基于钻孔数据的三维地质模型可视化

Posted 2022-05-17 图扑软件

前言

智慧矿山是一个汇聚了多学科、多主题、多维空间信息的复杂系统，是在矿山地表和地下开采矿产资源的工程活动中所涉及的各种静、动态信息的全部数字化管理，智能分析，可视化展示，从而达到降本增效，实现企业利益的最大化。

地质数据是三维地质建模的基础和前提，也是实际项目中矿山资源评估和采矿设计的基础，是智慧矿山的基础之一。地质数据一般主要以工程钻探形式获得,通过钻孔，来获取基本岩性信息和取样分析数据，从而获得详细的地层信息，如地层年代、地层名称、地层厚度、岩石名称、岩性描述、底界深度等。

通过钻孔数据和各种物探手段，我们可以获得矿区地层的多个断面信息。根据断面信息，利用插值算法（反距离插值 IDW 或者克里金插值），获得整个矿区的地层三维网格数据。利用图扑软件 Web 可视化引擎，将网格数据呈现到 Web 端，加强地质直观展示方式的空间拓展，挖掘隐藏的地质信息内容，提升数据应用价值。

图扑软件自主研发的 HT 是基于 html5 标准技术的 Web 前端 2D 和 3D 图形界面开发框架。提供从 SDK 的 API 组件库到行业图标和三维模型资源库。可以搭建多维度的可视化效果，让用户拥有更多可视化场景的选择。

服务器端

剖面数据和三维网格

剖面数据来自钻孔数和勘探数据。随着开采的进行，剖面数据需要持续修正。

通过插值算法算法生成三维网格。整个过程使用算法自动实现。管理员只需要按照规定格式上传开采数据即可触发网格生成算法，系统自动重新生成网格。

人工校正数据

系统前端提供模型编辑功能，允许用户修改模型，上传修改信息。修改信息存入服务器的人工校正数据库。

前端模型展示时，会自动加载三维网格数据和人工校正数据，呈现修正过的模型。

 

客户端     

前端展示包含原始输入数据：钻孔信息和剖面信息。便于用户分析生成的三维网格数据是否合理。

三维模型和二维数据联动     

用户点击三维模型时，页面自动连线对应的树形节点，便于用户快速查找信息。同理，用户点击二维树形节点时，页面自动连线对应的三维模型。

钻孔信息展示   

钻孔信息可以在左侧看到总览，同时用户也可以在三维场景中直观的看到具体地层的位置。用户可以按任意方向裁切三维地层，观察地层的变化，保存裁切面图片。

剖面数据展示  

模型裁切

网格显示与测距功能  

 

模型编辑     

前端用户可以编辑三维模型。用户可以调节编辑的区域大小，模型形变的方式。通过鼠标拖拽控制点调节模型形状变化。此时用户还可以修改形变曲线，三维模型实时同步变化。前端将模型的修改信息上传到服务器，保存到人工校正数据库。

形变曲线是一段贝塞尔曲线。图扑 SDK 引擎内置支持贝塞尔曲线的绘制，求交点等各种几何操作。强大灵活的 3D 引擎可以让用户轻松实现三维模型的呈现编辑功能。用户无需关心繁琐复杂的 WebGL 操作，可以将精力放到智慧煤矿的业务层，节省开发费用，加快开发进程。

系统难点     

三维网格信息在服务器端由插值算法生成。比较密集的网格信息包含更多的细节，模型相对于断面信息失真小，但生成的数据量大，对网络传输和前端展示都有压力。

比较稀疏的网格数据量小，加载速度快，网页展示流畅。但细节信息不够，地层变化剧烈的区域模型和裁切面误差较大。

为了满足前端页面各种展示需求，服务器端采用金字塔式数据结构，按照不同的网格间距生成多个分辨率的三维网格信息。前端根据展示的分辨率需求和展示的区域，请求对应的网格信息。对于超出屏幕范围或者不可见的部分加以隐藏。

5G 赋能矿山智慧化

数字经济化时代，有关未来矿山的建设与实现方式在不断地日新月异。在 AI 技术、智能勘探，物联网、可视化等新型 ICT 技术的加持下，传统矿业加速向绿色、安全、智能、高效方向发展。

5G 作为数字化转型的核心技术之一，河南跃薪与华为签署 5G 技术合作协议，首次将 5G 技术应用在无人矿山领域。5G 不断推动万物互联，逐渐实现无人采矿，最大限度提高矿山生产效率，解决了露天煤矿传统人工作业操作危险系数高、劳动强度大、作业环境恶劣等问题。

露天矿可视化解决方案

露天矿是把覆盖在矿体上部及其周围的浮土和围岩剥去，把废石运到排土场，从敞露的矿体上直接采掘矿石 。

现代科技的广泛应用为传统采矿业带来的革命性变革不仅仅让矿区员工感受到翻天覆地的变化，也让大家对智能化矿区的进一步建设有了新的更大的期待。

图扑软件 HT 增强了基于 WebGL 的 3D GIS 技术在矿山、水利、化工等领域的实施应用，在传统建模基础上引入了航拍的倾斜摄影 3D 建模方案，解决了如化工园区、矿山这种场景面积大，传统 3dsmax maya 之类工具手工实景建模工作量巨大的问题，通过无人机航拍，加后期数据处理，无缝融合 HT 原有 3D 模型，很好的解决了宏观和微观融合一体化的需求。

露天矿山的三维场景数据获取方式主要有两种：一种是通过航拍建模；一种是通过人工建模。

航拍建模，也称倾斜摄影实景三维是近年来快速发展的一项 GIS 技术。利用飞机或无人机搭载多台传感器，从前后左右以及垂直五个方向对地物进行拍摄采集，快速高效获取真实反映地面情况的数据信息。通过纠正、平差、多视影像匹配等一系列的专业处理操作，最终获得三维模型。

人工建模，主要是根据一定范围内的场景图或者 CAD 图纸结合实景照片对地面情况进行人工建模。

图扑自主研发了基于 HTML5 的 2D、3D 图形渲染引擎，提供 BIM、GIS、VR 、XR、MR 、23D 可视化 Web 端解决方案，同时也广泛应用于智慧城市、园区楼宇、孪生工厂、智能制造、智慧水务、智慧能源等工业互联网各行业的数字孪生、数据可视化项目。

矿业领域，图扑软件与合作伙伴成功实施了紫金矿业全球多国矿山站点的 3D 可视化综合运维系统：

图扑软件可视化打破了企业数据孤岛现象，全方位、多维度不断推动产业数智化，实现信息互联互通，进行数智化改造全覆盖。助力行业实现安全、绿色、高效、智能发展，赋能零碳矿山建设与双碳目标实现，最终建设人与自然和谐共生的现代化。

更多行业应用实例可以参考图扑软件官网案例链接：
https://www.hightopo.com/demos/index.html