数字矿山插值方法分析

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1、中国矿业大学（北京）硕士学位论文1.2.3.三维GIS随着GIS应用的深入，人们越来越多地要求从真三维空间来处理问题，自20世纪80年代以来，3DGIS研究得到极大的发展。在应用要求较为强烈的部门如采矿、地质、石油等领域已率先发展专用的具有部分功能的三维GIS，如加拿大LYNXGeosystems公司的LYNX软件，但由于它们一般是针对自己的领域开发的，没有从理论上加以系统完整的研究，没有面向通用平台进行设计，因此具有较强的局限性。这是由当时的应用要求、数据获取手段及相关的计算机技术发展条件决定的。由于二维GIS数据模型与数据结构理论和技

2、术的成熟，图形学理论、数据库理论技术及其它相关计算机技术的进一步发展，加上应用需求的强烈推[19]动，三维GIS的大力研究和加速发展现已成为可能。目前国际国内还没有一个成熟完整的三维GIS系统，与三维GIS相关的系统大多集中在三维可视化方面，如EVS，Vis5D，Voxel，医学可视化及各种CAD软件等，也有一些三维系统部分实现三维GIS的功能，比较有名的软件有:LYNX，IVM（InteractiveVolumeModeling），GOCAD，I/EMS，SGM等。在地质体三维可视化基础理论研究方面，国内外学者已经完成了大量的基础性研究

3、，随着计算机性价比的提高和三维可视化技术的完善，国内外地质矿业界开始在生产领域采用三[20]维可视化技术，以便提高企业的效益。[21，22]Bak(1989)、Smith(1989)提出了地学信息的三维表示方法，Raper(1989)提出了[23][24]一些地学三维模型，Fritsch(1990)阐述了三维GIS数据结构，而在SimonWHoulding[25，26]阐述的地质三维GIS的系统理论中，他详细地阐述了实现地下三维可视化技术的一些基本方法，包括空间数据库的建立、三角网生成方法、三角网面模型构建方法、地质体边界的圈定和连接、储

4、量计算方法、采矿设计等诸多方面，基本上囊括了当前地下三维可视化技术的核心理论。我国也有不少学者在进行三维可视化技术研究，但成熟技术多集中在地形三[27～29]维可视化方面，如李德仁、徐青、朱庆等进行的研究工作;而中国矿业大学吴立新、武汉地质大学吴冲龙、北京科技大学侯景儒、北京大学遥感所刘燕君、毛善君等进行了地下三[30～34]维可视化技术的框架研究;并且有部分学者在地下三维可视建模及三维设计造型等具体技术方面做了大量的研究开发，如曹代勇、王峰等利用openGL研究三维地质模型可视化[43][47]，芮小平、余志伟等(2001)提出构建三维

5、GIS的思路，李青元等(2000)讨论了单一体[36]划分下的三维GIS矢量结构概念模型和拓扑关系，夏炎(1997)提出三维空间数据结构—[35]多面体编码方案。国内的专家侧重于三维数据模型和数据结构的研究。由图1-1可以看出三维地学模型库与地学模拟是数字矿山中的核心部分，因此数字矿山中3DGIS占据了核心地位，3DGIS技术的发展对数字矿山来说有非同寻常的意义。目前，面向地质矿山领域的3DGIS研究方面大量集中在概念模型、数据模型和可视化表达等方面。宋振骐院士在数字矿山青年科学家论坛上指出：“数字矿山是用2D或3D数字信息系统及图[36

6、]示化技术来表达所采矿体及其周围事物相对时空位置和关系”。普遍认为，数字矿山的实施过程中，需要构建统一的3DGIS综合信息平台，实现矿山多源数据可视化集成，真正实现矿山地下信息共享和互操作，为采矿勘探和生产提供决策支持。有学者将数据获取技术、3中国矿业大学（北京）硕士学位论文数据管理和共享、空间分析和分布式网络可视化四项关键技术与三维数据建模一并纳入[37]3DGIS技术框架体系。三维数据建模不仅是数字矿山中的核心功能，它也是其他功能模块的基础，因此，三维数据建模是数字矿山建设中的重中之重。3DGIS在资源、环境、地质、矿山等众多的领域有

7、着广泛的应用前景，而三维数据模型是3DGIS研究中的一个核心问题，这使得三维模型构建的方法成为目前3DGIS等领域研[38~51]究的热点问题，许多专家学者在此领域做了大量有益的探索。空间插值方法又是三维模型构建中核心问题，因此矿山插值方法的选择与应用将影响到整个“数字矿山”的“优劣”，这也是本论文将要研究的主要内容。1.2.4.空间插值概述在GIS的地理空间信息采集过程中，我们对某种地理空间现象或特征进行地理空间测量，都是基于一种离散的样本测量，利用这些有限的采样点数据，而对研究区域内其他未知区域的特征数据进行地理空间信息的推理和估计，

8、从而构建一个连续的地理特征表面分布，我们把这种地理空间推理计算和估计的方法称为地理空间插值。一般来说，进行矿山数据建模中，已知的数据是有限的，必须经过插值才能获得未知数据，满足矿山空间数据建模