科技创新 | 当矿山邂逅“3D”

不久前，科技创新栏目介绍了三维建模技术在古建筑保护和地质灾害防治方面的应用。实际上，三维建模还有更广阔的用武之地，比如地矿人最初的根据地——矿山。

三维影像建模技术是“嫁”到地质行业的“新媳妇”。“新媳妇”跟废弃矿山这个“大老粗”十分般配。在这里，三维影像建模得以大展宏图，而矿山环境治理的老大难问题也得到了解决。

突破传统！

三维影像建模技术大显身手

党的十八大后不久，河北省印发了《大气污染防治矿山环境治理攻坚行动方案》，铁路、高速公路两侧和城市周边等632个露天矿山为重点，限期开展环境治理攻坚，力争5年内全省矿山环境全面改善。河北省矿山环境治理拉开了序幕。

在矿山环境治理过程中，传统的地质勘查、设计和监测出现很多前所未有的问题：责任主体灭失矿山基本无资料；高陡掌子面和深采坑附近危险性大，测绘人员难以到达，测绘数据的准确性难以保证；二维线画图和照片相结合的手段不能完整准确地表达矿山现状，勘查人员、评审专家和管理者对矿山全貌难以全面把握，数据的准确性对比性差，治理思路存在局限性。

三维模型制作技术流程

在国土中心技术人员对上述问题进行数据考察、野外试验和工程应用后，他们找到了一条运用三维影像建模技术解决问题的途径。

三维影像建模技术是利用现代技术生成高清晰三维模型，真实再现地理环境，用工程可视化的手段在三维模型上进行各种工作。勘查，提供带高程和坐标的矿山三维影像模型，真实反映矿山全貌，在三维浏览器中可放大缩小和旋转，便于从全局和局部来了解矿山现状，快速生成地形图和任意剖切地形剖面；生成正射影像图，用遥感的方式填图，缩短勘查外业工作时间；进行坡度分区，统计不同高度和坡度的掌子面面积；用三维的形式表达勘查成果。设计，把三维影像模型导入三维工程软件，固定比例尺后，可进行三维立体设计，实现工程可视化，生成三维设计图纸，易读性好，便于非专业人员阅读。监测，通过治理前后三维影像模型数据对比，如植被高度、覆盖面积变化，评价治理效果。

三维模型监测矿山治理前（左上）中（右上）后（左下）及效果图（右下）

2015年，三维影像建模技术被应用到河北省石家庄市典型矿山地质环境监测项目。目前，国土中心将三维影像建模技术在河北省9个山区地市的矿山环境治理中进行了应用。

多管齐下！

无人机航拍、GIS、工程可视化成为“标杆套餐”

在传统测绘方法中，高陡掌子面往往是禁地，是工程的硬骨头，自然也成了矿山环境治理中的难点和重点。为了破解这一难题，国土中心技术人员尝试将无人机航拍、三维建模、GIS和工程可视化四种技术相结合，结果令人惊喜。

勘查设计时运用无人机航拍技术获取矿山全貌照片数据，在三维模型软件中生成基于三维点云模型的DOM、DEM等一系列成果，再将成果导入GIS和三维建模动画软件中，运用GIS的分析功能生成地形图、地形剖面图、坡度图、坡向图、挖填方、日照图、视域图、汇流图等一系列成果，在三维建模动画软件中进行三维设计，丰富了勘查成果，提高了勘查的技术含量。

地质灾害三维模型全貌

在软件中，技术人员可直观观察矿山现状和设计成果的细部构造，为矿山治理设计方案优化选择提供更加详细的基础数据，提升了矿山环境治理勘查的技术含量，缩短了野外工作时间，为评价治理效果提供依据。

这项技术在保定阜平矿山环境治理6标段和邯郸武安白沙北沟矿的勘查设计中进行了应用，并为河北省矿山技术服务队在唐山、秦皇岛、保定、张家口等地的矿山地质环境治理攻坚行动中的部分项目提供了三维影像服务。

现场航拍

此外，这项技术为2016年以后的矿山环境治理提供了技术支撑——工作流程成为矿山勘查设计工作的标准流程，矿山项目必飞无人机、建三维影像模型。2021年，这个方法被写入河北省露天矿山生态修复技术要求。如今，该技术方法申请了国家发明专利。

三维影像建模提高了工程成果的易读性和数据的准确性，大大提升了矿山环境治理的技术水平，不仅将我省矿山环境治理由二维线画图阶段提升到三维可视化阶段，更能为相关部门的科学决策提供了技术支撑。

来源：河北地矿局