【摘 要】三维矿区模型的建立，对矿业权管理和地质灾害预警治理极大地提高了效率。矿区中建立模型是为了更直观地表达矿区深部与矿山工程设施的空间位置关系，方便矿山开发。矿区三维模型的建立，具有直观性、动态性的特点，同时也满足了管理部门动态监管的要求。
【关键词】三维模型；动态监管；地灾预警
三维矿区主要包括矿区三维地质模型、三维激光扫描点云模型、全景虚拟井巷工程模型。矿区三维地质模型以矿区地表数字高程模型（DEM）、遥感卫星图像、工业广场、地勘资料、采掘生产图件及储量核查数据库为基础，构造矿区三维地质模型，展示矿区生产系统，直观表现当前资源赋存状况，充分利用矿业权核查数据掌握各类矿区布局状况，利用储量核查成果数据掌握矿区点上资源信息；三维激光扫描点云模型主要采用三维激光扫描数据建立井巷工程实体模型，纹理贴图采用全景照片，展示井巷工程真实状况；全景虚拟井巷工程主要采用应用照片处理软件将照片处理为可以360度旋转的全景照片文件，再使用开发软件和巷道路径数据将每个点的全景照片文件按照指定坐标分布在巷道上，最后将软件集成到矿政信息及三维动态管理系统中。
矿山的三维动态管理系统基础数据采集的技术流程共分为五个部分，技术流程图如图1所示。
图1 矿山基础数据采集流程图
1 三维矿区模型的建立
建立矿井虚拟现实模型的基础数据为三维激光扫描成果数据，纹理采用全景照片。
1.1 建模
巷道模型根据三维激光扫描成果数据建立三角网模型，比对矿井通风系统图、巷道断面形状图、巷道照片数字化优化建模，以便表现矿井巷道的真实空间构造。参考三角网模型和全景照片提取矿井生产系统，包括供电、排水、设备、路标等对象，重新构造模型。具体建模方法为：首先根据设备的结构特点选择基本的几何体，比如风窗选择Box，液压支柱选择CyIin-der；对基本几何体的点、面、边界进行详细加工；根据实际情况对设备表面材质设定。
1.2 纹理贴图
贴图纹理采用同步采集的全景照片，全景照片数据源包括照片编号、位置点坐标、全景照片。贴图时按模型空间位置检索全景照片位置点坐标，查找照片编号裁切照片，裁切粒度依据巷道模型三角面特征，将裁切纹理应用到模型面。
1.3 虚拟现实模型浏览
虚拟模型浏览采用VRPIE工具，该工具可在WEB上实现全三维场景的浏览和交互。
2 三维动态监管
动态监管管理子系统主要实现利用矿山生产系统测量数据和地质勘探数据建立的三维激光扫描点云模型和三维地质模型对矿山采掘情况进行监督，同时为矿山抢险救灾提供灾害定位与事故处理提供信息服务。
2.1 越层越界检查
进行矿区越界、超采分析：结合矿业权核查数据库中核查结果，利用采掘工程图和三维地质模型，进行矿山开采现状与矿业权审批范围进行对比，计算采掘工程空间位置与矿业权边界坐标，报告越层越界情况。
图2 越层越界检查
2.2 储量动态监测
与储量核查数据、矿山储量监测数据进行连接，实现示范矿山储量动态监测功能。
系统根据各矿业权的储量报表、压覆矿产，占用矿产、查明矿产等数据，统计全省各矿种的储量、基础储量、资源量等数据，从而为储量动态监管提供数据支持。通过使用矿山储量登记、报表、台账，各勘查区储量报告等数据，来生成矿山或矿区储量统计报表，省、市、县各矿种各类储量统计数据。
2.3 地上下集成数据模型查询
地上下集成数据模型指将地表的地貌模型与工业广场模型和地下的采掘工程、三维地质模型、点云模型集成在一个三维控件中，同时满足采掘工程布设空间位置浏览、井巷实景浏览和地质条件观察和资源量计算的要求。
系统将以矿山为单位集成管理地表模型、矿体及属性模型、巷道模型、全景图片、点云数据。
系统提供以矿山巷道为单位的数据查询功能，支持用户进行点云数据与全景图片查询。
2.4 快速三维模型建立
通过实测井下采掘工程绘制图件、导线测量、巷道截面等数据，进行三维转换生成三维巷道模型，测量数据在标准化处理后导入数据库，按巷道名称、节点次序记录，在生成巷道时顺次生成三维采掘工程模型，结合矿井设备三维模型，重构生产系统，在三维空间展现，与三维地质模型套合，为生产管理服务。
使用数据：巷道测量数据、井口坐标、设备坐标等，辅助的参数数据包括，巷道断面参数、井筒参数、设备类型、巷道类型、主要矿种等，可以生成数据：巷道三维模型、三维采掘系统模型等。
2.5 灾害处理预案
综合矿体三维地质模型、点云实体模型和井巷快速建模构建精确矿山沙盘，具备真实坐标，准确反映矿区地上地下位置、采掘工程的精确空间位置，地下每个空间位置均具有三维坐标，在发生突水、瓦斯突出、冒顶等事故需要抢险救援时可准确确定险情位置，空间定位掘进或钻探生命通道，为抢险救灾实施方案提供信息支持。
2.5.1 灾害点定位
当发生灾害事故时，依据矿区生产单位报告的事发位置，在矿区三维集成模型中依据坐标、井巷名称标记灾害点，查询事故发生位置的地质和采掘生产状况，了解周边设备情况，以及通风生产安全设备，做到对灾害和发生地周围情况的清楚，便于制定灾害处置方案。
2.5.2 钻探定位
在标记灾害点位置后，依据巷道地形状况和生产安全设施状况，确定可能的人员藏匿位置，当不能快速解救事故人员时，需要钻探生命通道输送食品时，在地表确定钻探位置并标记，计算钻探深度，钻探需要穿越的地层，输出报告，为钻探工程的部署提供参数依据，快速实施事故救援，减少事故损失。
2.6 量算功能
根据采空区、工作面、地质三维模型等数据可以对矿山采掘情况进行量测，比如计算采空区空间大小、工作面大小、矿石开采量等，量测巷道宽度、高度等，与矿山企业上报的矿石开采量、占用储量等数据进行对比，为矿山日常监督提供数据支持。
三维动态监管系统初步建设完成，建立矿产资源管理数据库，实现了矿业权数据更新、查询统计；建立了矿政业务管理功能流程，实现了矿业权设置分析、规费计算、规划设计、压覆计算等日常业务；建立了矿产生产监督机制，通过三维测量成果和三维地质模型，动态计算分析矿山资源采掘，真实重现矿山采掘系统，为矿区生产监督提供有力工具。
[责任编辑：王静]