固定矿产资源勘查过程中的三维图像定位法设计研究

李 玲

（甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院，甘肃 天水，741020）

当前三维图像定位技术在各个领域中的应用十分广泛，实现了多方面的可视化发展。同时，三维图像定位是遥感技术当中的核心组成部分，是影像定位发展至今的最高阶段。三维图像定位技术中融合了现代信息技术中的摄影、测量、传感器、互联网等多项技术。

在实际应用过程中，主要应用原理是依靠卫星遥感平台和无线传感器将定位到的图像信息通过反射传输相应的电磁波信号，并将定位对象发射回的反射线进行传输，再通过对各个信号进行接收、分析及处理，获得定位对象相关的地质条件特征[1]。

当前三维图像定位技术不仅可以适用于范围较广区域的图像定位，并且定位精度以及运行效率不会受到被定位对象周围环境的影响。固定矿产资源勘查是发现矿床并查明该矿床中矿体的具体分布、分布种类、质量以及数量等，是满足国家建设以及矿产资源开发企业需要的全部地质勘查任务。矿产资源通常深埋于地下，具有稀少、结构复杂和位置隐蔽的特点，因此采用常规的勘查手段需要消耗大量的人力和物力的投入[2]。因此应用一种更加合理的技术手段在矿产资源的勘查阶段始终贯彻循环经济的原则十分重要。基于此，本文开展固定矿产资源勘查过程中的三维图像定位法设计研究。

1 固定矿产资源勘查过程中的三维图像定位法设计

1.1 建立固定矿产资源三维可视化模型

由于在进行固定矿产资源勘查过程中，周围矿山地质构造十分复杂，因此单纯采用表面模型分割方法很难得到清晰、准确的三维可视化模型。因此，本文利用大量足够小的体素，通过任意组合对矿山地质体进行描述。具体操作步骤为：首先，直接将获取到的三维数据场在显示器上生成二维图像，保留体素中的细节信息数据。由于体素单元选取得足够小，因此可以将每个体素看作是一个完成且独立的属性，实现对矿体中非均质地质体的表达。其次，在进行对三维可视化模型填充体素的过程中，利用等边正方体体元，在二维图像中完成栅格模型在三维模型中的扩散[3]。将勘查对象划分为若干个体素，并建立相应的横轴坐标x，纵轴坐标y，以及垂直坐标z。在x轴上分割出对应的a个单元，在y轴上分割出对应的b个单元，在z轴上分割出对应的c个单元，从而得到用a×b×c个体素构成的勘查对象三维可视化模型。在模型当中，每一个体素均代表某一类属性数值，例如矿山岩石的密度大小、磁性强弱等[4]。同时，固定矿产资源三维可视化模型还可以利用数值型数据表示，得出基本格式为：(xa,yb,zc,attributea,b,c)，其中a=1，2，…，R；b=1，2，…，S；c=1，2，…，T；x，y，z组成体素的空间坐标，attribute表示为个体素的属性。在实际固定矿产资源勘查过程中，只需要将各属性均按照上述空间坐标的顺序填写在对应的数据文件当中，将各个提速的数值省略即可，从而得到简化的三维可视化模型数据文件格式：R，S，T。数据文件当中，R，S，T表示为文件头，记录了空间坐标上共划分的等份数目，为三维可视化模型空间位置对应的属性值。

1.2 基于三维插值算法的图像栅格数据采集

通过上述操作完成对固定矿产资源三维可视化模型固定矿产资源三维可视化模型的建立后，得到分布均匀的勘探数据采集样点。

由于外推能力越强，则对地质体的逼近程度越高，因此根据这一特点，结合三维插值算法，对图像的栅格数据进行采集[5]。假设在三维可视化模型当中存在多个采样点，并通过测量得到相应的数值，以及测量点的空间坐标，求解出三维可视化模型中网格任意位置的采样点属性值，得到如公式（1）所示的三次多项式：

公式（1）中，K表示为三维可视化模型空间图像栅格数据；δn（n=1，2，…）表示为待定系数。在最小二乘积的定义下，拟合测量点的具体测量数值。该算法针对规模较大的散乱数据依然有效，并且拟合的精度与其它算法相比更高，计算量也相对较少，根据上述原理，可在相应的分析平台当中开发全新的三维可视化网格数据生成器，从而通过对权重函数的调节，实现对图像栅格数据的采集，并保证该数值与实际值之间的误差达到最小。

1.3 栅格数据与可视化模型的映射定位

结合高层次可视化语言IDL软件，实现对三维可视化模型的显示，首先建立与被勘查矿山各属性对应的颜色表。其次，再将经过三维插值算法采集到的图像栅格数据中的体素属性值映射为不同的颜色以及透明度，颜色值由三原色分量组成，将透明值设置为0～1之间的数值，当数值为0时，则说明图像完全透明；当数值为1时，则说明图形完全不透明。通过改变三维图像的颜色以及透明度产生的不同视觉效果，从而实现对固定矿产资源的特征突出描述，展现待勘查矿体的深部地质条件信息。

图1为经过三维插值算法处理后的图像栅格数据与三维可视化模型的映射关系。

图1 图像栅格数据与三维可视化模型的映射关系

为了更好地实现对三维图像的可视化描述，应用IDL语言开发三维地质信息[6]。通过映射，勘查人员可以从不同的角度对被勘查对象进行观察，并保存其三维空间地质信息，实现对固定矿产资源的定位，并为进一步详细的观察创造可视化条件。

2 实验论证分析

选用某地区金属矿床的勘查结果资料，对本文提出的固定矿产资源勘查过程中的三维图像定位法与传统定位方法进行对比实验。

通过资料显示，该区域内存在8种不同时期形成的地层结构，并且各地层结构的矿产资源丰富度均存在较大差异。根据某种金属矿产资源的含量高低，对8种地层结构进行划分。在实验研究区域内，将勘查路线划分为10条，不同勘查线之间的具体为250m，在每条勘查线上分别布设15个钻孔，并保证不同钻孔之间的距离为100m。利用本文提出的方法提取出15×15×40个离散样本，并结合上述操作，完成对固定矿产资源的定位。再利用传统方法对该研究区域的固定矿产资源进行定位，对比两种方法的定位结果，并将结果绘制成如图1所示的实验结果对比表。

表1 两种方法定位固定矿产资源定位结果对比表

表1中通过对A、B、C、D、E五个定位区域的两种固定矿产资源定位结果与真是分布位置进行对比得出，本文方法的定位结果与真是分布位置更接近，而传统方法的定位结果与真是分布位置相差较远。因此，通过实验证明，本文提出的固定矿产资源勘查过程中的三维图像定位法在应用过程中不会受到外界环境的影响，具有更高的定位精度，可为后续固定矿产资源开发提供准确的地理位置信息。

3 结语

本文提出的固定矿产资源勘查过程中的三维图像定位法将三维插值算法融入到三维可视化模型的数据处理当中，具有减小误差、提高计算速度等优势。

将本文方法应用于实际可以更加清晰的展现矿山地质体的具体空间分布，从而让勘查人员更加深刻的认识到三维空间中固体矿产资源的分布，更好的为矿山开采的地学分析提供有利信息。