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4.煤炭地质信息资源GIS检索平台技术分析

4.1空间数据分析

煤炭空间数据——三维空间数据:

传统的二维空间数据虽然能表达地表地物的空间分布特征,但难以描述煤炭等

地下三维的空间数据。传统的二维空间数据难以在煤炭地质数字化中得以应用。

煤炭地质的研究对象为地下的三维空间数据,进行科学合理的三维地学建模是煤炭

地质信息资源GIS中关键。

在整个“数字矿山”的庞大信息系统中,三维地学建模是系统的核心组成部分,技

术最为复杂。中国矿业大学的吴立新教授曾做出如下的定义:三维地学建模是由勘

探地质学、数学地质、地球物理、矿山测量、矿井地质、GIS、图形图像学、科

学可视化等学科交叉而形成的一门新型学科。

三维地学建模的特征从计算机图形学的角度来说,三维地学建模既不属于原始

设计模式的建模,也不是严格的逆向工程建模,这主要是由三维地学建模的建模数据

来源所造成的。地学建模的数据来源有三个特征。

1稀疏性。地学建模的数据来源目前主要是靠钻孔数据、勘测数据以及矿山开

拓工程数据。在前期的地质勘探过程中,地学的建模基本是完全依靠钻孔获得建模

原始数据,成本非常高,不可能大量的采集数据。所以,实际工程中只能采集非常稀疏

的、离散的且分布不规则采样数据,而矿山地质空间数据往往又是连续、复杂多

变的,这给建模工作带来了很大的困难。

2不确定性。由于数据的稀疏性的因素,为了获得满足三维建模需要的数据量,

必须依据现有的勘测数据进行空间插值。目前常用的空间插值方法有下列几种:梯

森多边形法(最近距离法、反距离加权方法、趋势面分析方法、多元回归分析方

法、样条函数方法和克里格插值方法等。这些方法虽然郝有各自的科学道理,但是

这些方法仅仅是对矿体形貌的一个“较为可靠”的估计,在这个“较为可靠”的估计下

面有很大的不确定性。

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3地质构造的复杂性。由于断层、褶皱、岩石夹层等复杂地质构造的存在,这

些复杂的和无规律的因素使得地学建模的复杂度大大增加,也使得地学的建模复杂

性远远大于其他的类似的建模应用。像基于CT扫描数据的建模等领域,现实生活

中是可以找到参考模型作为引导,有一定的规律可循,而矿体模型几乎没有任何规律

可循。

2三维地学建模的主要方法

在过去的十几年中,国内外众多学者对于三维地学建模这个难题从理论上进行

了较深入的研究,提出了多种三维地学空间模型或建模方法。其中不少方法已经在

化的数字矿山软件中得到实现和应用。从三维建模方法的基本元素来看,可以

分为基于面表示的模型、基于体元的模型和混合数据模型。由于三维地学建模需

要对矿体的属性的品位等信息进行详细的描述,所以三维地学建模须采用体元模型

法建模,也可以由表面模型栅格化为体元模型。

2.1块段模型

块段模型(BlockMode1是将整个矿床范围内的空问分割为规则的体元,然后通

过钻孔等地质信息插值计算每个体元的岩石属性。块段模型的基本体元可以是长

方体、正六面体等,但是最简单并最常用的是等边长的正方体体元。根据数据存

储方式,块段模型又可分为三维栅格模型和八叉树模型。八叉树是二维四叉树的三

维自然扩展,是利用树的层次结构将三维空间划分为若干个子区域。八叉树模型不

但可以压缩原始的三维栅格数据,而且还可以改善同类体元的拓扑结构,便于进行

相关的查询分析。块段模型是矿山三维软件中最常用的模型。块段模型具有操作

简单并且易于