基于矿山地质对象的三维数据模型研究

【摘

要】三维数据及模型对于整体反映对象信息，立体管控与分析对象具有很现实的意义。本文基于矿业资源的地质对象，介绍了三维地质建模数据模型的国内外研究现状，并对面元三维数据模型、体元三维数据模型、面体混合三维数据模型进行分析比较，为实施具体地质体的三维建模选择适应的三维数据模型提供理论依据。

【关键词】面元模型；体元模型；混合模型

1、前言

矿业资源的三维数据分析与管控是实现矿业远景规划、有效利用矿业资源的前提。矿业资源基于矿体研究，其研究对象的基本属性为矿体，以及由此而外延的地质构造、地层、矿体、断层等。由于地质历史的变迁并受地质运动的影响，地质矿体的地底表现复杂多样，其分布结构，地存形态以及表现特征各异。三维可视技术的研究，其目的在于正确再现这些地质对象。传统的二维地理信息系统尽管已被广泛使用，但由于二维技术的限制，其功能受限，无法对赋存矿体进行立体再现，且查询、几何量算功能欠缺，二维技术在地质对象的属性处理以及拓扑关系的再现上也显力不从心，索引、管控功能不足。为此，对三维可视化技术的研究以及基于地质对象的系统构建，其目的在于功能齐全的再现矿山地质对象的三维数据模型。

2、基于矿山地质对象的三维数据模型国内外研究现状

2.1国外三维数据模型研究状况

上世纪六十年代，三维块段数据模型首先是从地质统计学视角，基于kriging法、距离反比法等建立，从而来表现地质矿体的赋存特征。信息特征及赋存状态。1978年，hunter　g.m提出了八叉树的数据模型，kavouras等研究人员又以此为基础进一步完善了相关研究，但仍然存在无法精确展现和表达矿体的表面及边界。1987年，carlson　eric提出单纯复形模型，构建了反映地质矿体立体概念的地下空间结构理论。由此，系统化集成块段模型，对于表现地质矿体特征，反映三维特征值以及矿体本身的形态和表面特征具有重要价值；三维地学模型由raper　j.f　于1989年提出；三维gis数据结构由fritsch于　1990年提出；上世纪九十年代初，joe创立了基于三维点集的局部变换构建三维delaunay三角形算法，不久，molenar又从立体四元素（点、弧、边、面）出发构建了形式化三维数据模型。本世纪初，houlding　s.w、li　rongxin分别为三维可视化技术作出了贡献，在核心技术领域、多维数据技术领域提供了建模思路。近年来，victor、pilout　m促进了有关三维矢量数据模型ten的开发与应用，lattuada　实现了3ddt在矿业地质领域的实际应用。之后，随着三维可视化应用技术的发展，gruen、zlatanova、coors分别促进实现了v3d（混合模型）、ssm（点与面的三维模型）、udm（用平面凸壳面表示三维空间）的开发。

2.2国内研究现状

国内首先对八叉树的三维地质数据模型进行综合研究的是国内学者韩建国、郭达志等人。其后不少学者在不同的领域基于三维信息模型进行了探索。赵树贤开发研究了基于界面三角网三维地质数据模型；傅国康探索了分形建模方法；李德仁从八叉树和四面体格网的的视角探索了混合数据模型；3d矢量拓扑模型由李青元提出，并探索了不规则三角形格网与结构实体几何的混合数据模型；另外，陈军、孙敏、程鹏、侯恩科等分别从不同的角度探索了三维数据模型的研究。

3、矿山地质对象的三维数据模型的类型

从相关资料分析，目前包括国内与国外的学者在内，有关三维数据模型的研究种类很多，但通常情况下我们可以把它区别为：面模型、体模型、面体混合模型。

3.1面元模型

面元模型主要表达和再现的是地质体的表面，以面单元或面元素为构成元素来表现地质体表，方便于显示数据和数据更新，从种类上看，面元模型可分为：格网模型（主要为地形表面和层状矿床构模），其特点是可以根据形状的浓淡程度实现表现，可以比较精确准确实现整个建模过程，在地层表现上层界优势表现，并且可对不规则的复杂面优势描述，在计算时间、数据处理上也简洁明快。

3.2体元模型

体元模型是真实三维的实际再现，是从三维空间视角的体元分解与组合，能够针对体元的性质单独保存和再现，并且能够实现空间查询和数据分析。体元模型可以分类为：三维栅格模型的数据模型（对反映三维体内的不均一性，可实现叠加分析、缓冲区分析，结构简单、位置隐含表示、操作算法易于实现）；针状三维数据模型（地质均匀的层状三维地质体如地层水、温度等）；叉树三维数据模型（实现三维空间的地质体分割），按照编码规则分类为：普通八叉树、线性八叉树、三维行程编码八叉树等。优势；数据处理能力强，压缩量大，运用便捷灵活。此外，还有一些其它模型，诸如：金字塔模型、三棱柱等。

3.3混合模型

混合模型是一种复合型模型，是对面模型与体模型的二合一，一种优势互补的的复合体，其综合了面模型对表面体再现优越性以及体模型对空间操作和分析的优点，优势合一。混合模型可以分类为：八叉树—结构实体几何混合数据模型、边界表示---结构实体几何混合模型、断面—三角网混合模型等。

4、结语

地质体的构成复杂、形态多种，三维数据模型的数据取得可以通过多种途径来实现，在实际矿业应用中，要依据不同的侧重点需要，建立相应的数据模型，分别侧重于不同数据的采集和处理，就可以满足相应的地质研究需要。

参考文献

[1]王润怀.一种双tin面结构断层数据模型[J].煤炭学报，2007，2（3）：26-30.