基于倾斜摄影测量的矿山三维地质数值建模方法

张有祥，安平利，刘宏运

（北京荣创岩土工程股份有限公司，北京 100000）

在以往的矿山三维地质数值建模中，主要存在模型层次细节颗粒度低的问题，无法为后续矿山工作提供高精准度的数据。基于此，本文通过倾斜摄影测量，设计一种新型矿山三维地质数值建模方法，具体内容如下文所述。

1 倾斜摄影测量概述

倾斜摄影测量技术属于我国高新领域的研究内容，此项技术的提出，完全颠覆了传统测量技术中存在的仅可实现对监测点垂直检测的问题。

在使用提出技术进行实际测量工作过程中，可在一个相同的平行架上搭设多个传感设备与通信设备，因此，在进行数据时，可实现对同一点数据的多维度测量。而使用此种测量方式，更加有利于提供使用者一个直观的观看感受。此项技术不仅可以实现对检测点的精准定位，同时也可以更具时效性的为使用者还原一个真实的地质信息。而此项技术提供给测量者的精准定位功能，可将地质环境中多种有机物体进行嵌入式定位，从而使获取的影像、图片等数据信息内容更加丰富，给予使用者更为优越的使用体验，实现了对传统测量技术功能、性能的拓展。

2 倾斜摄影测量建模优势

以往针对矿山地质测量的传统工作行为中，研究者通常将获取的信息数据进行融合处理后，使用CAD、3D、PS 等相关辅助性绘图工具，对测量得到的物体轮廓进行定位，尽管此种建模方式可实现基础矿区的地质勘查需求，但由于上述提出的辅助性绘图软件在使用中，受到的外界干扰较大，从而导致最终的测绘成果与勘查点存在偏差。并且，传统的测量建模行为实施需要由人工参与工作，受到操作者主观性行为的影响，会使导出的建模成果存在纹理、纹路、精度等方面的误差。因此，传统的摄影建模方法在使用中具有测绘周期长、测量结果精度低等显著问题。而这些问题的出现，会在不同程度上导致获取的数据缺乏价值与真实性，无法在实际层面上满足矿山地质开发工程的需求。

3 基于倾斜摄影测量的矿山三维地质数值建模方法

矿山三维地质数值建模在开展过程中，针对矿山地质三维模型的搭建采用的是人机交互式单元分割-拼接建模方法，基于倾斜摄影测量共同实现的[1]。基于倾斜摄影测量的矿山三维地质数值建模具体流程，如图1 所示。

图1 基于倾斜摄影测量的矿山三维地质数值建模流程图

结合图1 所示，下文进行针对基于倾斜摄影测量的矿山三维地质数值建模流程的详细阐述。

3.1 基于倾斜摄影测量采集矿山地质数据

在矿山三维地质数值建模中，首先，基于倾斜摄影测量，通过对检测点的精准定位，在一个相同的平行架上搭设多个传感设备与通信设备，通过对同一点数据的多维度测量，收集矿山三维地质数值建模所需的数据。而后，整理成满足建模软件可使用的数据格式，主要包括图片、WORD 及纸质格式的水文、工程钻孔数据；地下水位、水质监测井，供水井动态数据；地质地貌图、综合水文地质图、水化学类型、矿化度图等矢量图件数据；纸质水文、工程地质剖面图和剖面平面部署图数据；PDF 或WORD 格式成井报告数据。在矿山地质数据采集工作中，充分运用倾斜摄影测量能够实现对矿山地质数据全方位的精准采集[1]。并且在确保满足实际需求的情况下，利用倾斜摄影测量，进行立体成像实现360°的无死角转换，在各个角度对矿山地质数据的采集。

3.2 区域地质剖面预处理

在三维地质建模之前，需要对即将导入的矿山地质剖面数据进行预处理，主要包括：剖面初始化制作：利用收集到的钻孔、监测井、水文地质图、地形地貌图、地质成果报告，为了避免系统自动化生成剖面较“生硬”的现象，可以通过矿山地质专业技术人员结合自身丰富的地质工作经验技术在纸介质上刻画初始的矿山地质剖面图，系统反应区域地表地信和地貌特征、地下地质和构造特征、地下水位变化特征、含水和隔水岩组分布特征，形成较为完整的剖面边界线数据[2]。通过图件矢量化的方式，将纸质的矿山地质剖面经过扫描成图，然后在CAD 中进行人工矢量化，对剖面边界线进行拓扑查错，再进行拓扑造区处理，形成矢量剖面数据。剖面区赋参数属性：结合钻孔数据，制定标准地层表，制作剖面区参数属性图例版，最终制作出带有标准化颜色、纹理和属性的标准地下矿山地质三维剖面数据。

3.3 剖面一致性检查

经过本次项目工作的开展，发现外部剖面在矢量化和属性数据录入完成导入软件三维建模系统过程中，经常出现经过同一个钻孔的不同剖面地层出现不能对齐现象[3]。为快速有效的解决层数相同且地层能够相互对齐待建模所需的剖面图全部修改完善后，选用单元格自动生成功能，进行属性一致性检查、厚度一致性检查、分层界限一致性检查。针对相交的剖面之间进行检查，确保属性结构一致、相交剖面处的剖面厚度一致、分层界线一致。

3.4 完成矿山三维地质数值建模

在此基础上，通过上述对矿山工程的地质三维建模，可输出在不同地质区域内的三位网格图形，可将每一个网格图形近似看作一个地质实体模型，并采用将每个地质模型进行独立拼凑的方式，完成对矿区整体的建模处理。并且，可以借助关辅助性绘图工具将工程地质网格信息拼接在一起，而通过此种方式，可导出一个相对完整的立体化模型。总之，使用本文提出的三维地质测绘技术，可省略后期人工参与建模的行为，实现对建模过程中相关数据的有效补充，以此使矿区地质更为全面的呈现给研究者。

4 实例分析

4.1 实验准备

设计实例分析，本文实例分析选取某矿山地质调查工作区进行实验，工作区内主要构造断块有凸起以及凹陷两种形式，在区域上属于断陷构造单元。本次实验通过对该矿山地质调查工作区进行三维数值建模，首先使用本文基于倾斜摄影测量设计建模方法，对该矿山地质调查工作区进行三维数值建模，通过matalb 软件测得其建模的层次细节颗粒度；再使用传统建模方法，对该矿山地质调查工作区进行三维数值建模，同样通过matalb 软件测得其建模的层次细节颗粒度。本次实例分析对比指标为建模层次细节颗粒度，建模的层次细节颗粒度越高，证明矿山三维地质数值建模精度越高。

4.2 实验结果分析与结论

整理实验数据，如表1 所示。

表1 建模层次细节颗粒度对比表

通过表1 可知，实验组建模层次细节颗粒度明显高于对照组，可以实现高精度的矿山三维地质数值建模，证明其具有现实应用价值。

5 结语

本文通过实例分析的方式，证明了设计建模方法在实际应用中的适用性，以此为依据，证明此次基于倾斜摄影测量优化设计的必要性。

因此，有理由相信通过本文设计，能够解决传统矿山三维地质数值建模中存在的缺陷。但本文同样存在不足之处，主要表现为未对本次建模层次细节颗粒度测定结果的精密度与准确度进行检验，进一步提高建模层次细节颗粒度测定结果的可信度。这一点，在未来针对此方面的研究中可以加以补足。

与此同时，还需要对矿山三维地质数值建模方法的优化设计提出深入研究，以此为提高矿山三维地质模型综合质量提供建议。