矿体三维建模及储量计算关键问题研究

论文摘要

固体矿产资源的可利用储量以及矿化元素空间分布是矿山进行采选设计的基础,直接影响矿山企业的宏观决策。传统的储量计算方法是在简单几何图形的基础上近似地计算矿体体积,计算过程不直观、精度差。随着信息技术的发展,以矿体三维模型为基础进行的矿体储量计算与传统的储量计算方法相比,计算过程更为直观,结果更为精确,是储量计算的发展趋势。但是,目前国内尚没有成熟的具有三维储量计算功能的软件。矿体三维建模缺乏统一完备的理论,以矿体三维模型为基础计算矿体储量仍有许多问题需要解决。本文针对利用相邻剖面轮廓线进行矿体三维建模以及在此基础上进行储量计算过程中的关键问题进行了深入的研究。在矿体三维建模的研究中,本文针对相邻剖面轮廓线形体差异较大,轮廓线上点数相差较多的情况提出了一种二维轮廓线重构三维形体算法,即周长投影法。采用该法建立的矿体模型表面过渡平滑,更具有真实感。在矿体储量计算方法的研究中,本文分别采用三维积分法和克立格法进行储量计算：(1)本文在矿体三维模型基础上,采用三维积分法进行储量计算。该方法利用一组距离相等、相互平行的平面与矿体相切,将所有相邻切面间的体积累加,计算矿体的体积。探讨了切片间距与矿体体积计算精度的关系。该方法计算过程简便、直观,体积计算精确。(2)克立格法是目前应用较为广泛的储量计算方法,本文在采用该法进行储量计算的过程中,深入地研究了实验变异函数计算和插值邻域点选取算法。①在研究实验变异函数计算的问题上,主要研究了实验变异函数的计算效率和计算稳健性：将分治算法引入到计算过程中,在大样本条件下,具有较高的计算效率,计算结果可靠；对于不服从正态分布的样品数据,通过特异值处理、数据变换、采用中位数等方法计算实验变异函数,提高了计算结果的稳健性。②在研究插值邻域点选取算法的问题上,提出了空间分布权系数邻域点选取算法。通过建立估值点周围邻域点间空间分布权系数的函数,确定参与克立格估值计算的邻域点。该算法不但考虑到了同一象限内邻域点与估值点距离的远近,同时也考虑到了邻域点之间的空间相关程度,使邻域点选取更具合理性。在以上研究工作的基础上,本文以VB6.0为开发工具在AutoCAD2002平台下开发了三维储量计算系统。该系统具有存储和管理地质勘探资料的功能,支持Excel文件和手工两种输入方式；具有数据处理功能,能够进行数据错误检查、特高品位处理、钻孔轨迹计算、单工程自动圈定、样品统计分析；具有矿体三维建模功能,能够进行图像配准、地质解译、矿体线框建模、矿体块段建模；具有储量计算功能,能够采用三维积分法、距离反比法、普通克立格、对数正态克立格等方法进行储量计算。系统操作简便,符合地质人员工作习惯,可有效提高储量计算的工作效率。利用该系统对邓西沟铅锌矿进行了矿体三维建模,在此基础上采用三维积分法和克立格法计算了矿体储量,结果表明应用本系统建立矿体三维模型简单方便,储量计算结果可靠。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 三维空间数据模型研究现状
• 1.2.2 储量计算研究现状
• 1.2.3 国内外具有三维储量计算功能的软件研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 技术路线
• 1.5 创新点
• 第二章 基于剖面轮廓线的矿体三维建模
• 2.1 数据准备
• 2.2 矿体三维建模关键算法
• 2.2.1 一种基于轮廓线重构三维形体算法——周长投影法
• 2.2.2 简单多边形三角剖分算法
• 2.2.3 基于矿体线框模型生成块段模型算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于矿体三维模型的储量计算方法
• 3.1 三维积分法
• 3.1.1 三维积分法原理
• 3.1.2 三维积分法算法
• 3.2 克立格法
• 3.2.1 克立格法基础理论简介
• 3.2.2 实验变异函数分治算法
• 3.2.3 变异函数稳健性研究
• 3.2.4 空间分布权系数插值邻域点选取算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 三维储量计算系统的实现
• 4.1 系统开发环境
• 4.2 系统总体结构和功能
• 4.3 系统数据库设计
• 4.4 系统功能详细介绍
• 4.4.1 数据库管理
• 4.4.2 数据处理
• 4.4.3 三维建模
• 4.4.4 储量计算
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统在邓西沟铅锌矿中的应用
• 5.1 矿区自然地理情况
• 5.2 区域地质
• 5.3 矿区地质
• 5.4 矿体三维建模
• 5.4.1 数据准备
• 5.4.2 矿体三维模型的建立
• 5.5 储量计算
• 5.5.1 三维积分法储量计算
• 5.5.2 克立格法储量计算
• 5.5.3 系统应用情况分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 个人简历
• 致谢