基于AutoCAD的露天矿三维地质模型的三维可视化构建

文章编号：1008-0562(2009)增刊Ⅱ-0013-03

基于AutoCAD的露天矿三维地质模型的三维可视化构建 刘光伟，白润才，曹兰柱，王秀秀

（辽宁工程技术大学 资源与环境工程学院，辽宁 阜新 123000）

摘 要：在AutoCAD平台下，以钻孔信息、剖面图和空间离散点为基础数据，采用顾及台阶属性的Delaunay三角网凸包算法建立界面模型，通过面域拉伸和实体布尔运算等方法生成三维实体模型。研究结果表明，该方法不仅能达到逼真的三维动态效果，而且对于矿岩量的计算更为准确方便。研究结论初步突破了露天矿算量的传统方法，有助于露天矿的日常生产和管理。

关键词：三维地质模型；AutoCAD；凸包算法；实体布尔运算 中图分类号：TD 824 文献标识码：A

Establishing a 3D surface mine geological model based on AutoCAD

LIU Guangwei，BAI Runcai，CAO Lanzhu，WANG Xiuxiu

(College of Resources and Environment Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China) Abstract：By using drill hole information, section chart and discrete space point as fundamental data, the author designed a general process of 3D geological modeling based on AutoCAD.The modeling method firstly established face model by using a considering bench attribute Delaunay TIN convex hull algorithm, then sets up the mining solid model by strengthening region and using solid Boolean operation. The results show that, this method provides not only reality-dynamic effect, but also gives a more accurate result in calculating the volume of mine. The conclusion of this study preliminary breakthroughs traditional calculating volume method in surface mine, and also it’s helpful to surface mining and management.

Key words：3D geological model；AutoCAD；convex hull algorithm；solid Boolean operation

顶、坡底、平盘、台阶坡顶线、台阶坡底线数据等0 引 言

等。由于所提供的数据资料都是.dwg的格式，也就

采矿工程日常生产及设计主要对象是地质矿是AutoCAD的图元形式，因此需要对数据进行提床，处理的是复杂的地质工程数据，研究的是采矿取和预处理，包括异常点和重复点的错误检查、冗

[1]

工程布局、开采程序、开采工艺等，以上所述都余节点线、重复线和交叉线检查等[1]。 是以建模为基础的。露天矿三维地质模型是计算机

1.2 构建地表现状界面模型 在露天矿床建模中的一个前沿课题，它是将传统的

工程地质分析由平面延伸到立体，由传统的二维平针对露天矿的实际情况，高程数据点沿着台阶面发展到三维空间，是数字矿山的重要组成部分。的坡顶线、坡底线分布，并且为了正确描述露天矿一个好的露天矿三维地质模型对工程决策、地质分的地貌和阶梯型地表，本文采用了顾及台阶属性的析、制定生产计划等有着非常重要的意义。 Delaunay三角网凸包算法。首先，利用空间离散点

1 建模的主要步骤

1.1 数据的采集与预处理

由于建模所依托的平台是AutoCAD，所需要的为离散点的空间三维坐标，因此，数据的获取主要针对三维坐标点进行的。数据来源主要有测量验收图、生产计划图等，其中包括：地形高程数据、坡

生成无约束的Delaunay三角网，然后把台阶的坡顶线、坡底线作为约束线，对Delaunay三角网进行剖分，生成带有约束条件的Delaunay三角网，最后删除露天境界外多余的三角形，形成了露天矿的地表界面模型[2]。

1.3 煤层界面模型的建立

煤层以及各地质界面模型的建立与此类似，当

收稿日期：2009-05-06

作者简介：刘光伟（1981-），男，辽宁 沈阳人，助教，博士研究生，主要研究方向为数字矿山、露天开采技术与理论和采矿CAD等。本文编校：于永江

14辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 第28卷

钻孔数据点的数量有限，不足以准确描述煤层等赋存的实际状态，应采用恰当合适的插值方法，常用的插值方法有：距离幂次反比法、克里金插值法等。根据煤层的赋存状态，选择合适的插值方法。

图2 采场现状实体模型 Fig.2 open-pit solid model

图1 顾及台阶属性的Delaunay三角网构建采场

现状模型示意图

Fig.1 constructing surface mine Tin Model by

considering bench attribute

1.5 煤层实体的建立

煤层实体的建立方法与现状实体的建立方法

大致相同：通过拉伸方法构建煤层顶、底板实体模型，煤层顶底板边界构建边界实体模型，通过布尔“差”运算构建煤层实体模型。其余地质界面模型（辉绿岩、夹矸）均可通过此方法构建实体模型，如图3所示。

1.4 采场现状实体模型的建立

1.4.1 创建面域单元

采场DEM模型由若干个三角面片构成，我们把每个三角形视为一个独立的单元，用来创建单元面域。

1.4.2 拉伸面域

本文采用沿路径的拉伸方式：将三角单元中高程最小点与水平面连线作为拉伸路径，三角单元沿此路径拉伸构建实体单元。 1.4.3 实体剖切

由于实体单元沿路径拉伸后，并不一定与水平面进行完全吻合，因为三角面单元不一定与水平面平行，因此需要对小三棱柱实体单元进行剖切，切除“多余”的实体部分。 1.4.4 布尔运算

上述实体单元准确建立后，将所有的实体单元进行布尔“并”运算——合并成一个实体，进而得到采场现状实体模型，如图2。

图3 煤层实体模型 Fig.3 coal solid model

1.6 露天矿地质模型的建立

在采场现状实体和煤层实体以及断层实体等主要

地质体模型建立的基础上，以现状实体模型为基态模型，先与其它地质体作布尔“差”运算构建土岩模型，然后再将其余的地质体模型进行“反插”，进而

共同构建出露天矿三维地质模型，如图4。

图4 平庄西露天矿三维地质体模型

Fig.4 3D solid model of Pingzhuang Western Surface Mine

增 刊 刘光伟，等：基于AutoCAD的露天矿三维地质模型的三维可视化构建 15

2 在工程中的实际应用

三维实体对象不仅包括对象的边界和表面，还包括对象的体积，因此具有质量、体积和质心等质量特征，因此直接读取其Volume属性即可获取其体积量。图5为平庄西露天矿440平盘的3月份现

状图，图6为其4月份的现状图。图5中青色部分实体为剥离的岩石。通过计算，得出剥离的岩量为54 976.06 m3，而平庄西露天矿测量部门的算量值为55 364 m3，与实际基本吻合，计算精度满足要求。

图5 3月份440平盘部分现状 图6 4月份440平盘部分现状 Fig.5 situation map of 440 bench in March Fig.6 situation map of 440 bench in April

3 结 论

（1）本文所介绍的建模方法以AutoCAD为平

台，以实体建模为主要技术手段，在露天矿建模领域提出了的一种新的构模方法，并且作为一种可尝试的方法来加强进一步的研究。

（2）该方法与传统方法比较，具有很强的优越性，具体表现在：①逼真的三维动态显示效果，使不熟悉地质结构和构造的人对地质空间关系有一个十分直观的认识；②强大的可视化功能；③先进的计算功能，可以准确计算出矿岩量、地表面积等。与传统的算量计算方法相比较，具有简单、快

速、准确等特点。 参考文献：

[1] 刘光伟. 基于ArcGIS的快速建立露天矿采场模型的三维可视化方

法[J].辽宁工程技术大学学报, 2006,26(增刊)：22-24.

[2] 陈世乾. 顾及台阶属性Delaunay三角网形成方法的研究[J].露天开

采技术, 2007(4):45-53.

[3] 张 帆. AutoCAD VBA 二次开发教程[M].北京:清华大学出版社,

2006.