非层状矿体构模关键技术研究

针对非层状矿体三维建模的复杂性，讨论了非层状矿体三维建模中有关矿体表面和矿体块段建模基本算法．讨论了实体法建模中平行轮廓线建立非层状矿体表面模型的算法，并把该算法推广到了非平行轮茸5线建模，针对利用轮廓线建立实体表面模型的问题，提出利用平面和剖面交叉的方法来产生控制线，以对矿体形态进行控制，进而利用连接轮廓线的方法来进行矿体表面建模．同时，阐述了利用三维普通克立格插值方法建立矿体内部块段模型的关键算法．最后利用VC^＋＋和OpenGL作为开发语言，从底层开发了三维非层状矿体建模的三维可视化软件，在某矿山得到了验证，对非层状矿山的实际生产起到了一定的指导作用．图5，参8．     

矿体块段模型品位估值快速搜索算法研究

为提高矿体块段模型品位估值时邻近组合样数据搜索的计算效率, 加快搜索速度, 通过构建包含整个组合样数据空间范围的三维网格, 利用三维网格将组合样划分至网格单元块中, 计算总索引值和单元块内组合样累计数;然后确定覆盖搜索椭球体的移动网格, 并计算移动网格单元块相对于包含椭球体中心的单元块的偏移量。在对块段模型单元块进行品位估值时, 依据移动网格的偏移量数组、总索引值和组合样累计数, 快速确定估值单元块的邻近组合样, 进而通过八分象限、邻近数据个数和每个钻孔数据个数等约束条件限制, 得到最终用于克里格或距离幂次反比法估值的组合样数据。该方法通过数据分区和预处理提高了邻近组合样的搜索速度, 适用于精确模拟矿体边界的大数据量块段模型品位估值。     

八叉树矿体块状模型及其在三道庄露天矿的应用

矿体块状模型广泛应用于品位、储量计算,也可用于露天矿最终开采境界优化和开采计划优化。在研究了八叉树存储结构和基于分离轴的OBB相交测试理论的基础上,提出首先应用八叉树对矿体三维空间进行块状划分,将矿体用一系列的小单元块来逼近,然后利用OBB理论检测单元块与矿体边界的空间关系,对相交单元块进行细分,利用点在多面体内外判断确保块状模型约束在表面模型内,从而以最佳状态逼近矿体边界。最后运用该方法建立了三道庄露天矿矿体块状模型。该方法快速有效,能够满足矿山生产设计需求。     

精细化矿体三维混构模型构建技术研究

为满足数字矿山建设对矿体三维模型越来越高的精度要求, 研究了精细化矿体混构模型的构建方法。利用分支轮廓线的中轴线构造过渡轮廓线, 建立无缝连接的矿体分支; 通过断层与矿体、矿体与矿体模型之间的布尔运算, 实现矿体和断层边界吻合的无缝模型; 使用外存八叉树技术构建小尺寸单元块的精细块段模型,提高块段模型边界与矿体表面模型边界的吻合; 分析矿石品位的空间变异性, 根据变异函数变程、勘探网度以及钻孔工程数量确定对应储量分级的样品搜索策略对矿石品位进行克里格方法估值。以某铜矿为实例对该方法进行验证, 结果表明本文提出的精细化模型构建技术能够满足资源分类评价、采矿设计、剖切后出工程图等较高的模型精度要求。     

一种适于矿体储量计算的矢量栅格混合模型

传统的储量计算方法是在二维图形的基础上,通过几何平均的方法计算完成的。这种计算方式,不但计算繁琐而且计算误差较大。提出一种基于钻孔数据的Section-GTP-Block模型,通过在矿体表面,以剖面（Section）为约束条件构建不规则三角网（TIN）,根据穿过矿体的钻孔具有对称性,将TIN中的三角形逐个沿钻孔向下扩展生成GTP。以矿体表面为约束,将矿体模型进行块段剖分,建立了三维栅格数据结构,为矿体内部品位插值提供了方便的工具。该模型自动建模程度高,对矿体储量计算具有很强的实用价值。     

基于多尺度CSRBFs的地层三维地质建模

基于矿山多源数据实现地层三维地质建模是数字矿山研究中的一项重要工作，其成果有助于矿山资源评估、生产规划编制等工作的有序进行。采用插值方法对离散采样的非均匀点状数据进行处理，是精准构建矿体模型的关键。然而，矿体建模常用的插值方法在处理数据时，很少有效顾及数据的非均匀性。基于多尺度CSRBFs插值方法，提出了一种可以处理非均匀数据的地层三维建模技术。首先从多源数据中提取非均匀的地质离散点数据集。然后，使用多尺度CSRBFs插值构建地层表面模型，插值步骤包括：①样品点获取与单位法向量计算；②通过八叉树空间索引构建层次点集；③使用多尺度CSRBFs方法在样品点集上由粗到细逐层插值，计算地层表面隐式函数；④地层隐式曲面可视化。最后，使用提出的断层建模方法在连续地层表面构建正断层、逆断层和交叉断层模型。研究表明：多尺度CSRBFs（Multi-scale CSRBF， MsCSRBF）插值方法通过十折交叉验证获得的平均误差为0.943 m，精度优于反距离加权法（Inverse Distance Weighted， IDW）和普通克里金法（Ordinary Kriging， OK），且MsCSRBF方法相比于IDW和OK方法插值运算效率更高。上述分析表明：多尺度CSRBFs差值方法能够针对非均匀数据进行地层表面模型的高精度、快速重建。     

矿体品位和储量统计分析的三维可视化方法

运用三维可视化手段,可快速实现矿体品位和储量的高精度估算。其基本方法是:先用三维可视化软件根据矿床地质勘探资料建立起地质数据库,并建立矿体的三维实体模型,精确模拟矿体的形态;其次,建立矿体块体模型,应用块模型方法对矿体内部进行划分;在此基础上,采用地质统计学方法对矿体内部特性数据进行赋值估算,获得矿体内部所有块的特性数据,最后完成矿床品位和储量的统计分析和计算。本文借助大型三维可视化矿山软件Surpac,在建立某金属矿床的地质数据库和矿体三维实体模型的基础上,建立了矿体的块体模型,分别采用普通克里格法和距离幂次反比法,对该矿床的品位和储量进行分析和估算,并将其结果与用传统的地质块段法计算的结果进行了对比和分析。实践证明,可视化方法不但效率高且结果可靠。     

矿体三维建模方法研究进展

矿体三维建模作为数字矿山建设的核心内容之一,新的建模方法近年来不断涌现。围绕矿体三维建模数据来源与数据插值、面元建模、体元建模、混合集成建模、自动建模和模型动态更新等6个方面对矿体三维建模方法的研究进展进行了总结。相关研究结果表明：①钻探数据是目前应用最为广泛的矿体三维建模数据,在有限钻探数据的基础上如何添加虚拟钻孔以及如何对矿体体元进行属性插值是研究的重点;②主流的面元建模方法是利用勘探线剖面图的轮廓线连接建模,涉及轮廓对应、轮廓线贴面和分支处理3个关键问题;③建模效率和精度,构建新的拓扑关系以更好实现模型的切割、剖分和空间分析以及复杂地质构造的表达是目前体元建模研究的主要方向;④混合集成建模研究多针对建模的效率和精度展开,对矿体混合模型的数据冗余与几何一致性问题,集成模型的纽带与拓扑一致性问题的研究少见,限制了模型的推广和应用;⑤自动建模和模型更新关系到模型的生命力和利用潜力,是最具挑战性的研究方向,目前相关研究仍处于探索阶段。     

扎赉偌尔矿区矿体模型的初步建立

文中研究了层面模型建立矿体模型的方法,以扎赉诺尔矿区的钻孔数据为基础,利用距离平方反比方法插值,建立了每一煤层的上下底板格网层面,多个层面叠加组合,构成了扎赉诺尔地下矿体的三维模型。根据本模型可以实现煤体的分层管理,为进一步利用该模型进行煤的储量计算和绘制地质剖面图以及进行三维分析奠定了基础。     

基于钻孔三维模型的单工程矿体圈定方法

为实现三维可视化环境下的矿体圈定,进而建立矿体三维模型,对单工程矿体边界自动圈定方法进行了分析。根据钻孔孔口、样品分析、测斜和地质岩性数据,计算钻孔空间轨迹和属性数据,从而建立钻孔三维模型。在此基础上,根据矿床工业指标（包括边界品位、最小可采厚度、夹石剔除厚度、最低工业品位、最低米百分率等）,对三维空间的样品进行组合,通过按样长或样长与密度乘积的加权平均值计算组合样品的矿石品位。利用矿体倾向和倾角计算矿体厚度方向的向量,根据钻孔三维模型的空间轨迹线计算各矿段的穿矿向量,采用将穿矿向量投影至厚度方向的向量计算矿体真厚度,分别实现了采用边界品位的单指标和采用边界品位与最低工业品位的双指标矿体圈定方法。以云南省某铜矿地表钻孔数据为例,对所提矿体圈定方法进行了验证,结果表明：基于钻孔三维模型的单工程矿体边界自动圈定方法能够按照给定的工业指标圈定矿体,有助于大幅度提高矿体圈定的准确性和工作效率。     

基于实体与块体混合模型的三维矿体可视化建模技术

研究了根据解释出的地质体边界线,在三维环境中构建矿体可视化模型的基本原理和建模方法。针对传统建模方法效率低下及程序实现复杂的问题,提出了线内长度等比法构建实体表面三角网的新方法,并对体模型约束下块体生成的关键算法进行了研究,基于BSP树结构的三维块体模型快速填充算法,适合于复杂矿体约束下大数量级块体的生成,已成功应用于多个数字矿山项目中。     

三维四面体网格模型在固体矿产储量估算中的研究与应用

矿体储量估算涉及到大量地质数据,传统的手工计算工作量大,计算繁琐。利用计算机以三维矿体模型为基础进行储量计算,可以有效提高矿产储量估算和管理的效率。在对当前几种常用三维矿体建模方法进行分析的基础上,选择四面体网格模型来进行矿体建模,并提出了一种基于约束的四面体网格的矿体储量计算方法。该方法的主要优点在于可以通过四面体网格模型,对矿体边界以及矿体内部品位分布等进行统一的管理,计算精度高。因此,该方法具有一定的理论研究意义和实际应用意义。     

矿体线框模型及其建立方法

建立矿体的几何模型是建立矿体实体模型的首要工作,而利用线框模型(wireframe)建立矿体几何模型是最简单、最灵活的方法.研究和总结线框模型的特点及其建立方法对准确建立矿体实体模型至关重要.本文作者在建立了近20个矿床实体模型的经验基础上,以冬瓜山铜矿体的线框模型为例,提出并总结了建立线框模型的流程和一些实用方法.     

矿山离散钻孔样品变异函数模型计算与拟合

为建立用于矿产资源储量估算的变异函数模型, 对矿山离散钻孔样品变异函数的计算与拟合方法进行了研究。在定向实验变异函数计算中, 采用定向搜索棱柱代替搜索方向, 用以搜索空间位置分布不规则的离散样品中满足滞后距条件的成对样品, 给出了对于离散样品的定向实验变异函数计算步骤及算法实现。以实验变异函数图变程范围内的离散点及成对样品数目为主要依据, 对理论变异函数进行人工拟合, 建立理论变异函数模型, 最后通过交叉验证的方法进行最优理论模型的选择。以某矿山铜元素品位数据为例, 利用组合样品计算矿体走向、倾向和厚度方向的实验变异函数, 并分别采用3种理论模型进行拟合, 根据交叉验证结果计算平均误差、标准化平均误差、误差标准差, 经过比较最终选择球状模型为最优理论模型。结果表明, 本文提出的变异函数计算与拟合方法能准确建立矿山离散样品的变异函数模型, 使矿石品位估值和资源储量计算结果更加可靠和准确。     

基于OO-Solid数据模型的复杂地质体分区协同三维建模

为了解决复杂地质体建模困难、精确度低等问题, 综合考虑已有平面地质资料, 基于OO-Solid数据模型, 提出了改进的分区协同建模方法: 采用分区协同思想将复杂地质体交叉剖面线由三维体元概念转化为二维面元概念, 由复杂统一整体转化为简单分区区域个体, 最后通过分区区域面元的合并包容得到复杂地质体的三维体元模型。将该方法应用于云南个旧某锡矿山, 研究结果表明: 高效快速构建出的三维复杂地质体模型, 不仅揭示了该复杂地质体的成矿机理, 而且真实反映了地质体的赋存情况, 为矿山后续工作(矿体储量计算、矿体勘探、稳定性分析模拟等)提供了准确的基础资料。     

三维栅格数据结构的研究与应用

三维数据结构是三维GIS研究的重点。三维栅格数据结构在数字影象、数字高程模型等领域得到了广泛应用。从栅格的编码、栅格的空间分析等方面对三维栅格数据结构进行研究，并以一个具体的矿床为例，对应用三维栅格数据结构进行矿体块段建模、特定范围内储量计算等空间分析时涉及的技术和方法进行了论述。提出了今后在研究和应用三维数据结构时的建议和展望。