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数字化露天矿虚拟开采模型构建技术及应用研究

作　者: 刘光伟
导　师: 白润才
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 采矿工程
关键词: 露天矿实体模型矿体包络面不规则体 SAT拓扑关系构建技术开采模板虚拟开采
分类号: TD804
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 35次
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内容摘要

数字化露天矿虚拟开采,就是在真三维环境下,满足矿山工程发展的几何约束条件,按照开采程序、开采方法,通过对地层实体的剖切,确定工程位置,计算工程量,进行矿山生产决策。实现露天矿虚拟开采,必须构建露天矿三维地形模型、三维地质实体模型、露天矿采场模型、参数化开采模板模型和采、剥工程分类算量模型等。对多维空间数据进行集成动态分析处理的构模技术,是实现露天矿在三维虚拟环境下进行模拟开采的关键,也是国内外学术界和工程应用面临研究的技术难题。本文针对目前数字化露天矿虚拟开采构模技术存在的问题和不足,利用三维地学模拟(3D Geoscience Modeling,简称3DGM)技术,主要研究了地质建模的空间插值参数优化选择方法、考虑露天矿地形特征的DEM快速构模方法及大范围地形局部更新方法、不规则地质实体构模技术、露天矿地形地质实体模型耦合技术以及在三维虚拟环境下实现露天矿模拟开采的相关技术和方法。通过研究提出了一种顾及台阶属性的露天矿DEM数据分块生长算法和适应于大范围三角网的局部更新方法;提出了不规则体包络面模型的拓扑关系构建技术,及利用SAT文件映射还原导入技术快速创建不规则地质实体模型的构模方法;参数化构建反映矿山工程发展状态及几何约束关系的开采模板,提出利用层间组合和定位显示技术驱动开采模板、动态切割实体模型的露天矿虚拟开采方法;研发了一套数字化露天矿虚拟开采辅助设计系统,该系统使矿山工程技术人员在一个真三维环境中,利用三维可视化模拟开采技术,以“人机交互”方式进行露天矿开采设计、生产计划编制及生产决策,并在多个露天矿山企业得到了推广使用。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-14
1 绪论  14-25
  1.1 选题的研究背景、目的与意义  14-16
  1.2 国内外研究现状  16-21
    1.2.1 国外矿山虚拟开采研究发展概况  16-17
    1.2.2 国内矿山虚拟开采研究发展现状  17-18
    1.2.3 国内外采矿模拟软件的分析比较  18-19
    1.2.4 露天矿虚拟开采构模方法分析  19-21
  1.3 存在的问题与不足  21-22
  1.4 论文的主要研究内容及目标  22-23
  1.5 研究方法与技术路线  23-25
2 矿山工程地质数据库  25-36
  2.1 矿山地质数据分类  25-28
    2.1.1 钻孔数据  25-26
    2.1.2 虚拟钻孔  26
    2.1.3 地质平面数据  26-27
    2.1.4 剖面数据  27
    2.1.5 地层等值线数据  27
    2.1.6 断层数据  27
    2.1.7 动态数据  27-28
  2.2 地质数据概化处理  28-29
    2.2.1 地质数据预处理  28
    2.2.2 地质数据概化处理  28-29
  2.3 数据库类型选择及其访问技术  29-30
    2.3.1 Access 关系数据库  29
    2.3.2 ADO 数据库访问技术  29-30
  2.4 矿山地质数据库设计与开发  30-35
    2.4.1 矿山工程地质数据库总体设计  30-32
    2.4.2 原始数据表的设计  32-33
    2.4.3 网格数据表  33-34
    2.4.4 图形数据表的设计与形成  34-35
  2.5 本章小结  35-36
3 地质空间三维建模插值技术研究  36-67
  3.1 空间插值的概念与分类  36
  3.2 整体插值法  36-40
    3.2.1 趋势面法  37-38
    3.2.2 加权最小二乘拟合法  38-40
  3.3 分块插值法  40-50
    3.3.1 线性内插  40-41
    3.3.2 TIN 的双三次插值  41-43
    3.3.3 双线性多项式内插  43-45
    3.3.4 样条函数内插法  45-46
    3.3.5 多面函数法  46-50
  3.4 逐点插值法  50-58
    3.4.1 移动拟合法  51-58
    3.4.2 距离幂次反比法  58
  3.5 断层及边界的估值  58-62
    3.5.1 断层的处理方法  58-61
    3.5.2 边界处理方法  61-62
  3.6 地层界面内插模型的精度评价方法  62-66
    3.6.1 层面模型的误差源分析  63-64
    3.6.2 检查点法  64
    3.6.3 剖面法  64-65
    3.6.4 等高线的套合分析  65-66
  3.7 本章小结  66-67
4 露天矿区地形的三维建模与更新  67-88
  4.1 概述  67-68
  4.2 测量数据预处理  68-69
  4.3 矿山地形的规则格网建模  69-71
    4.3.1 基于离散点构建格网DEM  70
    4.3.2 基于等高线构建格网DEM  70-71
  4.4 矿山地形的不规则三角网(TIN)建模  71-84
    4.4.1 矿山地形线框模型  72-74
    4.4.2 无约束DTIN 的建立  74-76
    4.4.3 改进的DTIN 构建  76-77
    4.4.4 带有约束条件的CD-TIN 的建立  77-84
  4.5 矿区DEM 模型的局部动态更新  84-87
  4.6 本章小结  87-88
5 露天矿三维实体构模技术研究  88-116
  5.1 基于面元的露天矿三维地质建模  89-93
    5.1.1 空间序列断面法  89-91
    5.1.2 多层DEM 封闭法  91-93
  5.2 露天矿三维实体构模技术  93-105
    5.2.1 基于面域扫掠法生成实体  94-95
    5.2.2 基于ACIS 平台快速三维实体构模技术  95-105
    5.2.3 实体模型的验证  105
  5.3 块体模型  105-107
    5.3.1 块体模型的构建流程  106
    5.3.2 煤质块体模型的构建  106-107
  5.4 实体模型主要应用研究  107-110
    5.4.1 实体体积计算  107-108
    5.4.2 布尔运算  108-109
    5.4.3 三维实体切割技术  109-110
  5.5 复杂地质体建模  110-115
    5.5.1 断层建模  110-112
    5.5.2 煤层分叉建模  112-113
    5.5.3 煤层露头及风氧化带建模  113-114
    5.5.4 矿体尖灭建模  114-115
  5.6 本章小结  115-116
6 露天矿三维集成模型的构建与更新  116-123
  6.1 露天矿三维集成模型的构建  116-120
    6.1.1 露天矿采场现状实体模型构建  116-117
    6.1.2 矿岩实体模型的构建  117-119
    6.1.3 露天矿三维集成模型的建立  119-120
  6.2 露天矿三维集成模型的更新  120-122
    6.2.1 采场实体模型的自动更新  121
    6.2.2 矿岩实体模型的更新  121-122
  6.3 本章小结  122-123
7 数字化露天矿模拟开采技术  123-129
  7.1 开采模板参数化设计  123-124
  7.2 工程位置模拟  124-125
  7.3 采剥工程量分类计算  125-126
  7.4 模拟开采应用实例  126-128
  7.5 本章小节  128-129
8 数字化露天矿虚拟开采辅助设计系统的开发与应用  129-144
  8.1 数字化露天矿虚拟开采辅助设计系统的需求分析  129-131
  8.2 数字化露天矿虚拟开采辅助设计系统的总体设计  131-133
    8.2.1 总体设计框架  131-132
    8.2.2 软件开发基础平台  132
    8.2.3 开发工具的选择  132-133
  8.3 系统的功能模块  133-136
    8.3.1 地质信息管理子系统  134
    8.3.2 测量验收子系统  134-135
    8.3.3 生产计划子系统  135-136
  8.4 应用实例研究  136-142
    8.4.1 中煤龙化哈尔滨矿业公司依兰露天煤矿概况  136
    8.4.2 三维地质实体模型动态构建  136-137
    8.4.3 地形实体模型的动态构建  137-138
    8.4.4 露天矿集成模型的构建  138
    8.4.5 横采内排过渡时期生产计划编制  138-142
  8.5 系统的推广应用  142-143
  8.6 本章小结  143-144
9 结论与展望  144-146
  9.1 主要结论及创新点  144-145
  9.2 展望  145-146
参考文献  146-153
作者简历  153-156
学位论文数据集  156

数字化露天矿虚拟开采模型构建技术及应用研究

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