三維數(shù)字礦山建模技術(shù)示范

以國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有成熟地質(zhì)體三維建模軟件為平臺(tái)，結(jié)合3S技術(shù)、數(shù)學(xué)地質(zhì)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建立各種三維地質(zhì)模型、工程模型，并形成結(jié)合多種技術(shù)的三維地質(zhì)體建模方法體系和礦山多類型數(shù)據(jù)的綜合分析流程，形成數(shù)字礦山可視化-數(shù)據(jù)管理一體化三維建模技術(shù)示范研究，為我國(guó)找礦勘探工作提供一套便于推廣的數(shù)字礦山三維建模技術(shù)方法體系。三維數(shù)字礦山建模在云南個(gè)舊和四川拉拉銅礦進(jìn)行了示范。

公司主營(yíng)業(yè)務(wù)：成都做網(wǎng)站、成都網(wǎng)站設(shè)計(jì)、移動(dòng)網(wǎng)站開發(fā)等業(yè)務(wù)。幫助企業(yè)客戶真正實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)宣傳，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。創(chuàng)新互聯(lián)是一支青春激揚(yáng)、勤奮敬業(yè)、活力青春激揚(yáng)、勤奮敬業(yè)、活力澎湃、和諧高效的團(tuán)隊(duì)。公司秉承以“開放、自由、嚴(yán)謹(jǐn)、自律”為核心的企業(yè)文化，感謝他們對(duì)我們的高要求，感謝他們從不同領(lǐng)域給我們帶來的挑戰(zhàn)，讓我們激情的團(tuán)隊(duì)有機(jī)會(huì)用頭腦與智慧不斷的給客戶帶來驚喜。創(chuàng)新互聯(lián)推出白沙黎族免費(fèi)做網(wǎng)站回饋大家。

云南個(gè)舊數(shù)字礦山建設(shè)情況將結(jié)合建設(shè)的整個(gè)技術(shù)流程，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集和預(yù)處理、各種實(shí)體模型的建立、集成與系統(tǒng)功能研發(fā)等方面。

(一)數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理

數(shù)字礦山仿真系統(tǒng)的構(gòu)建以整個(gè)礦山為對(duì)象，具有范圍大、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)。在確定了研究區(qū)的區(qū)域范圍、地理位置、仿真類型、效果要求以及實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，收集了研究區(qū)礦山相關(guān)的地上、地下、地理、地質(zhì)等的數(shù)據(jù)資料，并對(duì)基礎(chǔ)圖件和數(shù)據(jù)進(jìn)行了矢量化、空間校正等預(yù)處理，為基于GIS及三維建模軟件分別建立礦山地上地下真三維實(shí)體模型奠定基礎(chǔ)。

收集了個(gè)舊東區(qū)30m分辨率的DEM數(shù)據(jù)和0.5m分辨率的WorldView2遙感影像，并進(jìn)行了投影轉(zhuǎn)換、校正、融合等處理。針對(duì)地質(zhì)體建模全面系統(tǒng)的收集了個(gè)舊高松礦田的礦區(qū)構(gòu)造地質(zhì)圖(局部中段地質(zhì)圖)、工程分布圖、坑道平面圖、地質(zhì)勘探線剖面圖、鉆探原始地質(zhì)編錄資料、坑探原始地質(zhì)編錄資料及樣品化驗(yàn)資料等。通過數(shù)碼相機(jī)采集真實(shí)的圖片素材作為紋理數(shù)據(jù)，并利用圖像處理軟件進(jìn)行校正、匹配，轉(zhuǎn)換等處理。利用激光高度計(jì)獲取地表建筑長(zhǎng)寬高尺寸數(shù)據(jù)。

(二)三維實(shí)體建模

本系統(tǒng)在對(duì)各種建模算法適用于不同實(shí)體的建模進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)地形地貌、地質(zhì)體、井巷工程、二維資料以及地物景觀等進(jìn)行了相關(guān)建模方法的研究。

1.地形建模

地形實(shí)體模型可以真實(shí)地反映地表地形地貌的情況，本研究利用數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)和遙感影像數(shù)據(jù)，基于Grid形式表達(dá)，對(duì)地表進(jìn)行了建模，很好地反映出了礦區(qū)的總體地表情況(圖4-27)。

圖4-27 個(gè)舊東區(qū)三維地形模型圖

2.地質(zhì)體建模

三維地質(zhì)建模包括地層實(shí)體模型、構(gòu)造實(shí)體模型、已知礦體實(shí)體模型和巖體實(shí)體模型等。地層實(shí)體模型可以直觀地顯示研究區(qū)內(nèi)的區(qū)域成礦地質(zhì)背景，清楚的表達(dá)礦區(qū)地層與礦體的空間位置關(guān)系及礦體主要的集中層位；通過構(gòu)造實(shí)體模型可以清楚地掌握斷層與礦體的位置關(guān)系及斷層對(duì)礦體開采的影響，直觀地顯示和更好地揭示出區(qū)域不同類型的斷裂的形態(tài)趨勢(shì)和屬性特征，對(duì)于把握整個(gè)研究區(qū)的構(gòu)造格局具有重要作用；構(gòu)建礦體模型能準(zhǔn)確掌握礦體的幾何空間形態(tài)與位置，且為品位估值奠定基礎(chǔ)；巖體一般被認(rèn)為是在成礦期為成礦作用提供成礦物質(zhì)、成礦熱液和熱源的證據(jù)，建立巖體實(shí)體模型對(duì)于礦體位置有較大的指示作用。圖4-28為地質(zhì)體建模的技術(shù)流程圖。

根據(jù)收集的工作區(qū)的地質(zhì)圖、中段平面圖、工程部署圖、實(shí)測(cè)勘探線剖面、大中比例尺地質(zhì)平面圖以及圖切剖面圖等，進(jìn)行三維空間校正后，提取出地層、礦體、巖體、斷層等地質(zhì)體的輪廓線，并對(duì)各勘探線剖面進(jìn)行連接、平滑，最終基于輪廓線重構(gòu)面技術(shù)形成三維實(shí)體模型。對(duì)于巖體實(shí)體模型一般可以通過鉆孔的巖性資料進(jìn)行推斷，或者根據(jù)巖體等深線資料插值生成。本書研究區(qū)范圍內(nèi)地表無巖漿巖出露，但在深部有隱伏花崗巖體分布，巖體模型主要根據(jù)收集到的巖體等深線插值生成巖體實(shí)體模型。為使三維數(shù)字模型能夠更加明顯地展示出該區(qū)各地質(zhì)體的特點(diǎn)，在Z軸方向上對(duì)模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)睦?，這樣的處理對(duì)研究區(qū)實(shí)體模型展示及預(yù)測(cè)分析工作十分有利。

圖4-28 地質(zhì)體建模的技術(shù)流程圖

3.井巷工程建模

坑道實(shí)體模型的建立有助于地質(zhì)工作者一目了然地看出礦區(qū)內(nèi)坑道工程的實(shí)際部署，并且在三維空間工程里可以與其他三維實(shí)體模型相疊加，可以更好地了解礦區(qū)內(nèi)礦體的勘探情況和其他的地質(zhì)條件，為下一步工程勘探部署建議提供重要參考資料。

本書研究主要采用頂板中心線加巷道斷面法建立巷道模型，從實(shí)測(cè)中段平面圖提取巷道，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，投影、配準(zhǔn)、數(shù)字化等操作，作為巷道建模的中心線。為實(shí)現(xiàn)快速模型構(gòu)建，我們對(duì)巷道分三級(jí)處理，將巷道適當(dāng)?shù)某橄鬄椴煌膶?duì)象實(shí)體。對(duì)巷道內(nèi)部以及采礦和運(yùn)礦系統(tǒng)進(jìn)行了建模方法研究，為地下可以進(jìn)入巷道以及對(duì)采礦運(yùn)礦等知識(shí)的科普提供三維模型。

4.二維、三維一體化

與礦山研究與管理相關(guān)的其他資料包括地質(zhì)圖、物探和化探異常信息以及行政區(qū)劃圖、資源規(guī)劃圖等，包含大量的有用信息，但多以二維平面圖件表達(dá)，因此，在建立的三維空間模型中有效的集成這些傳統(tǒng)的二維的地、物、化、遙信息是很有必要的。本書探究了將長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)、管理、科研(地、礦、物、化、遙)的二維資料與三維模型有機(jī)融合的方法，實(shí)現(xiàn)二維信息三維模型一體化集成與表達(dá)，為綜合研究提供一個(gè)有機(jī)的輔助平臺(tái)。如基于準(zhǔn)確地理坐標(biāo)，以地質(zhì)圖疊加DEM高程數(shù)據(jù)，建立了礦區(qū)的地質(zhì)地形模型，以物探圖件、化探圖件，疊加DEM高程數(shù)據(jù)，基于Grid表達(dá)，建立礦區(qū)的物化探圖件模型。以勘探線剖面、化探剖面、化探剖面，基于三維空間關(guān)系恢復(fù)的三維校正與立剖面，建立了勘探線剖面與中斷平面關(guān)系模型、物探剖面模型和化探剖面模型等。

其他二維地學(xué)數(shù)據(jù)如鉆探原始地質(zhì)編錄資料、坑探原始地質(zhì)編錄資料及樣品化驗(yàn)資料等表數(shù)據(jù)可以以數(shù)據(jù)庫的方式實(shí)現(xiàn)一體化集成。對(duì)于相機(jī)采集的真實(shí)圖片素材、激光高度計(jì)獲取建筑物的高度數(shù)據(jù)、鉆探原始地質(zhì)編錄資料以及相關(guān)的圖片、視頻、動(dòng)畫等結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的存儲(chǔ)與建模方式，為實(shí)現(xiàn)最終的一體化集成做準(zhǔn)備。

5.地物建模

地表建筑物的建模主要采用多邊形建模方法，根據(jù)遙感數(shù)據(jù)或建筑底圖，建立相應(yīng)的樓體拉伸多邊形，再采用處理好的圖片做成紋理貼圖。進(jìn)行建模時(shí)要平衡速度和質(zhì)量的關(guān)系，盡量將模型簡(jiǎn)化，可以采用貼圖技術(shù)表現(xiàn)模型上的細(xì)節(jié)。對(duì)于主要建筑進(jìn)行了樓內(nèi)布局和設(shè)備的建模方法研究，實(shí)現(xiàn)了地上進(jìn)樓。

(三)系統(tǒng)的集成與功能研發(fā)

通過上述步驟完成的各類實(shí)體模型是相對(duì)獨(dú)立的，尚未實(shí)現(xiàn)真正意義上的聯(lián)系，需在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行模型的集成與信息系統(tǒng)的開發(fā)。系統(tǒng)集成主要是根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)友好的操作界面、預(yù)先設(shè)計(jì)導(dǎo)覽路徑、創(chuàng)建交互操作功能等。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三維數(shù)字礦山系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(圖4-29)。系統(tǒng)主要通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件VRP實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成和開發(fā)，切制剖面等部分功能在Visual Studio2008環(huán)境下用C++語言結(jié)合DirectX圖形庫開發(fā)實(shí)現(xiàn)。三維礦山系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)導(dǎo)覽、集成管理、信息查詢、綜合分析及切制剖面等功能，圖形用戶界面友好。

圖4-29 數(shù)字礦山系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.界面設(shè)計(jì)

在保證基本的軟件功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，系統(tǒng)為用戶提供簡(jiǎn)潔、大方、美觀、友好的程序界面，通過各命令按鈕方便用戶的控制操作，系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)如圖4-30所示，主要通過對(duì)話框組織各類功能命令。

圖4-30 系統(tǒng)界面、菜單、控制面板設(shè)計(jì)圖

3.功能設(shè)計(jì)

三維數(shù)字礦山系統(tǒng)的功能(圖4-31)，主要包括系統(tǒng)導(dǎo)覽、集成管理、信息查詢、綜合分析和切制地質(zhì)剖面等5個(gè)模塊。

圖4-31 數(shù)字礦山系統(tǒng)功能圖

(1)系統(tǒng)導(dǎo)覽：系統(tǒng)導(dǎo)覽功能主要包括對(duì)地表地形及對(duì)地下地質(zhì)體模型的瀏覽。系統(tǒng)通過創(chuàng)建相機(jī)和設(shè)計(jì)路徑，可以瀏覽礦山虛擬場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)對(duì)地上地表地形的瀏覽以及地下地質(zhì)體的動(dòng)態(tài)固定路徑瀏覽以及任意交互漫游瀏覽。

(2)集成管理：地學(xué)研究根據(jù)研究對(duì)象和特點(diǎn)分為不同的學(xué)科，從而使各個(gè)領(lǐng)域具體且深入，同時(shí)，地學(xué)研究需要各個(gè)學(xué)科的成果交融，從不同角度綜合反映，提高整體認(rèn)識(shí)水平。然而，隨著研究的深入和高新技術(shù)的發(fā)展，不同學(xué)科成果內(nèi)容和形式各異、數(shù)據(jù)格式類型不兼容，導(dǎo)致地學(xué)數(shù)據(jù)孤立分散等問題越來越突出，不利于地學(xué)的綜合研究發(fā)展。對(duì)此，研究實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)資料與建立的三維實(shí)體模型的集成管理、同步顯示和操作，為礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)研究提供一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。

如圖4-32為系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成管理界面，通過下拉列表的形式對(duì)各二維資料和三維模型進(jìn)行集成與組織管理。另外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的“分區(qū)式”數(shù)字礦山建設(shè)集成組合方案，可以按照礦區(qū)(礦段)與礦山(礦田)分片、分期進(jìn)行數(shù)字礦山建設(shè)，便于礦山生產(chǎn)與管理，將不同區(qū)域范圍的礦區(qū)(礦段)與礦山(礦田)，不同階段形成的研究成果一體化集成，為礦區(qū)的生產(chǎn)、管理提供服務(wù)。

圖4-32 系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成管理界面圖

(3)信息查詢：數(shù)據(jù)信息查詢是數(shù)字化礦山系統(tǒng)的重要組成部分，需要對(duì)已有收集到的研究區(qū)的地層巖性信息等數(shù)據(jù)建立地質(zhì)基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)庫，并加入了礦區(qū)實(shí)拍照片圖件，實(shí)現(xiàn)了地層信息屬性查詢及實(shí)拍照片的熱鏈接功能。系統(tǒng)通過使用ADO數(shù)據(jù)庫接口，使三維虛擬場(chǎng)景的對(duì)象與地質(zhì)屬性數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了屬性信息的查詢。個(gè)舊高松數(shù)字礦山系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了地層信息查詢和實(shí)拍圖片信息查詢。如圖4-33為地層信息查詢界面，在場(chǎng)景中右鍵地層實(shí)體模型可以查詢?cè)摰貙拥膶傩孕畔ⅲ绲貙用枋龅?。系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)信息的查詢功能，點(diǎn)擊模型可獲取模型的坐標(biāo)位置信息。

(4)綜合分析：對(duì)個(gè)舊高松數(shù)字礦山系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了疊加分析與綜合信息分析功能，主要包括二維數(shù)據(jù)與三維模型的疊加分析、多模型組合疊加分析。

在二維、三維一體化疊加分析方面，本書將個(gè)舊高松礦區(qū)長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)、管理、科研(地、礦、物、化、遙)的二維資料與三維模型有機(jī)地結(jié)合起來的方法，實(shí)現(xiàn)二維資料、三維模型一體化集成與表達(dá)與疊加分析，為個(gè)舊高松礦區(qū)的綜合研究提供一個(gè)有機(jī)的輔助平臺(tái)。解決了礦區(qū)長(zhǎng)期積累的不同資料、不同數(shù)據(jù)、圖件、圖像以及不同文件類型資料的集成顯示、對(duì)比及以往這些二維、三維資料分別運(yùn)行不同軟件系統(tǒng)顯示調(diào)用，很難配準(zhǔn)進(jìn)行綜合分析的難題(圖4-34)。

圖4-33 地層信息查詢界面圖

圖4-34 綜合分析界面圖

(5)切制剖面：前面提到將二維的地、礦、物、化、遙資料疊加到三維模型上以及由二維剖面圖生成三維模型，是由二維到三維，實(shí)現(xiàn)了個(gè)舊高松礦區(qū)二維資料和三維模型的統(tǒng)一管理。而切制剖面功能實(shí)現(xiàn)了由三維模型獲取二維信息的功能，實(shí)現(xiàn)由三維到二維的切剖面功能，對(duì)已有的三維模型進(jìn)行任意剖切，獲取任意方向的地質(zhì)剖面圖，給地質(zhì)工作者提供任意方向的剖面信息，輔助找礦和地質(zhì)勘查研究，以及模型準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)。

對(duì)個(gè)舊高松數(shù)字礦山的切制剖面功能主要包括垂直切剖面、等間距平行切剖面、按坐標(biāo)切剖面3種不同方式切剖面方法。其中等間距平行切制剖面是根據(jù)勘探線剖面的需求設(shè)計(jì)開發(fā)的，可以同時(shí)生成間距一定距離的一定數(shù)量的平行剖面。按坐標(biāo)切制剖面法可以通過輸入剖面起點(diǎn)和終點(diǎn)的XY坐標(biāo)進(jìn)行切剖面。利用系統(tǒng)的切剖面功能，可以進(jìn)行礦區(qū)三維地質(zhì)實(shí)體的任意剖切和等間距平行剖切，如圖4-31和圖4-32為對(duì)個(gè)舊高松地層模型進(jìn)行垂直切剖面，圖4-35為切剖面模式設(shè)置界面圖，圖4-36為在模型上拉出的一條勘探線剖面，對(duì)切制的剖面圖片可進(jìn)行數(shù)字化處理，按照不同的地質(zhì)體類型、單元邊界分別形成不同的文件圖層，相同節(jié)點(diǎn)通過捕捉功能保證各模型單元邊界重疊無縫。數(shù)字化后的剖面可轉(zhuǎn)換為不同格式，服務(wù)于下一步的分析與應(yīng)用，如進(jìn)行成礦過程的數(shù)值模擬等的應(yīng)用研究。

圖4-35 切剖面模式設(shè)置界面圖

圖4-36 三維模型拉剖面設(shè)置圖

(6)系統(tǒng)打包發(fā)布：對(duì)個(gè)舊高松數(shù)字礦山的建設(shè)集成完整之后，為了可以做到無須安裝任意移植，我們對(duì)礦山系統(tǒng)進(jìn)行打包發(fā)布，生成可獨(dú)立執(zhí)行的exe文件。同時(shí)可以輸出為可網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的形式，客戶只需要事先下載安裝一個(gè)1M左右的插件，即可在線下載個(gè)舊高松的礦山場(chǎng)景或在線互動(dòng)漫游。在打包生成exe文件之前，可以根據(jù)個(gè)舊高松的生產(chǎn)情況、保密情況或是針對(duì)不同客戶不同需求等方面決定仿真系統(tǒng)的內(nèi)容、功能，以及工區(qū)范圍等，進(jìn)行不同版本系統(tǒng)的打包發(fā)布。

(7)開采復(fù)原分析：該功能主要是恢復(fù)了開采前的礦山形態(tài)，并對(duì)采空的地層、礦體、巖體可以進(jìn)行單獨(dú)查看。如圖4-37為開采復(fù)原分析界面及復(fù)原后的地層顯示。

圖4-37 開采復(fù)原分析界面及復(fù)原后的地層顯示圖

GIS系統(tǒng)是指什么？

GIS系統(tǒng)即地理信息系統(tǒng)（GIS ，geographic information system）。

GIS系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)硬件、軟件、地理數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)管理人員組織而成的對(duì)任一形式的地理信息進(jìn)行高效獲取、存儲(chǔ)、更新、操作、分析及顯示的集成。

擴(kuò)展資料：

GIS系統(tǒng)應(yīng)用：

一、環(huán)境監(jiān)測(cè)

1、1987年聯(lián)合國(guó)開始實(shí)施一項(xiàng)環(huán)境計(jì)劃（UNEP），其中包括建立一個(gè)龐大的全球環(huán)境變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（GEMS）。

2、全球森林監(jiān)測(cè)和森林生態(tài)變化有關(guān)項(xiàng)目(1990年對(duì)亞馬遜地區(qū)原始森林的砍伐狀況進(jìn)行了調(diào)繪、1991年編制了全球熱帶雨林分布圖）?！?/p>

3、海岸線及海岸帶資源與環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的監(jiān)測(cè)。

4．全球性大氣環(huán)流形勢(shì)和海況預(yù)報(bào)等。

二、資源調(diào)查

1、在資源調(diào)查中，提供區(qū)域多條件下的資源統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)快速再現(xiàn)，為資源的合理利用、開發(fā)和科學(xué)管理提供依據(jù)。 　

2、可應(yīng)用于不同層次和不同領(lǐng)域的資源調(diào)查與管理（例農(nóng)業(yè)資源、林業(yè)資源、漁業(yè)資源）。

三、監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)

1．借助于遙感（RS）和航測(cè)等數(shù)據(jù)，利用GIS對(duì)森林火災(zāi)、洪水災(zāi)情、環(huán)境污染等進(jìn)行監(jiān)視，例如，1998年長(zhǎng)江流域發(fā)生特大洪水災(zāi)害期間，制作洪水淹沒動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)影像圖，為管理部門提供了有效的決策依據(jù)。

2、利用數(shù)字統(tǒng)計(jì)方法，通過定量分析進(jìn)行預(yù)測(cè)。如加拿大金礦帶的調(diào)查，分析不宜再行開采的存在儲(chǔ)量危機(jī)的礦山，優(yōu)選出新的開采礦區(qū)，并作出了綜合預(yù)測(cè)圖。

參考資料：百度百科-GIS系統(tǒng)

三維可視化技術(shù)在四川盆地油氣勘探信息管理中的應(yīng)用研究

唐先明1，2　曲壽利1　雷新華2

（1.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），北京100083）

摘要 在分析目前石油領(lǐng)域三維可視化技術(shù)應(yīng)用局限性的基礎(chǔ)上，給出了全球三維可視化系統(tǒng)構(gòu)建流程和數(shù)據(jù)組織管理模式。以ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)引擎，利用Oracle 10g建立四川盆地油氣勘探海量空間數(shù)據(jù)庫，基于三維可視化軟件平臺(tái)Skyline TerraSuite，利用功能強(qiáng)大的三維可視化開發(fā)平臺(tái)TerraDeveloper，設(shè)計(jì)、開發(fā)基于全球三維模型的油氣勘探信息集成管理平臺(tái)。通過集成基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、區(qū)域地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、地面工程數(shù)據(jù)庫、遙感影像庫、地層數(shù)據(jù)庫、斷層數(shù)據(jù)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，該系統(tǒng)不僅提供了強(qiáng)大的油氣勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、三維地形建模以及模型的可視化功能，還為專業(yè)技術(shù)人員提供了一個(gè)可視化的分析、設(shè)計(jì)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞 四川盆地 三維可視化 三維地理信息系統(tǒng) 油氣勘探 全球?qū)Ш?/p>

Application and Research of 3D Visualization Technique to Petroleum Exploration Information Management in Sichuan Basin

TANG Xian-ming1，2，QU Shou-li1，LEI Xin-hua2

（1.Exploration ＆ Production Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083；2.China University of Geosciences，Beijing100083）

Abstract Based on the analysis of the current shortcomings of 3D visualization application in the fields of petroleum，the paper introduces the construction process and data structure of global 3D visualization system.By using ArcSDE as engine of spatial data and Oracle 10g，“Petroleum exploration geodatabase of Sichuan Basin”is established.Based on Skyline Terra Developer，the software system“3D petroleum exploration data management and integration platform based on 3D global model”is designed and established.By integrating geographical database，areal geology database，surface engineering database，remote sensing image database，stratigraphical database，fault data，logging database with 3D terrain modeling，the system realize such functions as data management for petroleum exploration，3D terrain modeling and the visualization of 3D geological model.It is a visualization platform that assists the design and analysis for the geologists and the technologists.

Key words Sichuan basin 3D visualization 3D geographic information system petroleum explorationglobal navigation

隨著計(jì)算機(jī)圖形圖像軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維地形可視化技術(shù)在越來越多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，構(gòu)建一個(gè)為多種專業(yè)人員提供共同工作、研究與交流的三維實(shí)時(shí)交互的虛擬全球地理環(huán)境逐漸由夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。三維可視化技術(shù)在石油工業(yè)中已得到高度重視和普及應(yīng)用，它充分利用了三維地震信息和地震屬性，以人們易于感知的三維圖形對(duì)各種復(fù)雜數(shù)據(jù)場(chǎng)和數(shù)據(jù)關(guān)系進(jìn)行描述。

油氣勘探是通過采用不同的技術(shù)手段采集各種野外原始地質(zhì)資料，并經(jīng)處理、解釋形成成果資料，進(jìn)而采用各種科學(xué)方法進(jìn)行盆地評(píng)價(jià)、圈閉評(píng)價(jià)和油氣儲(chǔ)藏評(píng)價(jià)，開展勘探規(guī)劃部署、井位設(shè)計(jì)和地質(zhì)綜合研究工作，完成勘探科研和生產(chǎn)任務(wù)。在油氣勘探過程中，各油田企業(yè)積累了海量的、異構(gòu)的、多源的地理數(shù)據(jù)、勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)，這些信息的綜合應(yīng)用對(duì)指導(dǎo)油田生產(chǎn)具有很重要的意義。利用三維GIS技術(shù)，基于“數(shù)字地球”將地表地理信息與地下地質(zhì)信息一體化管理，構(gòu)建一個(gè)分析、決策、規(guī)劃及實(shí)施油氣勘探開發(fā)研究的三維實(shí)時(shí)交互共享工作平臺(tái)，能夠有效地評(píng)估潛在的石油資源，及時(shí)、準(zhǔn)確、直觀地定位油氣資源的空間分布及其特征，正確有效地開展部署勘探開發(fā)工作。

1 三維可視化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

迄今為止，三維地形的可視化技術(shù)分為兩種，一種是面繪制技術(shù)，另一種是體繪制技術(shù)。在地質(zhì)研究工作中，主要是采用體繪制技術(shù)。三維地學(xué)模擬主要包括兩大部分內(nèi)容，即三維地質(zhì)建模和可視化，其中前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者的表現(xiàn)［1］。目前，在三維地震數(shù)據(jù)的可視化方面，已有多種成熟的商業(yè)軟件系統(tǒng)推出，國(guó)外的有 EarthCube，Geoviz，gOcad，VoleGeo等，國(guó)內(nèi)的有石油物探局的3DV和雙狐公司的三維地震微機(jī)解釋系統(tǒng)等。這些軟件涉及地質(zhì)建模、地震勘探、開采評(píng)估、礦床模擬、規(guī)劃設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理等領(lǐng)域，在功能上各有千秋，很難說哪一個(gè)更先進(jìn)［2，3］。但是，它們主要是面向地質(zhì)領(lǐng)域的專用系統(tǒng)，基于局部區(qū)域而非全球區(qū)域，對(duì)海量基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)與遙感影像數(shù)據(jù)等的支持也較弱?；谶@種情況，本文采用面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)語言Visual C＃，基于優(yōu)秀的國(guó)外三維可視化軟件平臺(tái)Skyline，設(shè)計(jì)并開發(fā)基于全球三維模型的空間數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，集成管理四川盆地區(qū)域內(nèi)海量的、異構(gòu)的、多源、多尺度的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、油氣勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)、遙感影像，實(shí)現(xiàn)流暢的油氣勘探的三維地形展示和地質(zhì)分析。

2 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)背景與基本流程

隨著地學(xué)應(yīng)用的深入，人們?cè)絹碓蕉嗟匾蠡谌蚪嵌群驼嫒S空間來認(rèn)知世界和處理問題。但三維空間是復(fù)雜的，包含的信息是海量的，需要集成三維可視化與三維空間對(duì)象管理功能，同時(shí)由于三維應(yīng)用的巨大差異，必須采用開放體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)用戶定制功能?；谶@種認(rèn)識(shí)，Skyline TerraSuite在提供一般三維空間數(shù)據(jù)模型及其管理功能的基礎(chǔ)上，允許針對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域動(dòng)態(tài)擴(kuò)展建模及分析功能插件，以適應(yīng)特定的三維應(yīng)用。整個(gè)TerraSuite軟件體系如圖1所示。

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)分為4部分：地球三維場(chǎng)景構(gòu)建、中心數(shù)據(jù)庫建立、定制三維可視化環(huán)境和場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用定制。

圖1 Skyline TerraSuite軟件體系

2.1 地球三維場(chǎng)景構(gòu)建

場(chǎng)景構(gòu)建是將要模擬的場(chǎng)景和對(duì)象通過數(shù)學(xué)方法表達(dá)成存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的三維圖形對(duì)象的集合。場(chǎng)景構(gòu)建分為以下步驟：

（1）DEM數(shù)據(jù)采集：收集工作區(qū)的各級(jí)比例尺等高線數(shù)據(jù)或各種分辨率的航空航天遙感影像立體像對(duì)，建立地域的數(shù)字高程模型（DEM）。

（2）DOM數(shù)據(jù)生成：利用地面控制點(diǎn)和DEM數(shù)據(jù)，對(duì)工作區(qū)的低、中、高分辨率遙感影像進(jìn)行嚴(yán)密的精糾正后生成數(shù)字正射影像圖（DOM）。

（3）DLG數(shù)據(jù)采集：收集工作區(qū)的各級(jí)比例尺地形圖、野外數(shù)據(jù)采集，建立工作區(qū)的各級(jí)比例尺線劃圖（DLG）。

（4）GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將數(shù)據(jù)采集階段獲得的DLG數(shù)據(jù)通過GIS工具轉(zhuǎn)換為TerraBuilder能夠接受的數(shù)據(jù)格式。

（5）數(shù)據(jù)建模：對(duì)一些油田地面建筑物、地標(biāo)、油井或其他油田設(shè)備在3D MAX或MultiGen或TerraBuilder中進(jìn)行建模。

（6）地球三維場(chǎng)景構(gòu)建：將以上各種數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到TerraBuilder中，創(chuàng)建一個(gè)現(xiàn)實(shí)影像的、地理的、精確的地球三維模型（MPT文件）。

2.2 中心數(shù)據(jù)庫建立

基于全球三維模型的油氣勘探信息集成管理平臺(tái)是一個(gè)高度集成的應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)建設(shè)過程中必須充分考慮系統(tǒng)涉及的多專業(yè)圖形、屬性、影像、文字資料數(shù)據(jù)的一體化集成、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)軟件功能的集成以及系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的集成等關(guān)鍵問題。為實(shí)現(xiàn)功能的集成與擴(kuò)展，考慮石油勘探開發(fā)數(shù)據(jù)的區(qū)域性、多維性、時(shí)序性、海量和異構(gòu)的特點(diǎn)，擬采用大型商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle10g和空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE集中管理這些海量數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)中心，易于解決數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡(luò)化集成、并發(fā)控制、跨平臺(tái)運(yùn)行及數(shù)據(jù)安全恢復(fù)機(jī)制等方面的難題。

2.3 定制三維可視化環(huán)境

在全球三維場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，可以疊加自己關(guān)心的專題信息，通過與數(shù)據(jù)庫的接口，還能集成中心數(shù)據(jù)庫存放的地表、地下多維、動(dòng)態(tài)空間信息，從而創(chuàng)建一個(gè)令人激動(dòng)的交互式三維可視化環(huán)境，來突出一個(gè)地區(qū)的特征，顯示其功能、相互關(guān)系以及從一個(gè)獨(dú)特的視點(diǎn)展示該地區(qū)。

2.4 場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用定制

（1）三維可視化程序：通過API接口直接調(diào)用所建立的三維可視化環(huán)境，也可以根據(jù)三維場(chǎng)景的參數(shù)生成實(shí)時(shí)場(chǎng)景，動(dòng)態(tài)加載圖層，有助于對(duì)空間數(shù)據(jù)相互關(guān)系的直觀理解。

（2）三維空間查詢與交互：直接在三維可視化環(huán)境下，對(duì)存放在中心數(shù)據(jù)庫的各種數(shù)據(jù)和場(chǎng)景實(shí)體提供交互式查詢等操作，以提供一個(gè)動(dòng)態(tài)的環(huán)境，為進(jìn)一步空間決策服務(wù)。

（3）應(yīng)用定制：利用TerraDeveloper軟件開發(fā)包提供的各種ActiveX控件，可以構(gòu)建自己的面向三維的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的應(yīng)用集成［4］。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，系統(tǒng)在技術(shù)上要求具有業(yè)務(wù)變化的適應(yīng)性、高度的安全性和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理等特點(diǎn)，因而在系統(tǒng)的技術(shù)框架中采用了3 層B（C）/AS/DS結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，考慮到系統(tǒng)與其他專業(yè)系統(tǒng)之間的集成，擬采用基于SOA（面向服務(wù)架構(gòu)）和Web Services（Web服務(wù)）技術(shù)的應(yīng)用集成技術(shù)，構(gòu)建基于“數(shù)字地球”的地表地理信息與地下地質(zhì)信息一體化管理服務(wù)平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的組織形式

系統(tǒng)數(shù)據(jù)的組織形式是可視化系統(tǒng)的關(guān)鍵，其優(yōu)劣將直接影響到場(chǎng)景繪制的效率。在基于全球三維模型的空間數(shù)據(jù)管理平臺(tái)中，主要包括3部分?jǐn)?shù)據(jù)：①場(chǎng)景數(shù)據(jù)，即場(chǎng)景環(huán)境包含的地形信息，通過影像圖片處理而成，包含在.mpt文件中；②對(duì)象圖形數(shù)據(jù)，即油氣勘探對(duì)象圖形信息，是由3D MAX等三維圖像處理軟件處理而成的三維模型；③對(duì)象屬性數(shù)據(jù)，即油氣勘探屬性信息。所有關(guān)于對(duì)象的信息包含在.fly文件中，采用基于層（Layer）的面向?qū)ο蟮膱?chǎng)景數(shù)據(jù)組織形式。目前，系統(tǒng)集成的四川盆地區(qū)域的數(shù)據(jù)層主要有：

（1）DLG——數(shù)字線劃圖：全區(qū)不同比例尺土地覆蓋狀況、植被、道路、水系、居民地等圖層。

圖2 基于全球三維模型的油氣勘探數(shù)據(jù)管理平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（2）DEM——數(shù)字高程模型：全區(qū)不同比例尺數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。

（3）DOM——數(shù)字正射影像：全區(qū)不同比例尺、不同分辨率的彩色正射影像。

（4）DRG——數(shù)字柵格圖：全區(qū)不同比例尺地形圖柵格數(shù)據(jù)。

（5）全國(guó)地名數(shù)據(jù)。

（6）1：200000地質(zhì)圖。

（7）勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：測(cè)網(wǎng)、礦井、三維探區(qū)。

（8）勘探成果數(shù)據(jù)：地震異常、一類進(jìn)積、二類進(jìn)積、礁體、生物礁、灘和相帶等。

（9）構(gòu)造數(shù)據(jù)：斷層、等值線等（宣漢、通南巴）。

（10）井位數(shù)據(jù)。

（11）地面工程數(shù)據(jù)：天然氣管道、道路。

3.3 系統(tǒng)功能模塊

基于全球三維模型的油氣勘探信息管理與集成系統(tǒng)分為石油勘探數(shù)據(jù)管理、三維基本操作、三維GIS導(dǎo)航查詢、三維分析等模塊。系統(tǒng)主界面如圖3所示。

各個(gè)模塊的具體功能如下：

（1）石油勘探數(shù)據(jù)管理：系統(tǒng)利用GIS技術(shù)、XML技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫等技術(shù)對(duì)多尺度基礎(chǔ)地理信息、勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)、多分辨率遙感影像、各種圖表和文字報(bào)告等地表地下信息進(jìn)行一體化的存儲(chǔ)和管理。實(shí)現(xiàn)了對(duì)地理底圖、油氣地質(zhì)勘查所獲取的資料和成果的錄（導(dǎo)）入、轉(zhuǎn)換、編輯及查詢等功能。另外，系統(tǒng)還提供了目標(biāo)實(shí)體超鏈接及關(guān)聯(lián)服務(wù)，如與鉆孔相關(guān)的試驗(yàn)表類屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)管理功能，提供與鉆孔相關(guān)的各種基本信息及試驗(yàn)結(jié)果等屬性信息的查詢等功能。

圖3 基于全球三維模型的油氣勘探數(shù)據(jù)管理平臺(tái)系統(tǒng)界面

（2）三維基本操作功能：在全球三維場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)以下功能：

放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)等三維基本功能；

選擇對(duì)象、使物體居中、環(huán)繞瀏覽對(duì)象；

飛行或者跳轉(zhuǎn)到指定對(duì)象；

獲得場(chǎng)景中任何一點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)和高程值；

場(chǎng)景的點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象，可以實(shí)現(xiàn)不依賴試圖比例縮放；

提供場(chǎng)景的快照和打印輸出功能。

（3）三維GIS導(dǎo)航查詢：在全球坐標(biāo)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息、地質(zhì)數(shù)據(jù)及勘探數(shù)據(jù)的立體定位導(dǎo)航分析。

全球任意點(diǎn)定位和導(dǎo)航；

二維三維聯(lián)動(dòng)功能；

測(cè)距、求積、高程和剖面生成；

地表實(shí)體三維建模及多種屬性管理；

可定制飛行路徑和視角的三維瀏覽功能?？勺约褐贫w行的路線或選擇預(yù)定義飛行路線進(jìn)行三維飛行（圖4）。

（4）三維分析功能：

圖4 基于全球三維模型的油氣勘探數(shù)據(jù)管理平臺(tái)設(shè)置飛行路徑

測(cè)量功能：測(cè)量距離（水平、垂直和隨地形起伏3種方式）、面積；

區(qū)域?qū)ο筮x擇：可以進(jìn)行多邊形框選進(jìn)行對(duì)象選擇，并可獲得選中區(qū)域內(nèi)的對(duì)象集，可統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)的實(shí)體數(shù)并形成分類列表；

剖面觀察：對(duì)所選地區(qū)場(chǎng)景進(jìn)行剖面觀察，可分析出地表起伏狀況；

等高線繪制：用矩形框選出指定范圍，可以顯示出該范圍等高線示意圖，并可隨意設(shè)定等高線顯示方式；

最佳路徑分析：根據(jù)給定的參數(shù)，如放樣間隔、上升的最大坡度、下降的最大坡度、允許的放樣寬度等信息，依據(jù)地形的走勢(shì)，自動(dòng)解算出最佳的放樣線路；

視線分析：根據(jù)地面拾取兩點(diǎn)系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算兩點(diǎn)間的通視情況；

視域分析：在場(chǎng)景中任選一點(diǎn)和視角范圍可以進(jìn)行視域可見分析；

空間分析：突發(fā)事件的地點(diǎn)，選擇一定半徑，利用分析工具可以作出整個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的空間范圍，以提供決策。

4 系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展

基于全球三維模型的油氣勘探信息管理與集成系統(tǒng)由于采用了組件技術(shù)、基于SOA（面向服務(wù)架構(gòu)）和Web Services（Web服務(wù)）等技術(shù)，不僅提供了強(qiáng)大的地表與地下油氣勘探信息數(shù)據(jù)管理、三維建模與模型的可視化、全球定位導(dǎo)航等功能，還可以進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展和專業(yè)系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)油氣勘探開發(fā)的深度應(yīng)用，如野外地質(zhì)踏勘路徑優(yōu)選和工作安排、地震資料采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化、探井地面井場(chǎng)位置優(yōu)選及工程測(cè)算、開發(fā)井位部署規(guī)劃及鉆前工程分析、油氣集輸?shù)孛婀こ淘O(shè)計(jì)及方案優(yōu)化、目標(biāo)區(qū)塊水電路訊規(guī)劃設(shè)計(jì)及優(yōu)化、全球定位系統(tǒng)集成和油田現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)等。

5 結(jié)論

三維可視化技術(shù)在國(guó)內(nèi)、外已經(jīng)趨于成熟，但基于全球三維模型的三維地理信息系統(tǒng)（GIS）剛剛起步，尤其是缺少針對(duì)地表與地下油氣勘探信息三維一體化管理的經(jīng)典模式和成熟經(jīng)驗(yàn)。本文基于Skyline TerraDeveloper所設(shè)計(jì)、開發(fā)的全球三維油氣勘探信息管理與集成系統(tǒng)，就是一個(gè)成功的實(shí)踐，重點(diǎn)研究了虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下交互式地表地下油氣勘探信息管理系統(tǒng)，給出了一種交互式虛擬現(xiàn)實(shí)全球?qū)Ш狡脚_(tái)的系統(tǒng)構(gòu)成方案和原型系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)可靠性好、易于移植、便于維護(hù)，并具有很強(qiáng)的空間分析功能。結(jié)合三維地質(zhì)建模及可視化系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、相關(guān)技術(shù)的發(fā)展走向以及實(shí)際工程實(shí)踐的應(yīng)用需求，筆者認(rèn)為，需要進(jìn)一步探索、研究并解決以下問題：

（1）研究并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的基于全球三維模型的空間數(shù)據(jù)集成管理平臺(tái)的地上和地下三維一體化無縫集成與可視化功能。

（2）不斷豐富與其他地震三維分析軟件的接口。

（3）研究并開發(fā)基于VRML/X3D技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)三維可視化系統(tǒng)，能夠?yàn)樯鐣?huì)大眾、專業(yè)技術(shù)人員和地質(zhì)科學(xué)家提供更加普遍的支持和服務(wù)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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［3］姜素華，莊博，劉玉琴等.三維可視化技術(shù)在地震資料解釋中的應(yīng)用［J］.中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，34（1）：147～152.

［4］Skyline Software System Inc.TerraDeveloper paper［EB/OL］.［2007-6-1］.

當(dāng)前名稱：包含四川礦山gis系統(tǒng)技術(shù)的詞條
網(wǎng)頁路徑：http://jinyejixie.com/article6/dopppog.html

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