shù)據(jù)，制定標(biāo)準(zhǔn)地層表，制作剖面區(qū)參數(shù)屬性圖例版，最終制作出帶有標(biāo)準(zhǔn)化顏色、紋理和屬性的標(biāo)準(zhǔn)地下礦山地質(zhì)三維剖面數(shù)據(jù)。

3.3 剖面一致性檢查

經(jīng)過本次項(xiàng)目工作的開展，發(fā)現(xiàn)外部剖面在矢量化和屬性數(shù)據(jù)錄入完成導(dǎo)入軟件三維建模系統(tǒng)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)經(jīng)過同一個(gè)鉆孔的不同剖面地層出現(xiàn)不能對(duì)齊現(xiàn)象[3]。為快速有效的解決層數(shù)相同且地層能夠相互對(duì)齊待建模所需的剖面圖全部修改完善后，選用單元格自動(dòng)生成功能，進(jìn)行屬性一致性檢查、厚度一致性檢查、分層界限一致性檢查。針對(duì)相交的剖面之間進(jìn)行檢查，確保屬性結(jié)構(gòu)一致、相交剖面處的剖面厚度一致、分層界線一致。

3.4 完成礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模

在此基礎(chǔ)上，通過上述對(duì)礦山工程的地質(zhì)三維建模，可輸出在不同地質(zhì)區(qū)域內(nèi)的三位網(wǎng)格圖形，可將每一個(gè)網(wǎng)格圖形近似看作一個(gè)地質(zhì)實(shí)體模型，并采用將每個(gè)地質(zhì)模型進(jìn)行獨(dú)立拼湊的方式，完成對(duì)礦區(qū)整體的建模處理。并且，可以借助關(guān)輔助性繪圖工具將工程地質(zhì)網(wǎng)格信息拼接在一起，而通過此種方式，可導(dǎo)出一個(gè)相對(duì)完整的立體化模型?？傊?，使用本文提出的三維地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)，可省略后期人工參與建模的行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)建模過程中相關(guān)數(shù)據(jù)的有效補(bǔ)充，以此使礦區(qū)地質(zhì)更為全面的呈現(xiàn)給研究者。

4 實(shí)例分析

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)實(shí)例分析，本文實(shí)例分析選取某礦山地質(zhì)調(diào)查工作區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，工作區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造斷塊有凸起以及凹陷兩種形式，在區(qū)域上屬于斷陷構(gòu)造單元。本次實(shí)驗(yàn)通過對(duì)該礦山地質(zhì)調(diào)查工作區(qū)進(jìn)行三維數(shù)值建模，首先使用本文基于傾斜攝影測(cè)量設(shè)計(jì)建模方法，對(duì)該礦山地質(zhì)調(diào)查工作區(qū)進(jìn)行三維數(shù)值建模，通過matalb 軟件測(cè)得其建模的層次細(xì)節(jié)顆粒度；再使用傳統(tǒng)建模方法，對(duì)該礦山地質(zhì)調(diào)查工作區(qū)進(jìn)行三維數(shù)值建模，同樣通過matalb 軟件測(cè)得其建模的層次細(xì)節(jié)顆粒度。本次實(shí)例分析對(duì)比指標(biāo)為建模層次細(xì)節(jié)顆粒度，建模的層次細(xì)節(jié)顆粒度越高，證明礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模精度越高。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1 所示。

表1 建模層次細(xì)節(jié)顆粒度對(duì)比表

通過表1 可知，實(shí)驗(yàn)組建模層次細(xì)節(jié)顆粒度明顯高于對(duì)照組，可以實(shí)現(xiàn)高精度的礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模，證明其具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)語

本文通過實(shí)例分析的方式，證明了設(shè)計(jì)建模方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次基于傾斜攝影測(cè)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。

因此，有理由相信通過本文設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對(duì)本次建模層次細(xì)節(jié)顆粒度測(cè)定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)一步提高建模層次細(xì)節(jié)顆粒度測(cè)定結(jié)果的可信度。這一點(diǎn)，在未來針對(duì)此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。

與此同時(shí)，還需要對(duì)礦山三維地質(zhì)數(shù)值建模方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為提高礦山三維地質(zhì)模型綜合質(zhì)量提供建議。