V8工作站CSAMT勘探成果三维可视化研究

董 坤，薄 杨

（安徽国防科技职业学院 信息工程系，安徽 六安 237011）

随着我国经济的发展，能源以及矿产的开采和利用在国民经济中的地位越来越突出.地球物理勘探经过多年的研究、实践和发展，人们已经能够通过物理和数学方法较准确地对地下矿藏进行分析和解释.物探工作中，包括了工程设计、数据采集、数据处理、数据成图和成果解释.物探的最终成果是展示给用户的物探成果图、相关实际材料图、原始数据资料等.随着计算机技术的发展，人们对所需建立的实体模型要求越来越高，并要求建立真正的三维立体模型，使所建立的模型更加直观、真实，因此研究三维立体建模技术并应用于工程实际已迫在眉睫，例如三维地表建模、地下三维矿带实体的可视化建模、三维地层可视化建模等.三维可视化技术在地球物理勘探领域中的应用日趋成熟，三维模型的直观显示可以使工作人员更准确的把握勘探成果，并为勘探成果的后期推断和解释提供便利.

同时，使用V8工作站进行CSAMT方法勘探能够采集到优质的地下岩体电阻率数据信息，高质量的数据采集效果，保障了勘探成果的准确性.然而，这些数据信息最终通常只是以二维图件的形式得以展示，单独的二维图件难以体现整体空间内电阻率的变化趋势，如果能将这些独立的二维图件整合到一个统一的三维空间模型中，同时使用三维地形对这些图件进行空间标定，将会有效的提高工作者对成果进行推断和解释的质量，提高工作效率.

1 V8 工作站CSAMT 方法勘探

地球物理勘探是利用相适应的探测仪器对地下的各种物理实体进行探测，根据地下岩体和围岩存在的物性差异，获取相应的物理特性数据信息.并对探测数据应用有效的处理方法，提取出有意义的信息，结合地质条件进行分析，从而推断探测对象在地下赋存的位置、大小、范围和产状.

1.1 V8工作站

V8工作站是加拿大凤凰公司的最新一代多功能电法仪，该仪器是目前地球物理勘探领域技术先进、功能齐全的电法类勘探仪器，具备时间域的常规电剖面、电测深、高密度电法、瞬变电磁测量功能，并具备频率域的CSAMT、MT、AMT、SIP、TDIP、TDEM电法勘探测量功能.

该仪器集当代最新科技成就于一身，成功地解决了很多实际生产中的瓶颈问题：

成熟的system2000操作系统，保障了系统操控的稳定性；

先进精确的GPS卫星同步技术与无线网络通信技术，实现了发射端及接收端信号的精确同步，并使其即便在复杂的山区施工也较为方便，极大地提高了生产效率；

先进的硬件配备更为系统，在采集精度上提供了强大的技术支持.

1.2 CSAMT工作方法

CSAMT野外装置包括场源和测站，如图1.常用的CSAMT标量测量需在地面布设一个1-3km的偶极线电源AB，两端A、B分别连接埋深1m左右的铝薄纸网，通过接地导线AB向地下供入不同频率的谐变电流形成人工可控的电磁场.

图1 CSAMT标量测量示意图

数据探测以直线方式进行，测线布置在距人工场源5-10km且平行场源线AB的区域，数据探测过程中沿测线方向逐个测点观测与场源平行的电场Ex及与之垂直的磁场Hy，进而可计算卡尼亚视电阻率.

2 勘探成果三维可视化

地球物理勘探成果的三维可视化模型构造应用越来越成熟，并且三维可视化模型被认为是不同背景用户进行空间信息交流和视觉分析与空间认知的有效媒介.CSAMT方法勘探的成果主要是不同岩体的电阻率数据信息，在三维空间实现多组电阻率剖面的组合显示，并且结合地形对成果的空间标定，可使专业人员给出更直观、更准确的推断和解释，甚至使非专业人员从空间上把握勘探结果.

2.1 平台开发环境及功能模块

平台使用VC++6.0结合OpenGL进行编程实现.

针对CSAMT方法勘探的工作特点，该系统从功能上划分主要包括四个部分：数据输入及修改、三维地形构造子系统、剖面影像显示子系统、三维模型渲染.系统整体结构设计如图2所示.

其中成果的三维可视化主要分为两个功能模块：三维空间内任意二维电阻率剖面的组合显示，展示电阻率的空间变化；勘探区的三维地形构造，标定成果所在的空间位置.

2.2 电阻率剖面组合显示

图2 系统结构设计

电阻率剖面图像采用位图导入的形式显示在三维空间内，多组剖面的任意组合显示可以帮助工作者把握整个空间的电阻率分布规律，并为最终的成果断定等工作提供依据.剖面的显示即在三维空间中创建纹理贴图空间，并读入二维电阻率图件文件，最终实现纹理贴图功能.

剖面映射的基本的执行步骤如下：

①定义电阻率剖面纹理；

②控制滤波；

③说明纹理映射方式；

④绘制场景，给出顶点的纹理坐标和几何坐标.

2.3 三维地形构造

采用规则三角网模型进行地形曲面构造，并依据不同的Z坐标值对三角面片进行着色操作.由于原始地形数据点是有限且分布不均的，因此在三维地形构造过程中首先对离散数据点进行插值，即根据已知点对规则三角网中三角形顶点的Z坐标进行插值计算.系统采用普通克里格法进行数据插值，普通克里格法插值考虑了被描述对象的空间相关性质，使插值结果更科学、更接近于实际情况.

假设X0为待估计点，首先计算第n点和第m点的变异量，变异量COV(Xn,Xm)与两点距离相关，所以COV(Xn,Xm)=COV(Xm,Xn).

普通克立格法中点X0处的估计值：

其中：

插值计算中选用最简单的线性模型作为理论变异函数模型，并取一个整形定值N作为线性斜率，则相对于两点间距离h，变异函数Z（h）=N*h，即COV(Xn,Xm)=N*h.

2.4 勘探成果可视化应用

该平台可分别实现任意电阻率剖面的组合显示及三维地形的构造，并可实现任意旋转及放大显示操作，在工程中得到了初步应用.图3为多组电阻率组合显示，可以看到在三维空间内不但能够直观显示各纵向电阻率剖面上的不同异常区域，且能够通过横向剖面展示不同深度地层的电阻率分布，对电阻率走向进行推断和验证，为工程推断、成果解释提供直观的理论依据.

图3 任意电阻率剖面组合显示

进而通过三维地形构造实现对勘探成果的空间标定，结合工作区场景对实际勘探测线及成果的空间位置进行直观的精确定位，图4为勘探成果的三维直观显示效果图.

图4 勘探成果整体显示效果图

在实际工程实施过程中，通过该三维模型的构造，不但能够帮助物探专业的工作人员高效的把握工作区勘探成果，提高推断精度，同时还可以使很多非物探专业人员能够直观的了解成果的分布情况，特别是地质专业工作人员，通过该三维模型能直观的了解地球物理勘探的工作成果，为后续物探工作和地质工作的配合及交接提供了极大便利.

3 结语

本文源于使用V8工作站进行CSAMT方法勘探的实际工程需求.在熟悉工作方法的基础上，对勘探成果的三维可视化进行了研究，尝试使用三维模型构造工作区及勘探成果.并根据实际需要使用VC++6.0结合OpenGL开发了勘探成果三维可视化平台，拟在解决两个问题，即实现任意电阻率剖面图件的三维空间显示，同时构造三维地形对勘探成果进行空间标定.

最终，实现工程勘探成果的三维可视化构造，该平台为后期的成果解释、推断及成果的直观展示提供便利，对提高工程效率起到了较大帮助.

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