三维数字矿山建模技术示范

以国内外现有成熟地质体三维建模软件为平台，结合3S技术、数学地质、虚拟现实技术，建立各种三维地质模型、工程模型，并形成结合多种技术的三维地质体建模方法体系和矿山多类型数据的综合分析流程，形成数字矿山可视化-数据管理一体化三维建模技术示范研究，为我国找矿勘探工作提供一套便于推广的数字矿山三维建模技术方法体系。三维数字矿山建模在云南个旧和四川拉拉铜矿进行了示范。

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云南个旧数字矿山建设情况将结合建设的整个技术流程，包括基础数据的收集和预处理、各种实体模型的建立、集成与系统功能研发等方面。

(一)数据收集与预处理

数字矿山仿真系统的构建以整个矿山为对象，具有范围大、数据量大等特点。在确定了研究区的区域范围、地理位置、仿真类型、效果要求以及实现平台的基础上，收集了研究区矿山相关的地上、地下、地理、地质等的数据资料，并对基础图件和数据进行了矢量化、空间校正等预处理，为基于GIS及三维建模软件分别建立矿山地上地下真三维实体模型奠定基础。

收集了个旧东区30m分辨率的DEM数据和0.5m分辨率的WorldView2遥感影像，并进行了投影转换、校正、融合等处理。针对地质体建模全面系统的收集了个旧高松矿田的矿区构造地质图(局部中段地质图)、工程分布图、坑道平面图、地质勘探线剖面图、钻探原始地质编录资料、坑探原始地质编录资料及样品化验资料等。通过数码相机采集真实的图片素材作为纹理数据，并利用图像处理软件进行校正、匹配，转换等处理。利用激光高度计获取地表建筑长宽高尺寸数据。

(二)三维实体建模

本系统在对各种建模算法适用于不同实体的建模进行研究分析的基础上，针对地形地貌、地质体、井巷工程、二维资料以及地物景观等进行了相关建模方法的研究。

1.地形建模

地形实体模型可以真实地反映地表地形地貌的情况，本研究利用数字高程数据(DEM)和遥感影像数据，基于Grid形式表达，对地表进行了建模，很好地反映出了矿区的总体地表情况(图4-27)。

图4-27 个旧东区三维地形模型图

2.地质体建模

三维地质建模包括地层实体模型、构造实体模型、已知矿体实体模型和岩体实体模型等。地层实体模型可以直观地显示研究区内的区域成矿地质背景，清楚的表达矿区地层与矿体的空间位置关系及矿体主要的集中层位；通过构造实体模型可以清楚地掌握断层与矿体的位置关系及断层对矿体开采的影响，直观地显示和更好地揭示出区域不同类型的断裂的形态趋势和属性特征，对于把握整个研究区的构造格局具有重要作用；构建矿体模型能准确掌握矿体的几何空间形态与位置，且为品位估值奠定基础；岩体一般被认为是在成矿期为成矿作用提供成矿物质、成矿热液和热源的证据，建立岩体实体模型对于矿体位置有较大的指示作用。图4-28为地质体建模的技术流程图。

根据收集的工作区的地质图、中段平面图、工程部署图、实测勘探线剖面、大中比例尺地质平面图以及图切剖面图等，进行三维空间校正后，提取出地层、矿体、岩体、断层等地质体的轮廓线，并对各勘探线剖面进行连接、平滑，最终基于轮廓线重构面技术形成三维实体模型。对于岩体实体模型一般可以通过钻孔的岩性资料进行推断，或者根据岩体等深线资料插值生成。本书研究区范围内地表无岩浆岩出露，但在深部有隐伏花岗岩体分布，岩体模型主要根据收集到的岩体等深线插值生成岩体实体模型。为使三维数字模型能够更加明显地展示出该区各地质体的特点，在Z轴方向上对模型进行了适当的拉伸，这样的处理对研究区实体模型展示及预测分析工作十分有利。

图4-28 地质体建模的技术流程图

3.井巷工程建模

坑道实体模型的建立有助于地质工作者一目了然地看出矿区内坑道工程的实际部署，并且在三维空间工程里可以与其他三维实体模型相叠加，可以更好地了解矿区内矿体的勘探情况和其他的地质条件，为下一步工程勘探部署建议提供重要参考资料。

本书研究主要采用顶板中心线加巷道断面法建立巷道模型，从实测中段平面图提取巷道，进行格式转换，投影、配准、数字化等操作，作为巷道建模的中心线。为实现快速模型构建，我们对巷道分三级处理，将巷道适当的抽象为不同的对象实体。对巷道内部以及采矿和运矿系统进行了建模方法研究，为地下可以进入巷道以及对采矿运矿等知识的科普提供三维模型。

4.二维、三维一体化

与矿山研究与管理相关的其他资料包括地质图、物探和化探异常信息以及行政区划图、资源规划图等，包含大量的有用信息，但多以二维平面图件表达，因此，在建立的三维空间模型中有效的集成这些传统的二维的地、物、化、遥信息是很有必要的。本书探究了将长期积累的生产、管理、科研(地、矿、物、化、遥)的二维资料与三维模型有机融合的方法，实现二维信息三维模型一体化集成与表达，为综合研究提供一个有机的辅助平台。如基于准确地理坐标，以地质图叠加DEM高程数据，建立了矿区的地质地形模型，以物探图件、化探图件，叠加DEM高程数据，基于Grid表达，建立矿区的物化探图件模型。以勘探线剖面、化探剖面、化探剖面，基于三维空间关系恢复的三维校正与立剖面，建立了勘探线剖面与中断平面关系模型、物探剖面模型和化探剖面模型等。

其他二维地学数据如钻探原始地质编录资料、坑探原始地质编录资料及样品化验资料等表数据可以以数据库的方式实现一体化集成。对于相机采集的真实图片素材、激光高度计获取建筑物的高度数据、钻探原始地质编录资料以及相关的图片、视频、动画等结构化与非结构化数据选择相应的存储与建模方式，为实现最终的一体化集成做准备。

5.地物建模

地表建筑物的建模主要采用多边形建模方法，根据遥感数据或建筑底图，建立相应的楼体拉伸多边形，再采用处理好的图片做成纹理贴图。进行建模时要平衡速度和质量的关系，尽量将模型简化，可以采用贴图技术表现模型上的细节。对于主要建筑进行了楼内布局和设备的建模方法研究，实现了地上进楼。

(三)系统的集成与功能研发

通过上述步骤完成的各类实体模型是相对独立的，尚未实现真正意义上的联系，需在此基础上，进行模型的集成与信息系统的开发。系统集成主要是根据用户的需要设计友好的操作界面、预先设计导览路径、创建交互操作功能等。

1.系统结构

三维数字矿山系统结构(图4-29)。系统主要通过虚拟现实软件VRP实现系统的集成和开发，切制剖面等部分功能在Visual Studio2008环境下用C++语言结合DirectX图形库开发实现。三维矿山系统实现系统导览、集成管理、信息查询、综合分析及切制剖面等功能，图形用户界面友好。

图4-29 数字矿山系统结构图

2.界面设计

在保证基本的软件功能实现的同时，系统为用户提供简洁、大方、美观、友好的程序界面，通过各命令按钮方便用户的控制操作，系统界面设计如图4-30所示，主要通过对话框组织各类功能命令。

图4-30 系统界面、菜单、控制面板设计图

3.功能设计

三维数字矿山系统的功能(图4-31)，主要包括系统导览、集成管理、信息查询、综合分析和切制地质剖面等5个模块。

图4-31 数字矿山系统功能图

(1)系统导览：系统导览功能主要包括对地表地形及对地下地质体模型的浏览。系统通过创建相机和设计路径，可以浏览矿山虚拟场景，实现对地上地表地形的浏览以及地下地质体的动态固定路径浏览以及任意交互漫游浏览。

(2)集成管理：地学研究根据研究对象和特点分为不同的学科，从而使各个领域具体且深入，同时，地学研究需要各个学科的成果交融，从不同角度综合反映，提高整体认识水平。然而，随着研究的深入和高新技术的发展，不同学科成果内容和形式各异、数据格式类型不兼容，导致地学数据孤立分散等问题越来越突出，不利于地学的综合研究发展。对此，研究实现了传统的二维数据资料与建立的三维实体模型的集成管理、同步显示和操作，为矿产资源预测研究提供一个基础平台。

如图4-32为系统数据集成管理界面，通过下拉列表的形式对各二维资料和三维模型进行集成与组织管理。另外，系统设计的“分区式”数字矿山建设集成组合方案，可以按照矿区(矿段)与矿山(矿田)分片、分期进行数字矿山建设，便于矿山生产与管理，将不同区域范围的矿区(矿段)与矿山(矿田)，不同阶段形成的研究成果一体化集成，为矿区的生产、管理提供服务。

图4-32 系统数据集成管理界面图

(3)信息查询：数据信息查询是数字化矿山系统的重要组成部分，需要对已有收集到的研究区的地层岩性信息等数据建立地质基础属性数据库，并加入了矿区实拍照片图件，实现了地层信息属性查询及实拍照片的热链接功能。系统通过使用ADO数据库接口，使三维虚拟场景的对象与地质属性数据库建立联系，实现了属性信息的查询。个旧高松数字矿山系统主要实现了地层信息查询和实拍图片信息查询。如图4-33为地层信息查询界面，在场景中右键地层实体模型可以查询该地层的属性信息，如地层描述等。系统还实现了坐标信息的查询功能，点击模型可获取模型的坐标位置信息。

(4)综合分析：对个旧高松数字矿山系统的建设实现了叠加分析与综合信息分析功能，主要包括二维数据与三维模型的叠加分析、多模型组合叠加分析。

在二维、三维一体化叠加分析方面，本书将个旧高松矿区长期积累的生产、管理、科研(地、矿、物、化、遥)的二维资料与三维模型有机地结合起来的方法，实现二维资料、三维模型一体化集成与表达与叠加分析，为个旧高松矿区的综合研究提供一个有机的辅助平台。解决了矿区长期积累的不同资料、不同数据、图件、图像以及不同文件类型资料的集成显示、对比及以往这些二维、三维资料分别运行不同软件系统显示调用，很难配准进行综合分析的难题(图4-34)。

图4-33 地层信息查询界面图

图4-34 综合分析界面图

(5)切制剖面：前面提到将二维的地、矿、物、化、遥资料叠加到三维模型上以及由二维剖面图生成三维模型，是由二维到三维，实现了个旧高松矿区二维资料和三维模型的统一管理。而切制剖面功能实现了由三维模型获取二维信息的功能，实现由三维到二维的切剖面功能，对已有的三维模型进行任意剖切，获取任意方向的地质剖面图，给地质工作者提供任意方向的剖面信息，辅助找矿和地质勘查研究，以及模型准确度评价。

对个旧高松数字矿山的切制剖面功能主要包括垂直切剖面、等间距平行切剖面、按坐标切剖面3种不同方式切剖面方法。其中等间距平行切制剖面是根据勘探线剖面的需求设计开发的，可以同时生成间距一定距离的一定数量的平行剖面。按坐标切制剖面法可以通过输入剖面起点和终点的XY坐标进行切剖面。利用系统的切剖面功能，可以进行矿区三维地质实体的任意剖切和等间距平行剖切，如图4-31和图4-32为对个旧高松地层模型进行垂直切剖面，图4-35为切剖面模式设置界面图，图4-36为在模型上拉出的一条勘探线剖面，对切制的剖面图片可进行数字化处理，按照不同的地质体类型、单元边界分别形成不同的文件图层，相同节点通过捕捉功能保证各模型单元边界重叠无缝。数字化后的剖面可转换为不同格式，服务于下一步的分析与应用，如进行成矿过程的数值模拟等的应用研究。

图4-35 切剖面模式设置界面图

图4-36 三维模型拉剖面设置图

(6)系统打包发布：对个旧高松数字矿山的建设集成完整之后，为了可以做到无须安装任意移植，我们对矿山系统进行打包发布，生成可独立执行的exe文件。同时可以输出为可网络发布的形式，客户只需要事先下载安装一个1M左右的插件，即可在线下载个旧高松的矿山场景或在线互动漫游。在打包生成exe文件之前，可以根据个旧高松的生产情况、保密情况或是针对不同客户不同需求等方面决定仿真系统的内容、功能，以及工区范围等，进行不同版本系统的打包发布。

(7)开采复原分析：该功能主要是恢复了开采前的矿山形态，并对采空的地层、矿体、岩体可以进行单独查看。如图4-37为开采复原分析界面及复原后的地层显示。

图4-37 开采复原分析界面及复原后的地层显示图

GIS系统是指什么？

GIS系统即地理信息系统（GIS ，geographic information system）。

GIS系统是将计算机硬件、软件、地理数据以及系统管理人员组织而成的对任一形式的地理信息进行高效获取、存储、更新、操作、分析及显示的集成。

扩展资料：

GIS系统应用：

一、环境监测

1、1987年联合国开始实施一项环境计划（UNEP），其中包括建立一个庞大的全球环境变化监测系统（GEMS）。

2、全球森林监测和森林生态变化有关项目(1990年对亚马逊地区原始森林的砍伐状况进行了调绘、1991年编制了全球热带雨林分布图）。　

3、海岸线及海岸带资源与环境动态变化的监测。

4．全球性大气环流形势和海况预报等。

二、资源调查

1、在资源调查中，提供区域多条件下的资源统计和数据快速再现，为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。 　

2、可应用于不同层次和不同领域的资源调查与管理（例农业资源、林业资源、渔业资源）。

三、监测预测

1．借助于遥感（RS）和航测等数据，利用GIS对森林火灾、洪水灾情、环境污染等进行监视，例如，1998年长江流域发生特大洪水灾害期间，制作洪水淹没动态变化趋势影像图，为管理部门提供了有效的决策依据。

2、利用数字统计方法，通过定量分析进行预测。如加拿大金矿带的调查，分析不宜再行开采的存在储量危机的矿山，优选出新的开采矿区，并作出了综合预测图。

参考资料：百度百科-GIS系统

三维可视化技术在四川盆地油气勘探信息管理中的应用研究

唐先明1，2　曲寿利1　雷新华2

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国地质大学（北京），北京100083）

摘要 在分析目前石油领域三维可视化技术应用局限性的基础上，给出了全球三维可视化系统构建流程和数据组织管理模式。以ArcSDE作为空间数据引擎，利用Oracle 10g建立四川盆地油气勘探海量空间数据库，基于三维可视化软件平台Skyline TerraSuite，利用功能强大的三维可视化开发平台TerraDeveloper，设计、开发基于全球三维模型的油气勘探信息集成管理平台。通过集成基础地理数据库、区域地质数据库、地面工程数据库、遥感影像库、地层数据库、断层数据和测井数据，该系统不仅提供了强大的油气勘探基础数据管理、三维地形建模以及模型的可视化功能，还为专业技术人员提供了一个可视化的分析、设计平台。

关键词 四川盆地 三维可视化 三维地理信息系统 油气勘探 全球导航

Application and Research of 3D Visualization Technique to Petroleum Exploration Information Management in Sichuan Basin

TANG Xian-ming1，2，QU Shou-li1，LEI Xin-hua2

（1.Exploration ＆ Production Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing100083；2.China University of Geosciences，Beijing100083）

Abstract Based on the analysis of the current shortcomings of 3D visualization application in the fields of petroleum，the paper introduces the construction process and data structure of global 3D visualization system.By using ArcSDE as engine of spatial data and Oracle 10g，“Petroleum exploration geodatabase of Sichuan Basin”is established.Based on Skyline Terra Developer，the software system“3D petroleum exploration data management and integration platform based on 3D global model”is designed and established.By integrating geographical database，areal geology database，surface engineering database，remote sensing image database，stratigraphical database，fault data，logging database with 3D terrain modeling，the system realize such functions as data management for petroleum exploration，3D terrain modeling and the visualization of 3D geological model.It is a visualization platform that assists the design and analysis for the geologists and the technologists.

Key words Sichuan basin 3D visualization 3D geographic information system petroleum explorationglobal navigation

随着计算机图形图像软硬件技术的迅猛发展，三维地形可视化技术在越来越多的领域得到了广泛的应用，构建一个为多种专业人员提供共同工作、研究与交流的三维实时交互的虚拟全球地理环境逐渐由梦想成为现实。三维可视化技术在石油工业中已得到高度重视和普及应用，它充分利用了三维地震信息和地震属性，以人们易于感知的三维图形对各种复杂数据场和数据关系进行描述。

油气勘探是通过采用不同的技术手段采集各种野外原始地质资料，并经处理、解释形成成果资料，进而采用各种科学方法进行盆地评价、圈闭评价和油气储藏评价，开展勘探规划部署、井位设计和地质综合研究工作，完成勘探科研和生产任务。在油气勘探过程中，各油田企业积累了海量的、异构的、多源的地理数据、勘探基础数据和成果数据，这些信息的综合应用对指导油田生产具有很重要的意义。利用三维GIS技术，基于“数字地球”将地表地理信息与地下地质信息一体化管理，构建一个分析、决策、规划及实施油气勘探开发研究的三维实时交互共享工作平台，能够有效地评估潜在的石油资源，及时、准确、直观地定位油气资源的空间分布及其特征，正确有效地开展部署勘探开发工作。

1 三维可视化技术的应用现状

迄今为止，三维地形的可视化技术分为两种，一种是面绘制技术，另一种是体绘制技术。在地质研究工作中，主要是采用体绘制技术。三维地学模拟主要包括两大部分内容，即三维地质建模和可视化，其中前者是后者的基础，后者是前者的表现［1］。目前，在三维地震数据的可视化方面，已有多种成熟的商业软件系统推出，国外的有 EarthCube，Geoviz，gOcad，VoleGeo等，国内的有石油物探局的3DV和双狐公司的三维地震微机解释系统等。这些软件涉及地质建模、地震勘探、开采评估、矿床模拟、规划设计和生产管理等领域，在功能上各有千秋，很难说哪一个更先进［2，3］。但是，它们主要是面向地质领域的专用系统，基于局部区域而非全球区域，对海量基础地理数据与遥感影像数据等的支持也较弱。基于这种情况，本文采用面向对象的程序开发语言Visual C＃，基于优秀的国外三维可视化软件平台Skyline，设计并开发基于全球三维模型的空间数据管理平台，集成管理四川盆地区域内海量的、异构的、多源、多尺度的基础地理数据、油气勘探基础数据和成果数据、遥感影像，实现流畅的油气勘探的三维地形展示和地质分析。

2 系统开发技术背景与基本流程

随着地学应用的深入，人们越来越多地要求基于全球角度和真三维空间来认知世界和处理问题。但三维空间是复杂的，包含的信息是海量的，需要集成三维可视化与三维空间对象管理功能，同时由于三维应用的巨大差异，必须采用开放体系结构，实现用户定制功能。基于这种认识，Skyline TerraSuite在提供一般三维空间数据模型及其管理功能的基础上，允许针对特定应用领域动态扩展建模及分析功能插件，以适应特定的三维应用。整个TerraSuite软件体系如图1所示。

系统的实现分为4部分：地球三维场景构建、中心数据库建立、定制三维可视化环境和场景驱动与应用定制。

图1 Skyline TerraSuite软件体系

2.1 地球三维场景构建

场景构建是将要模拟的场景和对象通过数学方法表达成存储在计算机内的三维图形对象的集合。场景构建分为以下步骤：

（1）DEM数据采集：收集工作区的各级比例尺等高线数据或各种分辨率的航空航天遥感影像立体像对，建立地域的数字高程模型（DEM）。

（2）DOM数据生成：利用地面控制点和DEM数据，对工作区的低、中、高分辨率遥感影像进行严密的精纠正后生成数字正射影像图（DOM）。

（3）DLG数据采集：收集工作区的各级比例尺地形图、野外数据采集，建立工作区的各级比例尺线划图（DLG）。

（4）GIS数据转换：将数据采集阶段获得的DLG数据通过GIS工具转换为TerraBuilder能够接受的数据格式。

（5）数据建模：对一些油田地面建筑物、地标、油井或其他油田设备在3D MAX或MultiGen或TerraBuilder中进行建模。

（6）地球三维场景构建：将以上各种数据，导入到TerraBuilder中，创建一个现实影像的、地理的、精确的地球三维模型（MPT文件）。

2.2 中心数据库建立

基于全球三维模型的油气勘探信息集成管理平台是一个高度集成的应用系统，系统建设过程中必须充分考虑系统涉及的多专业图形、属性、影像、文字资料数据的一体化集成、系统数据库与系统软件功能的集成以及系统与网络环境的集成等关键问题。为实现功能的集成与扩展，考虑石油勘探开发数据的区域性、多维性、时序性、海量和异构的特点，拟采用大型商用关系数据库Oracle10g和空间数据引擎ArcSDE集中管理这些海量数据，建立数据中心，易于解决数据共享、网络化集成、并发控制、跨平台运行及数据安全恢复机制等方面的难题。

2.3 定制三维可视化环境

在全球三维场景的基础上，可以叠加自己关心的专题信息，通过与数据库的接口，还能集成中心数据库存放的地表、地下多维、动态空间信息，从而创建一个令人激动的交互式三维可视化环境，来突出一个地区的特征，显示其功能、相互关系以及从一个独特的视点展示该地区。

2.4 场景驱动与应用定制

（1）三维可视化程序：通过API接口直接调用所建立的三维可视化环境，也可以根据三维场景的参数生成实时场景，动态加载图层，有助于对空间数据相互关系的直观理解。

（2）三维空间查询与交互：直接在三维可视化环境下，对存放在中心数据库的各种数据和场景实体提供交互式查询等操作，以提供一个动态的环境，为进一步空间决策服务。

（3）应用定制：利用TerraDeveloper软件开发包提供的各种ActiveX控件，可以构建自己的面向三维的应用程序，实现与其他系统的应用集成［4］。

3 系统总体设计

3.1 系统体系结构

根据系统的功能需求，系统在技术上要求具有业务变化的适应性、高度的安全性和大容量数据存储处理等特点，因而在系统的技术框架中采用了3 层B（C）/AS/DS结构。与此同时，考虑到系统与其他专业系统之间的集成，拟采用基于SOA（面向服务架构）和Web Services（Web服务）技术的应用集成技术，构建基于“数字地球”的地表地理信息与地下地质信息一体化管理服务平台。整个系统的体系结构如图2所示。

3.2 系统数据的组织形式

系统数据的组织形式是可视化系统的关键，其优劣将直接影响到场景绘制的效率。在基于全球三维模型的空间数据管理平台中，主要包括3部分数据：①场景数据，即场景环境包含的地形信息，通过影像图片处理而成，包含在.mpt文件中；②对象图形数据，即油气勘探对象图形信息，是由3D MAX等三维图像处理软件处理而成的三维模型；③对象属性数据，即油气勘探属性信息。所有关于对象的信息包含在.fly文件中，采用基于层（Layer）的面向对象的场景数据组织形式。目前，系统集成的四川盆地区域的数据层主要有：

（1）DLG——数字线划图：全区不同比例尺土地覆盖状况、植被、道路、水系、居民地等图层。

图2 基于全球三维模型的油气勘探数据管理平台系统结构

（2）DEM——数字高程模型：全区不同比例尺数字高程模型数据。

（3）DOM——数字正射影像：全区不同比例尺、不同分辨率的彩色正射影像。

（4）DRG——数字栅格图：全区不同比例尺地形图栅格数据。

（5）全国地名数据。

（6）1：200000地质图。

（7）勘探基础数据：测网、矿井、三维探区。

（8）勘探成果数据：地震异常、一类进积、二类进积、礁体、生物礁、滩和相带等。

（9）构造数据：断层、等值线等（宣汉、通南巴）。

（10）井位数据。

（11）地面工程数据：天然气管道、道路。

3.3 系统功能模块

基于全球三维模型的油气勘探信息管理与集成系统分为石油勘探数据管理、三维基本操作、三维GIS导航查询、三维分析等模块。系统主界面如图3所示。

各个模块的具体功能如下：

（1）石油勘探数据管理：系统利用GIS技术、XML技术、空间数据库等技术对多尺度基础地理信息、勘探基础数据和成果数据、多分辨率遥感影像、各种图表和文字报告等地表地下信息进行一体化的存储和管理。实现了对地理底图、油气地质勘查所获取的资料和成果的录（导）入、转换、编辑及查询等功能。另外，系统还提供了目标实体超链接及关联服务，如与钻孔相关的试验表类属性数据与图形数据的关联存储管理功能，提供与钻孔相关的各种基本信息及试验结果等属性信息的查询等功能。

图3 基于全球三维模型的油气勘探数据管理平台系统界面

（2）三维基本操作功能：在全球三维场景中，实现以下功能：

放大、缩小、平移、旋转等三维基本功能；

选择对象、使物体居中、环绕浏览对象；

飞行或者跳转到指定对象；

获得场景中任何一点的经纬度坐标和高程值；

场景的点对象、线对象，可以实现不依赖试图比例缩放；

提供场景的快照和打印输出功能。

（3）三维GIS导航查询：在全球坐标系统上实现基础地理信息、地质数据及勘探数据的立体定位导航分析。

全球任意点定位和导航；

二维三维联动功能；

测距、求积、高程和剖面生成；

地表实体三维建模及多种属性管理；

可定制飞行路径和视角的三维浏览功能。可自己制定飞行的路线或选择预定义飞行路线进行三维飞行（图4）。

（4）三维分析功能：

图4 基于全球三维模型的油气勘探数据管理平台设置飞行路径

测量功能：测量距离（水平、垂直和随地形起伏3种方式）、面积；

区域对象选择：可以进行多边形框选进行对象选择，并可获得选中区域内的对象集，可统计区域内的实体数并形成分类列表；

剖面观察：对所选地区场景进行剖面观察，可分析出地表起伏状况；

等高线绘制：用矩形框选出指定范围，可以显示出该范围等高线示意图，并可随意设定等高线显示方式；

最佳路径分析：根据给定的参数，如放样间隔、上升的最大坡度、下降的最大坡度、允许的放样宽度等信息，依据地形的走势，自动解算出最佳的放样线路；

视线分析：根据地面拾取两点系统可以自动计算两点间的通视情况；

视域分析：在场景中任选一点和视角范围可以进行视域可见分析；

空间分析：突发事件的地点，选择一定半径，利用分析工具可以作出整个目标点的空间范围，以提供决策。

4 系统应用扩展

基于全球三维模型的油气勘探信息管理与集成系统由于采用了组件技术、基于SOA（面向服务架构）和Web Services（Web服务）等技术，不仅提供了强大的地表与地下油气勘探信息数据管理、三维建模与模型的可视化、全球定位导航等功能，还可以进行系统扩展和专业系统集成，实现油气勘探开发的深度应用，如野外地质踏勘路径优选和工作安排、地震资料采集观测系统设计和优化、探井地面井场位置优选及工程测算、开发井位部署规划及钻前工程分析、油气集输地面工程设计及方案优化、目标区块水电路讯规划设计及优化、全球定位系统集成和油田现场服务等。

5 结论

三维可视化技术在国内、外已经趋于成熟，但基于全球三维模型的三维地理信息系统（GIS）刚刚起步，尤其是缺少针对地表与地下油气勘探信息三维一体化管理的经典模式和成熟经验。本文基于Skyline TerraDeveloper所设计、开发的全球三维油气勘探信息管理与集成系统，就是一个成功的实践，重点研究了虚拟现实环境下交互式地表地下油气勘探信息管理系统，给出了一种交互式虚拟现实全球导航平台的系统构成方案和原型系统。整个系统可靠性好、易于移植、便于维护，并具有很强的空间分析功能。结合三维地质建模及可视化系统的研究现状、相关技术的发展走向以及实际工程实践的应用需求，笔者认为，需要进一步探索、研究并解决以下问题：

（1）研究并实现现有的基于全球三维模型的空间数据集成管理平台的地上和地下三维一体化无缝集成与可视化功能。

（2）不断丰富与其他地震三维分析软件的接口。

（3）研究并开发基于VRML/X3D技术的网络三维可视化系统，能够为社会大众、专业技术人员和地质科学家提供更加普遍的支持和服务奠定基础。

参考文献

［1］Simon W Houlding.3D Geoscience Modeling：Computer Techniques for Geological Characterization［M］.Berlin：Springer-Verlag，1994.

［2］朱良峰，潘信，吴信才.三维地质建模及可视化系统的设计与开发［J］.岩土力学，2006，27（5）：828～832.

［3］姜素华，庄博，刘玉琴等.三维可视化技术在地震资料解释中的应用［J］.中国海洋大学学报（自然科学版），2004，34（1）：147～152.

［4］Skyline Software System Inc.TerraDeveloper paper［EB/OL］.［2007-6-1］.

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