基于多面体的煤层三维可视化研究.pdf

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1、第21卷第7期中国矿业Vo1．21，No．72012年7月CHINAMININGMAGAZINEJu1．2012基于多面体的煤层三维可视化研究王猛，汪云甲(1．中国矿业大学江苏省资源环境信息工程重点实验室，江苏徐州221l16；2．中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州2211～一n．舳一16～一=一l)一星一一～如～一m一n_J一叽～一_一蚕一～一．垦一～一～一㈨_一啪呈～蝴一№一～摘要：煤层地质体几何形态复杂，其三维可视化对煤炭开采有着重要的现实意义。针对煤层层状特点，提出在地理系新系统(GIs)中使用面向对象的

2、多面体数据结构实现煤层的三维可视化。该方法在生成煤层底板和顶板不规则三角网(TIN)的基础上，通过对其进行拉伸闭合，实现三维空间实体模型的构建。模型支持6种集合运算，可进行三维空间分析。最后，采用此方法实现了我国某煤矿主采煤层的三维可视化及工程开挖，验证了其可行性。关键词：GIS；多面体；煤层；可视化；空间分析莒i．一薹．一一m一～一中图分类号：P208；TU17文献标识码：A文章编号：1004—4051(2012)07一O104—03Three-dimensionalvisualizationofcoalseam

3、basedonpolyhedronWANGMeng”．WANGYun-jia’(1．JiangsuKeyLaboratoryofResourcesandEnvironmentalInformationEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221i16，China；2．SchoolofEnvironmentScienceandSpatialInformatic一s一，一～～一一一～一一～，．rⅡepnaChinaUniversityofMinin

4、gandTechnology，Xuzhou221116，China)～一_亘一¨．～一兰～一～～一～一一m一长期以来，工程地质信息多以CAD、图纸、文字助决策支持，也是矿山地理信息系统(MGIS)的任报告等形式管理，使得地质信息的有效表达和空间务之一。然而，煤层地质体是一个非均质、非规则、分析方面受到了严重制约l_1]。随着GIS在地质、非直观的三维空间[3]，加上人造工程，其几何形态极矿山等领域应用的深入，人们要求从三维空间来处其复杂，对该空间的三维可视化成为当今GIS中的理问题。煤层是煤矿的重要组成部分，其三维

5、可视一个难题。化为煤矿工作者进行工作面布设、保护煤柱留设、采本文结合GIS强大的空间数据管理、可视化和空区充填以及边角煤开采等工程应用提供重要的辅分析能力，采用多面体数据结构作为体元构建煤层模型，该方法不仅能够形象地表达煤层地质构造的空间关系，而且在表达复杂结构上较容易实现对地收稿日期：2012—02—03质体进行工程开挖、任意剖面剖切等空间分析L4J。基金项目：国家环保部公益性行业专项基金资助(编号：1多面体数据结构200809128)；国家自然科学基金项目资助(编号：50774080)多面体是由一系列三角形、三

6、角扇、三角条带或作者简介：王猛(1986一)，男，硕士研究生，主要研究方向为GIS软件开发与应用。E—mail：wmnwsuafcumt@163．corn。环等几何要素组成的闭合的三维地理对象实体，它1O6中国矿业第21卷钻孔数据进行插值生成煤层厚度DEM；③把底板三维构建，最终实现整个煤矿地层的真三维可视化。TIN转化为格网DEM；④对底板DEM和煤层厚度地层模型与篱笆多面体进行求交运算，实现地层剖DEM的格网值进行求和运算，获得顶板DEM；⑤将切。使用地层模型与人造工程多面体进行求差运顶板DEM转为TIN，并使

7、用钻孔数据进行修正，获算，实现地下工程开挖。得顶板TIN。该方法是在底板与顶板近似“平行”4结论‘且底板TIN精度较高的前提下进行，使得顶板TIN本文以GIS技术为支撑，对煤矿地层进行了简能够较好地“继承”底板TIN的地形走势。化，并尽可能多地利用多源数据生成煤层底板与顶以钻孔为主构建顶板TIN是在没有其他数据板TIN，通过构建多面体实现煤层乃至整个煤矿地引入的情况下，直接使用钻孔数据和地质工作者的层的真三维可视化。该方法构建原理简单，可有效经验生成顶板TIN，并进行相应的修正，其精度一进行空间分析，易于编程实现，

8、较好地满足了煤矿实般较低。际应用的需要，是使用三维GIS表达复杂地层的一2．4煤层三维模型的构建次有益尝试，可以为其他地学研究提供参考。所建构建煤层模型，使用ESRI．ArcGIS．Geometry的模型具有正确的地理坐标系统，可以存人矿山类库中IConstructMultiPatch接口的Construct—GIS的地理空间数据库(Geodatabase)