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三维实体建模中矿岩尖灭线自动生成系统的研究与实现
2008-11-15
勘探工程的布置是多种多样的,在见矿的勘探工程和未见矿勘探工程之间,必然存在一个矿体尖灭 位置。研究了矿体尖灭构建中的平均尖灭角法、有限推断法和无限外推法算法,并利用.NET语言,结合Object ARX2007完成了矿体尖灭自动生成系统,该系统运行稳定、操作简单、生成的尖灭线合理、直观、易于用来形成实 体模型。
Series No. 389 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总08第年 第38911期 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ Novemberꢀ 2008 METAL MINE 三维实体建模中矿岩尖灭线自动生成 系统的研究与实现 1 1 1, 2 ꢀ 高 振 岭 3 徐 ꢀ 帅 ꢀ 孙 豁 然 ꢀ 穆 太 升 ( 1 东 北 大 学 ; 2 招 金 矿 业 股 份 有 限 公 司 大 尹 格 庄 金 矿 ; 3 山 东 黄 金 集 团 烟 台 设 计 研 究 工 程 有 限 公 司 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 勘 探 工 程 的 布 置 是 多 种 多 样 的 , 在 见 矿 的 勘 探 工 程 和 未 见 矿 勘 探 工 程 之 间 , 必 然 存 在 一 个 矿 体 尖 灭 位 置 。 研 究 了 矿 体 尖 灭 构 建 中 的 平 均 尖 灭 角 法 、 有 限 推 断 法 和 无 限 外 推 法 算 法 , 并 利 用 . NET 语 言 , 结 合 Object ARX 2007 完 成 了 矿 体 尖 灭 自 动 生 成 系 统 , 该 系 统 运 行 稳 定 、 操 作 简 单 、 生 成 的 尖 灭 线 合 理 、 直 观 、 易 于 用 来 形 成 实 体 模 型 。 关 键 词 ꢀ 尖 灭 线 构 建 系 统 ꢀ 有 限 推 断 法 ꢀ 无 限 推 断 法 ꢀ 平 均 尖 灭 角 Research and Realization of the Pinchout Line Auto Creation System in the Construction of 3D Solid Model 1 1 1, 2 3 Xu Shuai ꢀ Sun Huoran ꢀ Mu Taisheng ꢀ Gao Zhenling ( 1. No3rtheastern University; 2. Dayingezhuang Gold Mine of Zhaojin Gold Mining Co. , Ltd; . Yantai Design & Research Engineering Co. , L td. , Shandogng Gold Group) Abstractꢀ Though the layouts of exploration engineering are variable, there must be a site where an orebody vanishes between the exploration engineering that finds the ore and that which finds no ore. The algorithms of average pinchout an gle, finite distance extrapolation and infinite distance are studied and used in constructing orebody pinchout lines. The ore body pinchout auto creation system is realized by using NET language and Object ARX 2007. The system runs stably and is easy to operate. It can produce reasonable and visualized pinchout lines, facilitating the formation of solid model. Keywordsꢀ Pinchout line constructing system, Finite distance extrapolation, Infinite distance extrapolation, Average pinchout angle 1 ꢀ 矿 岩 尖 灭 线 构 建 方 法 简 介 在 利 用 勘 探 线 断 面 图 纸 构 建 三 维 地 质 实 体 模 型 的 时 候 , 我 们 采 用 顺 次 连 接 勘 探 线 断 面 图 , 放 样 生 成 实 体 的 方 法 。 勘 探 线 断 面 表 示 的 是 勘 探 线 位 置 处 矿 体 的 赋 存 状 况 , 二 维 平 面 上 勘 探 线 断 面 如 图 1 所 示 。 2 、 3 均 为 见 矿 钻 孔 , 1、 4 为 未 见 矿 钻 孔 , 地 质 体 在 该 勘 探 线 上 应 该 为 一 闭 合 曲 线 , 则 在 1、 2 两 个 钻 孔 间 必 然 有 一 个 最 远 的 尖 灭 点 E。 同 理 3、 4 钻 孔 之 间 依 然 如 此 。 在 三 维 地 质 实 体 两 端 , 往 往 没 有 地 质 断 面 图 来 描 述 其 矿 体 消 失 的 位 置 , 在 地 质 体 所 存 在 的 三 维 空 间 必 然 存 在 一 个 推 断 的 矿 体 尖 灭 线 。 其 示 意 图 如 图 2 所 示 。 在 三 维 地 质 实 体 建 模 中 研 究 利 用 有 限 推 断 法 、 平 均 尖 灭 角 法 和 无 限 推 断 法 3 种 方 法 来 构 建 矿 岩 的 尖 灭 线 。 图 1ꢀ 二 维 勘 探 线 尖 灭 示 意 2ꢀ 矿 岩 尖 灭 线 生 成 原 理 及 算 法 分 析 2. 1ꢀ 平 均 尖 灭 角 法 原 理 及 算 法 分 析 如 图 2 所 示 , 见 矿 勘 探 线 A 和 不 见 矿 勘 探 线 B, 根 据 矿 体 连 续 性 概 念 , AB 之 间 必 然 存 在 矿 体 的 尖 灭 位 置 以 及 最 远 尖 灭 点 。 一 般 来 说 , 地 质 体 厚 度 越 大 , 徐 ꢀ 帅 ( 1981— ) , 男 , 东 北 大 学 采 矿 工 程 研 究 所 资 源 信 息 与 决 策 支 持 中 心 , 博 士 研 究 生 , 110004 东 北 大 学 265 信 箱 。 · 93· 总 第 389 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 11 期 ( x - x0 ) 2 ( y - 2y0 ) 2 = ( z -2z0 ) 2 = = 2 m n p ( x - x0 ) 2 + ( y - y0 ) 2 2+ ( z - z0 ) 2 , ( 4) 2 2 m + n + p 式 ( x - x0 ) 2 + ( y - y ) + ( z - z0 ) 2 为 PC 的 长 度 。 2 0 在 三 角 形 APC 中 设 PC 的 长 度 为 t , 则 m / 2 2 t = tan( α/ 2) , ( 5) 图 2ꢀ 三 维 空 间 勘 探 线 尖 灭 示 意 m + n + p2 为 法 向 量 n 的 长 度 , 2 2 其 尖 灭 位 置 应 该 越 远 , 厚 度 越 小 , 尖 灭 越 近 。 过 去 曾 提 出 一 律 以 勘 探 线 距 离 的 1 / 2 作 为 尖 灭 位 置 , 显 然 不 合 理 。 故 一 般 按 照 如 下 公 式 计 算 , 假 设 尖 灭 位 置 2 2 2 珔 即 ꢀ ꢀ m + n + p = | n | , 故 很 容 易 得 出 ( x - x0 ) 2 ( y - 2y0 ) 2 = ( z -2z0 ) 2 = = [ 1] 2 在 两 个 勘 探 线 之 间 即 r/ 2 位 置 处 , 其 尖 灭 角 为 m n p ( x - x0 ) 2 + ( y - y ) 2 2+ ( z - z0 ) 2 珚 m 珚 m 2 2 0 t  = arctan( 或 者  = arctan 珚 ) , ( 1) ) ( = 2 , r r 2 2 珔 | n | m + n + p 式 中 ,  为 平 均 尖 灭 角 ; m 为 边 缘 上 所 有 工 程 的 矿 层 厚 度 的 平 均 值 ; r 为 勘 探 工 程 的 平 均 距 离 。 ( 6) 最 终 推 出 珚 根 据 以 上 分 析 可 知 , 只 要 知 道 矿 体 平 均 厚 度 m 和 勘 探 线 间 距 离 r, 就 可 以 根 据 公 式 求 出 尖 灭 点 。 由 此 , 设 计 了 如 下 算 法 , 对 于 勘 探 线 断 面 图 上 的 矿 岩 界 限 如 图 3 所 示 , 见 矿 勘 探 线 断 面 图 A 上 各 个 钻 孔 的 mt x = x0 + y = y0 + z = z0 + , , ( 7) ( 8) ( 9) 珔 | | n | nt 珔 n | pt  见 矿 厚 度 为 m , m , … , m , 则 矿 体 的 平 均 厚 度 为 1 2 n 珔 | n | i = n 其 算 法 实 现 流 程 如 图 4 所 示 。 ∑ mi m1 + m2 + …n + mn-1 + mn i = 1 n m珚 = =  ( 2) 图 3ꢀ 尖 灭 构 建 原 理 示 意 在 图 3 中 找 到 矿 岩 闭 合 轮 廓 线 的 最 长 轴 按 照 步 长 d 进 行 等 分 , 分 别 求 得 等 分 线 与 矿 岩 界 限 的 交 点 , 如 图 中 位 置 AB 所 示 , 同 时 , 计 算 线 段 AB 的 中 点 C( x , y , z ) , 根 据 平 均 尖 灭 角 公 式 计 算 出 平 均 尖 灭 0 0 0 角 , 在 下 图 所 示 的 三 角 形 ACP 中 , 点 P 为 待 求 得 的 断 面 AB 处 的 尖 灭 点 。 由 于 进 行 尖 灭 的 时 候 , 我 们 是 沿 着 勘 探 线 断 面 图 的 法 线 ( m, n, p) 进 行 尖 灭 。 故 直 线 PC 的 表 达 式 可 以 用 公 式 ( 3) 来 计 算 图 4ꢀ 平 均 尖 灭 角 法 构 建 尖 灭 线 流 程 [ 1] x - x m y - y n z - z p 0 0 0 , 2. 2ꢀ 有 限 推 断 法 计 算 原 理 = = ( 3) 如 果 在 勘 探 线 地 质 剖 面 图 上 的 相 邻 两 个 工 程 中 · 94· ꢀ ꢀ ꢀ 徐 ꢀ 帅 等 : 三 维 实 体 建 模 中 矿 岩 尖 灭 线 自 动 生 成 系 统 的 研 究 与 实 现 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 11 期 一 个 合 乎 工 业 要 求 , 另 一 个 未 见 矿 , 这 两 个 工 程 间 矿 体 厚 度 和 有 用 组 分 的 两 点 边 界 线 可 以 用 有 限 推 断 法 来 确 定 。 矿 体 是 在 无 矿 边 界 工 程 和 有 矿 边 缘 工 程 间 指 定 距 离 来 确 定 的 。 这 个 指 定 的 距 离 由 用 户 来 确 定 , 通 常 的 方 法 为 勘 探 线 距 离 乘 以 一 个 分 数 来 确 定 。 通 常 有 1 / 4, 1 / 3, 1 / 2, … 。 计 算 示 意 如 图 5 所 示 。 该 方 法 的 算 法 描 述 与 平 均 尖 灭 角 算 法 一 致 , 只 是 计 算 尖 灭 点 的 公 式 不 同 , 仍 然 需 要 对 矿 岩 轮 廓 线 进 行 剖 分 处 理 2] 。 其 实 现 过 程 类 似 于 与 平 均 尖 灭 角 法 。 [ 图 7ꢀ 无 限 推 断 法 构 建 尖 灭 线 流 程 台 下 二 次 开 发 而 推 出 的 一 个 软 件 开 发 包 . 性 能 上 讲 Object ARX 是 所 有 开 发 工 具 中 功 能 最 强 大 的 一 种 开 发 工 具 。 ARX 可 以 监 控 和 处 理 AutoCAD 的 各 种 事 件 , 可 以 定 义 数 据 库 的 对 象 , 可 以 实 时 地 扩 展 Au toCAD 的 功 能 。 其 最 大 特 点 是 面 向 对 象 技 术 的 广 泛 应 用 , ARX 继 承 了 标 准 C + + 面 向 对 象 的 特 性 , 可 以 同 标 准 C + + 一 样 自 定 义 或 者 派 生 得 到 新 类 , 这 些 新 类 和 程 序 源 代 码 可 以 为 其 它 程 序 共 享 , 从 而 充 分 利 用 面 向 对 象 编 程 的 优 点 。 对 于 用 户 而 言 , 具 有 了 更 大 的 开 发 空 间 和 灵 活 性 。 图 5ꢀ 有 限 推 断 法 构 建 示 意 2 . 3ꢀ 无 限 外 推 法 如 果 在 勘 探 区 域 最 边 缘 工 程 中 见 到 矿 体 , 而 在 此 工 程 之 外 并 无 钻 探 工 程 控 制 , 在 这 种 情 况 下 , 可 以 在 有 矿 工 程 之 外 圈 定 矿 体 的 最 外 边 界 , 称 之 为 “ 外 推 ” 。 外 推 常 用 的 一 种 方 法 为 尖 灭 角 直 线 外 推 法 。 如 图 6 所 示 , A、 B 2 个 钻 孔 , 它 们 的 见 矿 厚 度 为 M, 钻 孔 的 间 距 为 r, 那 么 , 由 平 面 几 何 定 理 可 得 出 尖 灭 rm [ 3] 3 . 2ꢀ Visual C + + . NET 点 至 钻 孔 B 的 距 离 为 x′ = 。 M - m Visual C + + 是 Windows 编 程 的 主 要 工 具 , 与 Windows 的 紧 密 结 合 使 它 在 软 件 底 层 开 发 上 占 有 非 常 大 的 优 势 。 Visual C + + . NET 为 开 发 者 提 供 了 用 图 形 工 具 来 创 建 应 用 程 序 工 具 。 . NET 平 台 所 极 力 推 广 的 C + + 托 管 扩 展 ( MC + + ) 可 以 增 强 Visual C + + 的 能 力 。 Visual C + + . NET 的 开 发 程 序 可 以 和 Visual studio . NET 下 的 其 他 开 发 语 言 完 成 的 程 序 可 以 直 接 通 讯 。 . NET 下 的 自 动 垃 圾 回 收 机 制 , 可 以 很 好 地 避 免 内 存 泄 露 。 图 6ꢀ 无 限 推 断 法 示 意 该 算 法 实 现 方 式 与 前 两 种 类 似 , 都 需 要 进 行 矿 岩 界 限 分 割 , 并 且 边 界 外 推 法 需 要 对 两 条 相 邻 轮 廓 线 进 行 分 割 , 对 应 的 分 割 点 A, B 和 A′, B′ 构 成 线 段 AB。 轮 廓 线 从 轮 廓 一 到 轮 廓 二 是 逐 渐 减 小 的 趋 势 , 所 以 需 要 检 查 对 应 关 系 , 保 证 AB > A′B′, 从 而 构 成 三 角 形 , 进 行 计 算 找 到 尖 灭 点 。 其 计 算 公 式 推 导 过 程 , 类 似 于 前 面 。 尖 灭 外 推 法 的 流 程 如 图 7 所 示 。 3. 3ꢀ 系 统 实 现 的 及 应 用 如 图 8 所 示 , 用 户 输 入 勘 探 线 距 离 , 选 择 一 种 尖 灭 算 法 , 则 可 以 构 建 出 如 图 所 示 的 尖 灭 线 , 利 用 勘 探 线 断 面 图 及 生 成 的 尖 灭 线 ( 图 9) , 构 建 矿 体 如 图 10 所 示 。 4ꢀ 结 ꢀ 论 3 ꢀ 尖 灭 线 生 成 系 统 的 实 现 与 应 用 . 1ꢀ object ARX 通 过 对 矿 岩 界 线 尖 灭 的 平 均 尖 灭 角 法 、 有 限 推 断 法 和 无 限 外 推 法 3 种 构 建 算 法 的 分 析 , 利 用 Ob ject ARX 结 合 VC + + . NET 完 成 了 尖 灭 线 自 动 生 成 3 Object ARX 是 AutoDesk 公 司 针 对 AutoCAD 平 · 95· 总 第 389 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 11 期 图 10ꢀ 尖 灭 线 和 勘 探 线 形 成 的 三 维 实 体 因 素 , 同 时 也 简 化 了 设 计 绘 图 工 作 量 。 系 统 操 作 简 图 8ꢀ 尖 灭 线 生 成 界 面 单 , 运 行 稳 定 , 易 于 使 用 , 生 成 的 尖 灭 线 合 理 、 直 观 、 易 于 用 来 形 成 实 体 模 型 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ [ 1] ꢀ 朱 晓 岚 , 何 新 义 , 陈 于 恒  矿 体 几 何 学 [ M]  徐 州 : 中 国 矿 业 学 院 出 版 社 , 1987. 3] ꢀ Harvey M. Deitel Paul j. Ditel Visual C + + . NET 高 级 编 程 [ M]  郭 ꢀ 凯 , 蔡 ꢀ 飞 译  北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 2004. 图 9ꢀ 尖 灭 线 构 建 结 果 模 块 , 该 模 块 根 据 用 户 交 互 输 入 的 参 数 信 息 , 自 动 生 3] ꢀ David J. Kruglinski Scot Wingo George Shepherd Visual C + + 6 . 0技 术 内 幕 [ M]  希 望 图 书 创 作 室 译  北 京 : 希 望 电 子 出 版 成 矿 岩 的 尖 灭 线 , 既 考 虑 到 了 作 为 设 计 主 体 的 人 的 社 , 2002. ( 收 稿 日 期 ꢀ 20080915) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ( 上 接 第 32 页 ) ꢀ ꢀ 通 过 计 算 结 果 判 断 , 可 靠 度 满 足 要 求 。 4 ꢀ 结 ꢀ 论 在 爆 破 网 路 设 计 过 程 中 , 应 用 点 燃 阵 面 作 为 重 要 的 参 照 依 据 , 可 减 少 爆 破 网 络 内 个 因 素 之 间 的 矛 盾 , 从 而 降 低 或 避 免 爆 破 网 路 的 拒 爆 几 率 。 从 而 让 我 们 可 根 据 现 场 的 不 同 的 需 要 , 有 了 更 多 采 取 可 供 选 择 的 起 爆 方 案 , 改 善 爆 破 效 果 。 另 外 在 大 区 微 差 爆 破 起 爆 网 络 设 计 时 , 要 考 虑 到 毫 秒 延 时 雷 管 的 误 差 、 起 爆 网 络 可 靠 度 的 检 验 , 通 过 计 算 调 整 设 计 减 少 不 利 因 素 的 影 响 , 有 效 、 安 全 的 实 现 大 规 模 爆 破 。 图 4ꢀ 网 络 连 接 [ 1 - ( 1 - R) m ]( i+j) , P = ij 式 中 , Pij 为 第 i 排 结 点 第 j 个 孔 间 结 合 点 的 可 靠 度 ; R 为 单 发 雷 管 可 靠 度 ; m 为 结 点 雷 管 并 联 数 ; i 为 排 间 结 点 顺 序 号 ; j 为 结 合 点 所 在 排 的 孔 间 顺 序 号 。 在 非 电 接 力 起 爆 网 络 中 , 每 一 个 结 点 的 传 播 可 靠 度 上 不 同 的 , 并 随 着 结 点 数 的 增 加 , 传 爆 可 靠 度 随 之 降 低 。 因 此 , 排 间 与 孔 间 结 点 数 之 间 和 最 多 的 支 网 络 的 传 爆 可 靠 度 , 即 为 整 个 网 络 传 爆 可 靠 度 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ [ 1] ꢀ 齐 金 铎  现 代 爆 破 理 论 [ M]  北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1996 2] ꢀ 李 翼 琪  爆 炸 力 学 [ M]  北 京 : 科 学 出 版 社 , 1992 3] ꢀ 《 采 矿 手 册 》 编 委 会  采 矿 手 册 [ M]  北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1 991 [ [ 4] ꢀ 《 采 矿 设 计 手 册 》 编 委 会  采 矿 设 计 手 册 [ M]  北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 , 1987 P = [ 1 - ( 1 - R) m ]max( i+j) , 5] ꢀ 中 国 力 学 学 会 工 程 爆 破 专 业 委 员 会  爆 破 工 程 [ M]  北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1992 式 中 , max( i + j) 为 网 络 中 排 间 、 孔 间 结 点 数 之 和 的 最 大 值 。 [ [ 6] ꢀ 何 广 沂  工 程 爆 破 新 技 术 [ M]  北 京 : 中 国 铁 道 出 版 社 , 2000 7] ꢀ 姜 彦 忠  爆 破 技 术 基 础 [ M]  北 京 : 中 国 铁 道 出 版 社 , 1999 计 算 实 例 : 取 排 间 最 大 节 点 数 18, 孔 间 最 大 节 点 数 11, 节 点 雷 管 并 联 数 m 是 2, 单 发 雷 管 的 可 靠 度 R 为 99. 999 99% ( 根 据 Orica 公 司 非 电 雷 管 性 能 数 据 ) 。 代 入 上 面 公 式 计 算 得 [ 8] ꢀ 孟 吉 复 , 惠 鸿 斌  爆 破 测 试 技 术 [ M]  北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 1 992 [ 9] ꢀ 赵 改 昌  起 爆 网 络 设 计 中 的 一 个 重 要 概 念 ──点 燃 阵 面 [ R]  威 海 : 澳 瑞 凯 , 2003 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20080914) 1 - ( 1 - 0.999 999 9) 2 ]29 = 99.999 999 999 71% P = [ · 96·
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