煤矿地层三维可视化研究与实现

２ １ １ 曲 面 模 拟 ．．
矿 的稳 定、安全 的生产对我 国的经济建设具有很重要 的作用 ，但 频繁 发生 的煤矿 安全 事故 （ 如瓦斯 爆 例 炸 、突水 等）严 重影 响着我 国煤矿工业 的安全生产和 发 展。基 于以上 问题 的提 出，在数字矿 山的建设 中实
基于 面 的煤矿 三维 数据 模型 主要 用于 对三 维地
２２ 三维数据模型相关算法研究 ．
在三 维地 质实 体建模 过程 中需 要用 到许 多的地 质数学 算法 问题 ，例如根 据有 限 的采 样点数 据插 值
生成任 意一 点 的空间位 置信息 或属性 信息 的方法 、
模型 。实验 系统运行 过程如 图ｌ 示 ： 所
地层 的构模 算法 、切 割算法 、挖掘算 法等 。
２ １ ６ ｏ 中阎高 ０ ２０ 新技扣 、１ ５ 址 ３
质 实 体 的表 面 进 行 表 示 ，像 地 表 地 形 、 某 一地 层 顶 底板 层面 、构筑物 或工程 的空间框 架和轮 廓 。 目 前 ，常用 的基于 曲面 的煤 矿三 维地质 模型有 线框 模 型 （ ｉｅ Ｆａ ｅ Ｍｄ １ Ｗ ｒ ｒ ｍ ｏ ｅ ）、样 条 曲面模型 （ ｐ ｉ ｅ Ｓ ｌｎ
本文 基于 东滩 煤矿十 四采 区 内的钻孔 基础 数据 ，主
地层 三维可 视化 就是运 用三 维地 学模拟 对现 实矿 山
的三 维 空 间 实体 在 计 算 机 系 统 中进 行 三 维模 拟 显
示 ，如三维 地层 、断裂 、矿 体和巷 道 的真三 维动 态
显 示 、三 维 巷 道 的空 间拓 扑 分 析 、 三 维矿 体 的 体 积 、储量 的计算等 。论文将通 过Ｍ ｃ ｏ ｏ ｔ ｆ ｉ ｅ ｉ ｒ ｓ ｆ Ｏ ｆ ｃ
摘 要 ：电能是 国民经 济的主要 动 力 ，电力生 产 消耗 的 能源在 我 国能 源总 消耗 中 占得 比重很 大 ， 因此提 高电能
生产 的经济性 具有 十分 重要 的意 义。 文章 总结 了神 华 广 东国华粤 电台山发 电有 限公 司近几年 来 煤场 防塌 方的
经验 ，以提 升煤场 管理水平 ，降低燃 煤存储损耗 ，提 高火 电企 业的核心 竞争 力。 关键 词 ： 存储 能力 ； 干煤棚 ； 防雨布 ； 周转 率 ； 包固定法 ； 煤 绳索 固定 法
孔 基础 数据 的特征 和处 理方法 ，并根 据数 据库 技术
建立 了论文 需要 的后 台地质数 据库 ；根据 煤矿 三维 地 质模 型 的模 拟 和 可 视 化 技 术 的要 求 以及 软 件 系
统 的开发 原则 ，在Ｖ ２ ０ 环 境下 ，利 用Ｍ ｃ ｏ ｏ ｔ Ｓ０５ ｉ ｒ ｓ ｆ
３ 三维地质 模型显示 实验系统设计 与实现
３ １ 系统设计定位与开发环境 ．
本 文 的研 究 目的主要 在 于对煤 矿三 维地 层建模 的 理论 方 法 和 操 作 算法 进 行 研 究 ，与 其 同步进 行 的实验 系 统定位在 建立数 字矿 山系 统 中三 维地质 空 间可 视化 系 统 。实验 系统 的程 序开 发是 在Ｗ ｎ ｏ ｓ ｉ ｄ ｗ 系 统 下 ， 使 用Ｖ ２ ０ 环 境 中 的Ｖ ＋ 程 序 设 计 语 Ｓ０ ５ Ｃ＋
型 方法 （ １ ｃ ）、八叉 树模 型方 法 （ ｃ ｒ ｅ Ｂｏｋ Ｏ ｔ ｅ ）、 三 棱 柱模 型 方法 （ ＴＰ） 和 四 面 体 模 型 方 法
（ Ｅ ）等 。 ＴＮ
２ １３ ．． 混 合 结 构 模 拟
在 研 究 有 关 三 维 地 质 模 型 的 理 论 方 法 的 基 础
Ｇ 地 矿产 质
ｅ ｌ ｇ ｓ ｕ ｃ ｓａ ｉ ｅ ｏ ｏ ｙ Ｒｅ ｏ ｒ ｅ ｎｄ Ｍ ｎ ｓ
煤矿地层三维 可视化研究 与实现
代 琦
（ 阳鑫龙 煤 业 ， 南 安 阳 ４ ５ ３ 安 河 ５ １ ３）
摘 要 ： 矿地 层三 维 可视 化是 运 用三 维地 学模 拟 方法 对现 实矿 山的三 维 空间 实体 在计 算机 系统 中进 行 三维模 煤 拟 ，文 章研 究和 分析 了煤矿 三 维地质 建模 技 术及 相 关算 法 ，研 究 了分别 基 于面 、体和 混合 结构 的数据 模 型 ， 平 面 的剖 分 算法 、地质界 面的插值 方 法和基 于三 棱柱 的地 质体剖 切 算法 ，模型 的三 维 可视 化技 术 等 ，根 据煤
系 统 的后 台地 质属 性数据 库 。地 质数据 库系 统包括
１６ ３ ｏ 中闽高 新技： ２ １ ６ 鼢 ０ ２０
Ａ ｃ ｓ ２ ０ 作 为后 台数据 库和Ｏ Ｒ 图形 引擎为显 示 ｃ ｅ ｓ０ ３ ＧＥ
台山 电厂 露天煤 场 防塌 方研 究
畅学 辉
（ 华广 东 国华 粤 电 台山发 电有 限公 司 ， 东 台山 ５ ９ ２ ） 神 广 ２ ２ ８
Ｓ ｒ ａ ｅ ｏ ｅ ）、 形 状 模 型 （ ｈ ｐ ） 、面 片 ｕ ｆ ｃ Ｍ ｄ １ Ｓａｅ 模 型 （ ａ ｈ ｏ ｅ ） 、边 界 模 型 （ ｏ ｎ ａ ｙ Ｐ ｔ Ｍ ｄ １ ｃ Ｂ ｕ ｄ ｒ
煤矿 钻孔基 本属 性表 、煤矿钻 孑 综 合确定 成果表 、 Ｌ 岩层顶 底板Ｄ Ｍ 息表和岩 层属性表等 。 Ｅ信
模 型 （ ｕ ｔ — Ｅ ｏ ｅ ）。 Ｍ ｌｉＤＭ Ｍ ｄ１
２ １２ 体 元 模 拟 ．．
在 实际应 用 中，规 则体 元通 常用于 对水 体和 污
染 等环 境 问题 进行 建模 ；非规 则体元 则是有 采样 约 束的 、基于 地层 界面和地 质构造 的面 向实 体的三 维
数据模 型 ，所 以在 三维 地质建 模 中主 要采 用非规 则 体元 模型 。常用 的体模 型方法 有结构 实体 几何模 型 方法 （ Ｓ ）、三维栅 格模型 方法 （ ｒ ａ ）、块模 ＣＧ Ａｒｙ
在 计算 机 中进行 二维 显示 或三 维虚 拟显 示 时 ， 需要 把地下 复杂 的 、难 以全 面获 取信 息和直 接表 示
１ 研究背 景及试验 区概况
目前 ，我 国很 多煤矿 在 生产信 息化 方 面 比较 薄 弱，对矿 井信 息的存储 管理 多借助于纸质 的图、表和
二维 的Ｇ Ｓ Ｉ 软件 ，这 些信息不 能直 观 的反映在 煤矿 生 产 过程 中所遇 到的一些地质现象和工程 问题 。另外煤
模型 （０Ｄ 。 Ｏ３ ）
在运 行 时，实验 系统 首先 以创 建 的地质数 据 库 作 为数据 来源 ，加载 钻孔基 础数 据信 息 ，以编码 生 成 的纹 理库作 为岩性 纹理 图案 的绘制 来源 。然 后基 于这些 离散 的钻孔 数据进 行插 值 。最 后创 建并 生成
整 个 实验 区 内的基 于格 网一 角 网混 合数 字 高程 面 三 模型 （ ｒ ｄ Ｔ Ｎ Ｇ ｉ — Ｉ ）和 基于 三棱柱 （ Ｔ ）的地 层体 ＧＰ
Ａ Ｃ Ｓ ２ ０ 建 立钻 孔 数 据 库作 为 后 台地 质 基础 信 ｃ ｅＳ ０３ 息 ，在Ｖ ２ ０ 开发环境 下 ，利 用Ｏ Ｒ 图形库 函数标 Ｓ０ ５ ＧＥ 准 ，实现 格 网一 三角 网混合 数字 高程面 模型 （ ｒ ｄ Ｇ ｉ— ＴＮ Ｉ ）和三棱 柱 （ Ｔ ）体模 型三 维可视 化 ，然后填 ＧＰ
２４ 建立地质数据库 ． 本 文 通 过 整 理 原 始 钻 孔 勘 探 资 料 ， 基 于 Ｍ ｃ ｏ ｏ ｔ ｃ ｅ ｓ ０ ３ 立三维 地质模 型可视化 ｉ ｒ ｓ ｆ Ａ ｃ ｓ ２ ０ 建
构 的煤矿 三维 数据模 型及其 可视 化技术 ，同时有 针 对 性地对 地质 界面 的插值 算法 、平面 剖分算 法和 基 于三棱 柱 的地 质体 剖切算 法进行 了研 究 ；研究 了钻
的地质 实体 进行抽 象 ，提取 实体 的主要 特征 元素 进 行量化 ，利 用一 定 的有 效数据 模 型进行 近似模 拟 ，
逼 近表 达 。在不 同的应 用领域 ，根 据不 同模 型 的表
达 优势 ，需 要不 同的模 型来对 地质 实体 进行逼 近显 示 。根 据 国 内外 的研 究现状 ，煤矿 三维 地质体 的模 拟 方法 概括 有三种 ，即基于 曲面模 拟 、体元模 拟和 混 合结构模拟 。
充各 种岩 性 的纹理 、加入 对三 维模 型 的操 作功 能 ， 最终 建成三维地质 模型 的三 维可视 化系统 。
要选 取 了煤层 厚 度相 对较 大 的３ 煤 层及 其 顶板 砂 上 岩和底 板泥岩在十 四采 区中的部分地 层数据 。
２ 模 型算法 研究
２ １ 煤 矿 三维 地 质 建 模技 术 研 究 ．
４ 结论
本文深 入 并系统 地研 究 了基于面 、体和混 合 结
跨 平 台 的 图形 绘 制 引擎 ， 以插 件 的 形 式 调 用 其它 图形行 库 的 图形 渲 染 接 口 （目前 主要 为 Ｏ ｅ Ｇ 和 ｐｎＬ Ｄ ｒ ｃ ３ ） 。Ｏ Ｒ 利用 高度 的抽 象方法 ， 以更加 直 ｉｅｔ Ｄ ＧＥ 观 的、简 洁 的、灵活 的方 法接 口把不 同类 型的３ 应 Ｄ 用程序 接 口封装起 来，实现３ 场景 的渲染 。 Ｄ
矿 三维可视化 系统 的要 求 ，设 计 实现 三维地质模 型显 示的 实验 系统 。 关键 词 ： 煤矿 地层 ； 三维可视化 ； 维地质 建模 三
中图分类号章编 号 ： ０ ９ ２ ７ ２ １ １ １ ０ － ３ ４（ ０ ２） ８
数 字矿 山是 以矿 山系 统为 原型 ， 以地理 坐标 为 参考 系 ，综合矿 山科 学技术 、信 息科 学、人 工智 能 和计 算科 学 ，建 立数字 化 、信息 化 、虚 拟化 、智 能 化 、集 成化 等 综 合 自动 化 的现 代 矿 山系 统 。煤 矿
２３ 模型的三维可视化技术 ． 文 中用 到 了Ｏ Ｒ 图形 绘 制 ＧＥ 引擎 ， 即面 向对 象 的 图形 渲 染 引擎 （ ｂ ｃ — ｒ ｅ ｔ ｄ ｒ ｐ ｉ Ｓ Ｏ Ｊ ｔ Ｏ ｉ ｎ ｅ Ｇ ａ ｈ ｃ ｅ Ｒ ｎ ｅ ｉ ｇ ｎ ｉ ｅ ，它 是 一个 完全 开源 的 、 ｅ ｄ ｒ ｎ Ｅ ｇ ｎ ） 图１ 数据 库连接界 面和三 维模拟界 面