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D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.09.026 第29卷第9期 北京科技大学学报 Vol.29 No.9 2007年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2007 地矿工程可视化仿真中品位与储量的计算实现 李翠平李仲学郝秀强郝晋会 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083 摘要通过品位与储量等矿石属性计算的实现，为矿床的三维可视化仿真提供体素处理手段.首先对原始采样数据进行预 处理，以构造满足需要的规则体数据：其次，提供了泰森多边形法、距离幂次反比法、克立格法等三种插值方案，供用户结合矿 山实际选择适合的计算方法：最后基于不同插值方法下的规则体素信息计算任意指定范围下的矿石品位、储量等属性· 关键词地矿工程；可视化仿真：空间插值：体素：品位：储量 分类号TD177.3 建立地矿工程的三维可视化仿真系统，实现矿 数据预处理工作分成两个阶段，即由原始的采 床及其采矿工程的计算机三维及动态表示，对于优 样数据转换为空间点数据和由初始的体数据转化为 化开采设计方案、改善矿床开采设计精度、消除安全 规则体数据两个阶段，前者的数据处理一方面是通 及灾害隐患、降低矿石开采成本、提高采矿生产经济 过原始数据的空间信息来取得各个钻孔及刻槽的空 效益与社会效益，具有重要的促进作用 间坐标，进而得到各空间点的坐标值：另一方面是根 地矿工程的三维可视化仿真系统是以矿床勘探 据样品数据取得各个样品的品位、岩性、矿体号等属 信息和采矿工程信息高度共享为核心，以体矿化模 性值，进而得到各个空间点的属性值，从而确定各空 型为基础，采用三维可视化、集成化技术与方法，通 间点的拓扑信息和属性信息的完整描述，即构成初 过矿床地质勘探、生产勘探以及采矿生产阶段槽探 始的体数据，后者的数据处理是由初始体数据通过 数据和信息的综合利用，实现地矿数据管理、地质绘 空间插值细化处理，得到规则的空间体数据形式，作 图、品位储量计算、矿床可视化、采矿工程可视化等 为矿床可视化的基础数据来源山， 功能的系统集成，为地矿空间信息管理及分析处理 经过数据预处理工作，将具有一定长度的地质 提供一个交互的三维仿真平台，为地矿工程决策提 勘探、生产勘探的钴孔采样数据及进路、沿脉、切割 供先进的技术手段 巷中的槽探数据处理成分布在空间中具有属性值的 矿石的品位与储量计算作为地矿工程可视化仿 各离散点（这里的属性值就是品位值），而由地质勘 真系统中的重要组成内容，不仅用于解决品位储量 探与生产勘探所获取的原始采样数据以及对其进行 等属性的计算问题，更为矿床的三维可视化仿真工 正则化处理所得到的离散的空间点数据，均具有明 作提供了体素处理手段，故本文着重探讨仿真系统 显的离散性、稀疏性及有限性，而为实现地矿数据 中品位与储量等矿石属性的计算与表达的实现工 的体视化、地矿工程的三维显示及赋存矿石平均品 作 位、储量的计算，均需首先进行数据的空间属性插值 1原始数据预处理 处理，通过估算未知点属性得到想要的具有规则分 布的数据， 地矿工程可视化仿真中要实现品位、储量计算 因此插值计算的任务实际就是基于原始数据处 以及矿体的三维显示，首要工作是对原始的采样数 理阶段得到的数据作进一步的数据处理，形成具有 据进行预处理，使之形成满足需要的体数据，作为实 规则分布的数据，为矿石储量的计算以及为矿体三 现矿体的三维显示及属性（品位、储量）的计算与处 维显示提供基础.其规则网格结构化体数据构型可 理等工作的直接数据来源3]. 表示为]： 收稿日期：2006-03-05修回日期：2006-09-08 f(x,y,z)=f(i△x,j△y,k△z) (1) 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。50604003):教有部高等 式中，i、j和k分别为任意一个插值点(x,y,z)所 学校博士学科点专项科研基金资助项目(N。.20060008005):“十一 五"国家科技支撑计划重点项目课题(No-2006BAK04B0M) 在的行、列、层的序号；△x、△y和△z分别为网格点 作者简介：李翠平(1974一)，女，副研究员，博士 在三个方向上的间距，由此构成规则体素的三维尺地矿工程可视化仿真中品位与储量的计算实现 李翠平 李仲学 郝秀强 郝晋会 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 摘 要 通过品位与储量等矿石属性计算的实现为矿床的三维可视化仿真提供体素处理手段．首先对原始采样数据进行预 处理以构造满足需要的规则体数据；其次提供了泰森多边形法、距离幂次反比法、克立格法等三种插值方案供用户结合矿 山实际选择适合的计算方法；最后基于不同插值方法下的规则体素信息计算任意指定范围下的矿石品位、储量等属性． 关键词 地矿工程；可视化仿真；空间插值；体素；品位；储量 分类号 TD177∙3 收稿日期：2006-03-05 修回日期：2006-09-08 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50604003）；教育部高等 学校博士学科点专项科研基金资助项目（No．20060008005）；“十一 五”国家科技支撑计划重点项目课题（No．2006BAK04B04） 作者简介：李翠平（1974—）女副研究员博士 建立地矿工程的三维可视化仿真系统实现矿 床及其采矿工程的计算机三维及动态表示对于优 化开采设计方案、改善矿床开采设计精度、消除安全 及灾害隐患、降低矿石开采成本、提高采矿生产经济 效益与社会效益具有重要的促进作用． 地矿工程的三维可视化仿真系统是以矿床勘探 信息和采矿工程信息高度共享为核心以体矿化模 型为基础采用三维可视化、集成化技术与方法通 过矿床地质勘探、生产勘探以及采矿生产阶段槽探 数据和信息的综合利用实现地矿数据管理、地质绘 图、品位储量计算、矿床可视化、采矿工程可视化等 功能的系统集成为地矿空间信息管理及分析处理 提供一个交互的三维仿真平台为地矿工程决策提 供先进的技术手段［1—2］． 矿石的品位与储量计算作为地矿工程可视化仿 真系统中的重要组成内容不仅用于解决品位储量 等属性的计算问题更为矿床的三维可视化仿真工 作提供了体素处理手段．故本文着重探讨仿真系统 中品位与储量等矿石属性的计算与表达的实现工 作． 1 原始数据预处理 地矿工程可视化仿真中要实现品位、储量计算 以及矿体的三维显示首要工作是对原始的采样数 据进行预处理使之形成满足需要的体数据作为实 现矿体的三维显示及属性（品位、储量）的计算与处 理等工作的直接数据来源［3］． 数据预处理工作分成两个阶段即由原始的采 样数据转换为空间点数据和由初始的体数据转化为 规则体数据两个阶段．前者的数据处理一方面是通 过原始数据的空间信息来取得各个钻孔及刻槽的空 间坐标进而得到各空间点的坐标值；另一方面是根 据样品数据取得各个样品的品位、岩性、矿体号等属 性值进而得到各个空间点的属性值从而确定各空 间点的拓扑信息和属性信息的完整描述即构成初 始的体数据．后者的数据处理是由初始体数据通过 空间插值细化处理得到规则的空间体数据形式作 为矿床可视化的基础数据来源［4］． 经过数据预处理工作将具有一定长度的地质 勘探、生产勘探的钻孔采样数据及进路、沿脉、切割 巷中的槽探数据处理成分布在空间中具有属性值的 各离散点（这里的属性值就是品位值）．而由地质勘 探与生产勘探所获取的原始采样数据以及对其进行 正则化处理所得到的离散的空间点数据均具有明 显的离散性、稀疏性及有限性．而为实现地矿数据 的体视化、地矿工程的三维显示及赋存矿石平均品 位、储量的计算均需首先进行数据的空间属性插值 处理通过估算未知点属性得到想要的具有规则分 布的数据． 因此插值计算的任务实际就是基于原始数据处 理阶段得到的数据作进一步的数据处理形成具有 规则分布的数据为矿石储量的计算以及为矿体三 维显示提供基础．其规则网格结构化体数据构型可 表示为［5—6］： f （ xyz ）＝ f （ iΔxjΔykΔz ） （1） 式中i、j 和 k 分别为任意一个插值点（ xyz ）所 在的行、列、层的序号；Δx、Δy 和Δz 分别为网格点 在三个方向上的间距由此构成规则体素的三维尺 第29卷 第9期 2007年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．9 Sep．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．09．026