礦床三維地質(zhì)混合建模與屬性插值技術(shù)的研究及應(yīng)用.pdf

1、礦床三維地質(zhì)建模是數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心功能，通過礦山復(fù)雜地質(zhì)數(shù)據(jù)構(gòu)建真實(shí)的礦床三維地質(zhì)環(huán)境，包括地層、斷層、礦體等對(duì)象的三維模型和地質(zhì)屬性變量的預(yù)測(cè)。進(jìn)而采用三維可視化的采礦地質(zhì)環(huán)境，為礦區(qū)地質(zhì)屬性變量的空間變化分析、資源管理，礦山設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃編制以及采掘活動(dòng)的災(zāi)變過程分析等提供直觀、逼真的開放式基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。
　　 國(guó)外的礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，諸如澳大利亞、加拿大和美國(guó)等，開發(fā)的礦床三維地質(zhì)建模相關(guān)的軟件遍布全球。包括國(guó)內(nèi)多個(gè)

2、科研院所、大型礦山也購(gòu)買了此類軟件進(jìn)行應(yīng)用和研究。這些軟件不僅價(jià)格昂貴，而且在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用中存在一些缺陷。我國(guó)在具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦床三維地質(zhì)建模軟件的開發(fā)方面，起步落在了礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的后面，一方面是經(jīng)濟(jì)和組織上的原因，另一方面是軟件開發(fā)本身具有相當(dāng)?shù)碾y度。隨著國(guó)內(nèi)礦業(yè)的復(fù)蘇和數(shù)字礦山建設(shè)的需求，開始出現(xiàn)了一些國(guó)產(chǎn)的礦床三維地質(zhì)建模軟件，本文的研究即是結(jié)合這一契機(jī)，在中南大學(xué)數(shù)字礦山研究中心與長(zhǎng)沙迪邁信息科技有限公司合作開發(fā)的DIMI

3、NE數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)開發(fā)過程中展開的。通過借鑒國(guó)內(nèi)外在三維數(shù)據(jù)模型、復(fù)雜地質(zhì)體建模、屬性插值等方面的研究成果，實(shí)現(xiàn)了表面模型建模、離散模型建模和屬性插值中的關(guān)鍵技術(shù)，并通過在礦山中的應(yīng)用實(shí)例顯示了這些方法的實(shí)用性和創(chuàng)新性。論文的主要研究工作如下：
　　 1)通過分析現(xiàn)有的三維數(shù)據(jù)模型，提出表面模型加離散模型的礦床三維混合數(shù)據(jù)模型以及混合模型的構(gòu)建流程。
　　 2)提出將多種原始地質(zhì)數(shù)據(jù)抽象為鉆孔數(shù)據(jù)，以自行設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)表模

4、塊對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。研究了鉆孔三維模型的計(jì)算方法和混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)方式。提出并實(shí)現(xiàn)基于鉆孔三維模型的礦體真厚度計(jì)算方法以及礦體邊界圈定的算法。研究了勘探線剖面圖從二維變換至三維坐標(biāo)的方法。
　　 3)論述了基于輪廓線表面重建的輪廓線貼面優(yōu)化方法，提出基于小波分解的多分辨率貼面算法，在低分辨率輪廓線上應(yīng)用輪廓線貼面優(yōu)化算法，然后逐次添加頂點(diǎn)實(shí)施局部?jī)?yōu)化得到新表面。提出基于中軸線法的過渡輪廓線構(gòu)造方法，交互式解決分支問題。提出基于

5、方向包圍盒層次樹的表面模型之間的布爾運(yùn)算算法，通過布爾運(yùn)算實(shí)現(xiàn)表面模型之間的相互吻合。
　　 4)提出復(fù)雜形態(tài)塊段模型的建模方法，以強(qiáng)制細(xì)分的八叉樹結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)傳統(tǒng)的邊界細(xì)分塊段模型，使用方向包圍盒碰撞檢測(cè)算法進(jìn)行相交判斷，采用改進(jìn)的Feito-Torres法進(jìn)行內(nèi)外的判斷。介紹了德洛內(nèi)四面體剖分的原理，采用網(wǎng)格生成器TetGen實(shí)現(xiàn)表面模型的四面體剖分從而構(gòu)建四面體模型。
　　 5)介紹了對(duì)三維地質(zhì)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行探索性數(shù)據(jù)分

6、析的原理和應(yīng)用。采用定向搜索棱柱的點(diǎn)對(duì)搜索方法計(jì)算實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)，研究了各種變異函數(shù)理論模型和交互式擬合的方法。對(duì)幾何各向異性模型的套合進(jìn)行研究，給出將幾何各向異性模型變換為各向同性模型的坐標(biāo)變換方法以及變換矩陣的計(jì)算。
　　 6)論述了插值過程中臨近數(shù)據(jù)的搜索方法，提出八分圓的空間分扇區(qū)搜索方法，并添加最小工程數(shù)量為約束條件。采用三維網(wǎng)格建立樣品的索引，加快了臨近數(shù)據(jù)搜索的速度。論述了距離冪次反比法和幾種克立格立格方法的原理，并