三维地质建模技术在岩土工程数值模拟中的应用

李竞

摘 要：激光扫描测绘技术是一项新技术，目前已广泛应用于许多领域。三维激光扫描技术是通过目标对象的表面的三维坐标，获得完整的外观，目标对象重建精度高，通过原始测量数据快速访问实现直接物理逆向三维数据采集模型重建技术。本文首先阐述了钥匙，三维激光扫描技术来解决大规模数据匹配的激光扫描技术，大地坐标定位的两个方面。煤矿矿井为例，使用三维激光扫描技术，三维地质建模，并通过比较建模数据和已知的坐标，证明了三维激光扫描技术的实用性更好。在本文中，通过三维激光扫描技术在矿井地质建模和应用分析，提供全面的报告机三维矿床模型为矿产资源预测提供了参考元素空间形态特征，等等。

关键词：三维激光扫描技术；地质建模；绝对坐标定位

0 引言

复杂的地质条件和法律，在某种程度上，在地质勘探的各种地质信息。地下地质信息属于复杂三维地质体。矿床勘探和生产三维空间的所有流程，从勘探到矿山生产阶段，图纸和技术信息是确定矿床的空间位置。三维地质建模是数据分析、地质消歧和预测，数据统计、空间分析和空间可视化技术。因此，三维地质模型的地质和矿业专家来描述准确、全面的地质空间几何提供了基础和相互关系，最大化的提高地下地质空间分析，更准确和符合实际的地质现象的分布和变化规律的工程设计和施工方案，从而减少人类对地质问题的认识的盲目性和地下工程设计和建设正面临巨大的风险。

虚拟现实（虚拟现实，VR）技术起源于美国。矿区的虚拟现实技术研究主要集中在利用现有虚拟现实平台虚拟矿井系统（虚拟矿山系统，vm）开发、风险评估、事故模拟和调查，职业教育和技术培训、煤矿三维可视化，并取得了很大的进步。

1 三维激光扫描技术关键问题

1.1 测站数据拼接

三维激光扫描技术的过程中，车站是指扫描仪，每个目标的相对坐标测量数据，扫描仪的位置的起源。实际测量过程中，如果目标体积太大，复杂的表面，奇怪的形状，等等，测量数据，从不同的立场，而不是整张脸和频繁的测试精度测量角。多次测量的结果是导致目标坐标系统可能更大量的数据来解决问题的拼接的第一站，所有测量数据都集中在相同的相对坐标系统。大量数据的大型煤矿不能简化预处理，提出了方法，两者之间的所有数据将会是第一个马赛克参考点，然后移动到同一坐标系中，实现挖掘数据的拼接。

1.2 绝对坐标定位

基于绝对定位是使用罗德里戈矩阵变换方法，非线性问题转化为线性问题，计算结果将两个平移和旋转矩阵，该方法是可行的和简单的。

坐标数据匹配计算过程，事实上，在绝对坐标定位的过程中，主要有两种方法：一是通过平台设备移动和旋转角度测量，得到当地坐标系统之间的转换关系，但这种方法由于高成本，不被广泛使用；另一个是相邻子域三个或更多标记，将从一个坐标系统到另一个相同的点，这种方法背后是基于绝对坐标定位方法。

2 三维激光扫描技术在岩土工程中的应用

2.1 数据采集

在岩土工程中使用的非接触式三维激光扫描仪对野外数据收集。目标坐标的原理：精密时钟控制编码器用于收集激光束垂直水平角，角α和β的激光束从发射到返回计算时间之间的距离。激光强度和修改后的彩色照片，扫描匹配颜色灰色。抽样框架：横向扫描平面确定X轴，垂直是Y，Z轴垂直于扫描平面，所以P的坐标（X，Y，Z），包括上海合作组织（sco）X = cosαβ，Y =上海合作组织（sco）sinαβ，Z = Ssinβ。

在数据收集的过程中，岩土工程，乘专机球形目标识别的特征目标。但由于地形，基金在收购的过程中，精度要求，该方法用于识别目标对象是一个目标概要文件张贴纸，通过实际分析表明，该方法可以找到软件过程的目的。

2.2 数据处理

数字测量數据通常是大量的数据错误，数据的特点，为了能够在包装过程模型质量的重建模型中，需要测量数据预处理。

2.2.1 噪声去除

大量的点云数据的第一步是做短，是一种主要的噪声去除不属于岩土工程有用的数据，主要用于处理Polyworks噪音，不包括外部对象主要是分散的点。

2.2.2 相对坐标定位

分区数据对齐方式包括两种，一种是一个小的调整，适用于公共分区数据特征非常明显，特点是快速、操作方便，是另一种N点对齐，适合N两个点的图像在不同的公共区域大致对齐，对齐的人工标记需要提前放置，便于校准标准确定重用bese文件对齐后，和准确的定位。

2.2.3 数据精简

在激光扫描仪测量指向生成大量的数据，并不是所有的有用的模型重建。和扫描，以确保标记点在识别的过程中通常是一组高精度，因为拼接后会产生大量的冗余数据。因此，为了简化数据。Polyworks必须防止重叠的数据功能，减少重叠的点云数据，为了减少数据在某种程度上。为了简化，利用曲率Geomagic处理软件，网格简化、统一和随机的四种方法来进一步简化数据。

2.2.4 绝对坐标定位

测量需要三篇论文在岩土工程领域的过程中目标条目，坐标变换用于室内工作提供了基础。相对坐标变换已经完成，在应用程序和坐标文件所有点的基础上相对坐标系统和地球坐标系统之间的转换，形成地质模型。

2.2.5 坐标转换程序结果分析

坐标变换的过程中，因为在这个过程中，缝合的数据源是集中在同一坐标系统，并选择参考点的来源网站完成坐标变换的坐标文件处理软件可以检查和比较的错误。

公共选择坐标系的三篇论文在实地测量的基础上，目标坐标变换，入口的相对坐标与Polyworks由全站仪坐标变换后的程序。通过比较和分析结果可以看出，通过编程大地坐标，理论价值和实用价值，有一定的区别，但可接受的误差范围，满足岩土工程的要求三维地质建模的准确性。

3 CRM地质模型转化法简介

地质模型和数值模型，存在着很大的差别地质模型范围相对较宽，关键领域的研究重点和数值模型，和正交平面，使用模型和数值模型主要用于开挖施工，必须考虑施工过程的建模过程的形状和建筑，相比之下，地质模型不设计开挖和施工的结构；地质模型网格形式，将受到井眼的影响，地层厚度和距离限制，形式，和数值模型可以满足兼容性的几何特性和原则，和不同的形式。为了消除上述差异，您可以使用该模型重建、伐区，网格重新划分的方式来解决这个问题。

地质模型的数据结构包括三种，即表面模型，模型和混合模型，表面模型和描述空间实体对象的描述，是一种建模范围更广泛使用；模型使用的信息来描述空间实体，用来表达）是一种元素的组合，这是最常用的物理网络；混合模型是基于表面模型和模型是基于混合数据模型。曲面模型可以表达故障形成和分解，和其他相关信息，有很好的视觉速度、较小的存储空间，可以表达不同的地质模型，存储空间很大，但是需要运行数据，因此，为了实现相对较低，混合模式将面临和人体模型，结合的优势也可以很好的克服两者的缺点，但建模技术相对较大，低于锡的表面模型选择模型。。

4 基于三维地质模型的岩土工程有限元自动建模方法

4.1 计算区域的切割与选取

考虑到地质模型和数值模型有一些差异，因此，必须使用区域切割技术，在数据分析的过程中，需要建立一个计算模型，计算应该使用科学的方法来消除边界效应，与计算精度可以达到为了缩短计算时间，必须选择切削区域的范围根据数值分析。提高计算精度伐区并选择矩形体，通过区域节点和公共导线切割算法，该算法可以提取局部动态，也可以进行开挖过程的模拟。

4.2 表面模型的重构

地质模型处理数据的拓扑关系变化后，为了符合原始结构，切割和重建表面网格线交叉区域，在重建的过程中，不会改变原始形式的地质模型。重构方法包括地层界面和周围地质曲面重建。地层边界表面重建，需要手的切割范围交叉分类存储，相交线约束边界，控制点和交叉分析，完整的、可以控制的不同高程地图，重复，这个模型可以形成界面；需求领域的交叉切割表面重建，根据订单封闭轮廓线，然后在水平线作为约束条件，为每个节点构网，再重复一遍，可以形成表面模型。统一的结构，也就是说，原来的表面网格计算模型。

4.3 有限元网格的自动生成

是在这个阶段，有限元网格算法已经相对成熟，但其焦点主要集中在算法本身，在实际的计算过程中，常常需要人机交互和合理的维护，以及外边界的长度和面积的密封能力的判断，这将导致正常运行网格的细分是很困难的，它是在一定程度上，降低了自动化程度模型，导致建模的效率损失，地质模型的帮助下可以提高缺陷。考虑到空间域模型，因此，可以根据单独的空间域的原理，它可以分为不同的模块原则需要根据对象属性，材料性质、几何特性。

此外，人体是通过单个网格在空间域算法，数值模型自动生成，和单一空间域主要是依靠人工完成形式，它将造成一些不便，网格细分网格生产效率非常低。根据特征的地质模型的生成有限元网格模型的属性，并且可以建立地层空间域，因此，需要各种地层自动网格细分空间域，然后形式的生成有限元网格模型在建设的过程中，在空间域需要重复使用，这种方法也被称为空间域方法。该方法用于构建网格模型可以避免人机检查和密封检查，可以提高网格细分的效率很好。这种方法是基于地层特征，模型更真实，计算结果的准确性越高，同时，可以重复计算当地的地形模型，不需要重复建模，不需要提前设置开挖边界，可以完成开挖施工过程模拟，也可以防止自动分割算法的使用，自动化程度高，快速建模。生成的模型还可以用于不同的系统，有很强的适用性。

4.4 模型导入有限元分析系统

完成后，上述过程可以按照有限元数值分析有限元网格拓扑文件格式将生成系统中的数据和几何数据导入系统，然后使用生成的价值分析，两者都可以完成建模的工作。模型并不局限于使用tg分析系统，在分析的过程中，只要按照规定的进口数据格式可以用来完成，如常用的有限元软件ANSYS，等等，都属于这种类型。

5 三维地质建模关键技术及研究方向

三维地质建模是一个多学科集成的知识，和要准确描述复杂地质体的地下空间关系和属性，是突破三维地质建模的关键技术。

（1）三维地质建模的基本功能是准确的获取三维空间数据和属性数据的地下地质、钻井地质建模，可以直接应用于数据和计算机断层扫描（CT）三维地震地质和地球物理技术，如地质解释和解释和地质建模成有用的数据。

（2）真正的技术，探索一个概要文件，由于井眼倾斜发生的时候，有一个洞或几个钻孔偏离勘探线、平在勘探线剖面数据平面，反映了实际的工程地质和勘探必须是一个错误，这种错误在很多情况下，建模的结果会产生重大影响。如何通过扁平截面过渡到真正的技术，是一个三维地质建模的关键技术。我们采用下面的方法来控制下的孔平面分段成真正的简介：第一步是坐标信息由钻井井眼轨迹图和调查信息空间分布；第二步，不同形式的平面配置文件数据通过坐标变换，数据从2D到3D空间；第三部分钻井的钻井轨迹控制面板平面投影，使这部分的个人信息与实际钻井空间重叠；第四步，外推方法，根据两种方式：一是调整勘探线；第二个是邻井眼校正横向延长线。

（3）三维地质建模软件可以使用不同的建模方法，如表面建模、物理建模、曲面建模方法，可以使用各种建模数据类型。

（4）使用多源数据建立合理、有效的空间数据库，并能提供高效的空间查询和索引，友好的用户界面，是三维地质建模的关键技术之一。

（5）联合集成建模技术的形成，一致的离散化过程和使用配置文件数据层之间很相似，“拓扑的形成这两种方法的矿石，相同的概要文件数据离散化，指的是地质剖面扫描、序列化配置文件在接缝线的形成和相同的钻孔样品成垂直形式；每一层之间及其内部形式，每一层，形成与煤层之间的联合，其内部空间重叠，包含关系可以用最简单的方式来处理和反映。另一个优势是，每个流程结构形成模型的关节，每个数据节点有一个示例数据和匹配。

（6）大部分在我们的三维地质建模和钻井剖面数据，以反映真实的地質体，我们应该扩大数据的来源，如地震、台风、地质、地球物理、地球化学和遥感还想使用一系列的数据，如何充分利用这些数据，三维地质建模的影响是一个关键的角色。

（7）三维地质模型保持每个地质数据之间的一致性，避免不同地质条件之间的差距和重叠。保持数据一致性和实体体素空间分析的数值模拟具有重要意义。

（8）来描述各种特殊地质体，如入侵、分支断层和倒转褶皱等特殊地质现象建模，也是三维地质建模的关键技术之一。

（9）如何使用该方法来解决地质特殊表面交点在各种情况下，如地层不整合、断层错断岩石、地层尖灭和地下水暴露表面的山谷，等等。

6 总结

三维激光扫描测量技术测绘数据采集的原始特性精度高、效率高、数据完整性和访问，富人和可以提供尽可能多的信息，为研究增加了数据处理的难度。处理多个站点数据基于分区类型矿山三维地质模型构建、标记点和全站仪坐标测量大地坐标与理论之间的对比，证明了绝对坐标程序是可行的，研究人员的3D激光扫描测量技术应用于矿井提供参考和借鉴。