三维地质系统在矿山监管中的应用

河北省水文工程地质勘查院 刘猛

一、前言

2019年11月，自然资源部公布了《自然部信息化建设总体方案》，提出“立足已有基础，协调相关数据标准，整合、规范、扩展现有基础地理、遥感影像、土地、地质、矿产、海洋、林草、湿地等各类自然资源和国土空间数据，建立三维立体自然资源‘一张图’；加强三维立体可视化与分析应用功能建设，初步形成统一高效互联互通的自然资源管理应用和共享服务机制”的相关要求。为解决矿山企业和监管部门在生产和监管过程中所产生的问题，构建数字化、智能化矿山三维地质系统，为自然资源主管部门直观地展示、查询、统计矿山相关信息，实现对矿山资源的动态监管，引领传统矿业加速向绿色、安全、智能、高效方向发展。

二、三维地质系统功能设计

结合当前新兴技术发展潮流和矿山实际情况，对三维实景建模、激光雷达扫描、三维矿体建模、三维矿体语义化等新兴技术在矿山资源监管中应用进行了研究。以无人机倾斜摄影、三维实景建模、系统数据处理、矿山三维成果展示为主要功能设计构建三维地质系统。

三维地质系统组成图如图1所示。

图1 三维地质系统组成图

三、工作流程设计

（1）搭建基础数据库

通过收集矿山基础地理信息和矿产资源属性信息等资料，构建系统数据库，为系统业务提供数据支撑。

（2）无人机倾斜摄影数据采集

通过无人机倾斜航摄，在低空利用多个传感器从垂直角度和多个倾斜角度对矿山进行全覆盖航空摄影，采集矿区的地形、地表建筑和开采现状信息，获取地面影像数据。

（3）矿山三维实景建模

三维实景模型建立采用SmartEarth PhotoMesh建模软件将获取的矿山影像数据自动、批量、快速建模，还原出最真实的三维模型。

（4）语义化

三维地质系统语义化主要是对采集的矿体属性、数据信息进行加工处理。三维语义编码，使得计算机可以理解数据所包含的信息。语义过程是解译和描述的过程，从数字世界翻译成计算机可以理解的语义模型，实现人机兼容，才可以被智能系统所应用，最终服务于矿山生产和监管中。

整体工作流程如图1所示：

图1 数据采集、整合流程图

四、主要功能模块

“矿山三维地质系统”基本功能包括图层控制、视图控制(旋转、倾斜、鸟瞰、还原视角)、距离量算、面积量算和属性查询设置；三维数据分析展示功能包括二三维联合展示、资源储量对比分析、超深越界监测、生态修复监测、坡度坡向分析等。（系统基本架构如图3所示）。

图3 矿山三维地质系统基本架构图

（1）二三维联合展示

通过该功能可查看矿山三维实景图和和二维平面图，视图可控制、旋转查询所需信息，并可在图层管理中自定义选择需要展示的图层要素。

（2）资源储量对比分析

通过该功能可自定义设置不同时期矿山的采场数据，圈定矿山资源储量动用三维实景模型，采用分屏显示模式，进行资源对比分析，并通过系统计算动用储量。

（3）超深越界监测

矿山三维地质模型使矿山企业直观的了解自己的合法开采区域，既能维护自己的合法权利，又预防出现超深越界违法开采行为；既减轻了自然资源监管部门外业监管的工作量，又实现非接触式监管，做到在室内就能掌握矿山开采位置、开采状态、开采方式、占地范围和类型、固体废弃物占用范围等信息，做到精准监管。

（4）生态修复监测

通过矿山三维地质系统，定期更新三维实景模型，可实现对破坏土地、受损植被、粉尘污染、水体污染、荒漠化等矿山生态环境监管，还能监督矿山是否按照土地复垦方案和环境恢复治理方案及时开展工作，对土地复垦及矿山环境治理效果实现动态监测。

（5）坡度坡向分析

坡度和坡向是矿山开采过程中两个重要的地形特征因子。通过坡度坡向图分析功能，可在地形上指定任意一范围，自动获取并通过分层设色策略和绘制指示箭头生成坡度坡向图，可根据颜色和箭头指向直观的查看地形起伏方向和起伏大小，对自然资源主管部门预防矿山地质灾害工作具有重要价值。

矿山三维地质系统是在现有多类型基础数据上，实现矿产资源的三维立体展示，满足自然资源部门相关业务需求，业务应用可实现自然资源部门对矿山的动态监管。

五、总结

结合当前新兴技术手段建立三维地质系统平台，融合多元化数据为矿山企业和政府提供便捷的数据共享模式，开展了三维地质系统在矿山监管中的初步探索，以叠加、动态套合等方式,实现对生产矿山开采资源量的实时化、动态化监管，实现矿山资源储量、矿山生态修复三维可视化、数字化和智能化管理。