第２９卷第５期（上） ２０１３年５月 赤峰学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｆｅｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏｌ｜２９Ｎｏ．５ Ｍａｖ２０１３ Ｖ８工作站ＣＳＡＭＴ勘探成果三维可视化研究 董 坤．薄 杨 （安徽国防科技职业学院摘信息工程系，安徽六安２３７０１１） 要：介绍了Ｖ８工作站进行ＣＳＡＭＴ方法勘探的工作方法，分析了勘探成果的三维可视化在实际 应用中的价值．结合实际工程需求，开发了ＣＳＡＭＴ方法勘探成果显示平台．实现了任意电阻率剖面图件在 三维空间的组合显示，并使用普通克里格插值法和规则三角网模型构造方法，实现了三维地形的模型构 造，对勘探成果进行空间标定．该平台为ＣＳＡＭＴ方法勘探成果的推断、展示及下一步勘探的钻孔设计等工 作提供了有利支持． 关键词：Ｖ８；可控源音频大地电磁法；三维可视化；纹理贴图；克里格差值 中图分类号：Ｐ６３１．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—２６０Ｘ（２０１３）０５—００４４—０３ １ Ｖ８工作站ＣＳＡＭＴ方法勘探 随着我国经济的发展，能源以及矿产的开采和 利用在国民经济中的地位越来越突出．地球物理勘 探经过多年的研究、实践和发展，人们已经能够通 过物理和数学方法较准确地对地下矿藏进行分析 和解释．物探工作中，包括了工程设计、数据采集、 数据处理、数据成图和成果解释．物探的最终成果 是展示给用户的物探成果图、相关实际材料图、原 地球物理勘探是利用相适应的探测仪器对地 下的各种物理实体进行探测，根据地下岩体和围岩 存在的物性差异，获取相应的物理特性数据信息． 并对探测数据应用有效的处理方法，提取出有意义 的信息，结合地质条件进行分析，从而推断探测对 象在地下赋存的位置、大小、范围和产状． １．１ Ｖ８工作站 Ｖ８工作站是加拿大凤凰公司的最新一代多功 始数据资料等．随着计算机技术的发展，人们对所 需建立的实体模型要求越来越高，并要求建立真正 的三维立体模型，使所建立的模型更加直观、真实， 因此研究三维立体建模技术并应用于工程实际已 迫在眉睫，例如三维地表建模、地下三维矿带实体 的可视化建模、三维地层可视化建模等．三维可视 化技术在地球物理勘探领域中的应用日趋成熟，三 能电法仪，该仪器是目前地球物理勘探领域技术先 进、功能齐全的电法类勘探仪器，具备时间域的常 规电剖面、电测深、高密度电法、瞬变电磁测量功 能，并具备频率域的ＣＳＡＭＴ、ＭＴ、ＡＭＴ、ＳＩＰ、ＴＤＩＰ、 ＴＤＥＭ电法勘探测量功能． 维模型的直观显示可以使工作人员更准确的把握 勘探成果，并为勘探成果的后期推断和解释提供便 利． 该仪器集当代最新科技成就于一身，成功地解 决了很多实际生产中的瓶颈问题： 成熟的ｓｙｓｔｅｍ２０００操作系统，保障了系统操控 同时，使用Ｖ８工作站进行ｃｓＡＭＴ方法勘探 的稳定性； 能够采集到优质的地下岩体电阻率数据信息，高质 量的数据采集效果，保障了勘探成果的准确性．然 而，这些数据信息最终通常只是以二维图件的形式 得以展示，单独的二维图件难以体现整体空问内电 阻率的变化趋势，如果能将这些独立的二维图件整 合到一个统一的三维空间模型中，同时使用三维地 形对这些图件进行空间标定，将会有效的提高工作 先进精确的ＧＰＳ卫星同步技术与无线网络通 信技术，实现了发射端及接收端信号的精确同步， 并使其即便在复杂的山区施工也较为方便，极大地 提高了生产效率； 先进的硬件配备更为系统，在采集精度上提供 了强大的技术支持． １．２ ＣＳＡＭＴ工作方法 者对成果进行推断和解释的质量，提高工作效率． 基金项目：安徽国防科技职业学院教科研基．￣（２０１１ｇＦｙｙ０１） 一ＣＳＡＭＴ野外装置包括场源和测站，如图１．常 ４４— 用的ＣＳＡＭＴ标量测量需在地面布设一个１－３ｋｍ 的偶极线电源ＡＢ，两端Ａ、Ｂ分别连接埋深ｌｍ左 右的铝薄纸网，通过接地导线ＡＢ向地下供人不同 频率的谐变电流形成人工可控的电磁场． Ｘ 图１ ＣＳＡＭＴ标量测量不意图 数据探测以直线方式进行，测线布置在距人工 场源５—１０ｋｍ且平行场源线ＡＢ的区域，数据探测 过程中沿测线方向逐个测点观测与场源平行的电 场Ｅｘ及与之垂直的磁场Ｈｙ，进而可计算卡尼亚视 电阻率． 器 ２勘探成果三维可视化 地球物理勘探成果的三维可视化模型构造应 用越来越成熟，并且三维可视化模型被认为是不同 背景用户进行空间信息交流和视觉分析与空间认 知的有效媒介．ＣＳＡＭＴ方法勘探的成果主要是不同 岩体的电阻率数据信息，在三维空间实现多组电阻 率剖面的组合显示，并且结合地形对成果的空间标 定，可使专业人员给出更直观、更准确的推断和解 释，甚至使非专业人员从空间上把握勘探结果． ２．１平台开发环境及功能模块 平台使用ＶＣ＋＋６．０结合ＯｐｅｎＧＬ进行编程实 现． 针对ＣＳＡＭＴ方法勘探的工作特点，该系统从 功能上划分主要包括四个部分：数据输人及修改、 三维地形构造子系统、剖面影像显示子系统、三维 模型渲染．系统整体结构设计如图２所示． 其中成果的三维可视化主要分为两个功能模 块：三维空间内任意二维电阻率剖面的组合显示， 展示电阻率的空间变化；勘探区的三维地形构造， 标定成果所在的空间位置． ２．２电阻率剖面组合显示 电阻率剖面图像采用位图导人的形式显示在 图２系统结构设计 三维空间内，多组剖面的任意组合显示可以帮助工 作者把握整个空间的电阻率分布规律，并为最终的 成果断定等工作提供依据涪０面的显示即在三维空 间中创建纹理贴图空间，并读入二维电阻率图件文 件，最终实现纹理贴图功能． 剖面映射的基本的执行步骤如下： ①定义电阻率剖面纹理； ②控制滤波； ③说明纹理映射方式； ④绘制场景，给出顶点的纹理坐标和几何坐 标． ２３三维地形构造 采用规则三角网模型进行地形曲面构造，并依 据不同的ｚ坐标值对三角面片进行着色操作．由于 原始地形数据点是有限且分布不均的，因此在三维 地形构造过程中首先对离散数据点进行插值，即根 据已知点对规则三角网中三角形顶点的ｚ坐标进 行插值计算．系统采用普通克里格法进行数据插 值，普通克里格法插值考虑了被描述对象的空间相 关性质，使插值结果更科学、更接近于实际情况． 假设ｘ。为待估计点，首先计算第ｎ点和第ｍ 点的变异量，变异量ＣＯＶ（Ｘ ，Ｘｍ）与两点距离相关， 所以ＣＯＶ（Ｘ ，Ｘｍ）＝ＣＯＶ（Ｘ ，Ｘｏ）． 普通克立格法中点Ｘ０处的估计值： Ｚ（Ｘｏ）＝Ｙ’Ｗ—Ｂ （２） 其中： Ｚ（ｘ ） Ｚ（ｘ２） Ｙ＝ （３） Ｚ（ＸＫ） ０ ＣＯＶ（Ｘｏ￣Ｘ１） ｃｏｖ（ｘ￣ｘ：） Ｂ＝ （４） ｃｏｖ（ｘ０，ｘＫ） １ ｃｏｖ（ｘｌ，Ｘ１）ｃｏｖ（ｘｌ，ｘ２）…ｃｏｖ（ｘ，，ＸＫ）１ ｃｏｖ（ｘ２，Ｘ１）ｃｏｖ（ｘ２，ｘ２）…ＣＯＶ（Ｘ２，ｘＫ）１ Ｗ＝ … … … … ｌ （５） ＣＯＶ（ＸＫ，Ｘ１）ＣＯＶ（ＸＫ￣Ｘ２）…ＣＯＶ（ＸＫ，ＸＫ）１ ｌ １ １ １ Ｏ 插值计算中选用最简单的线性模型作为理论 变异函数模型，并取一个整形定值Ｎ作为线性斜 率，则相对于两点间距离ｈ，变异函数Ｚ（ｈ）＝Ｎ ｈ， 即ｃｏｖ（ｘ ，Ｘｍ）＝Ｎ ｈ． ２．４勘探成果可视化应用 该平台可分别实现任意电阻率剖面的组合显 示及三维地形的构造，并可实现任意旋转及放大显 示操作，在工程中得到了初步应用．图３为多组电 阻率组合显示，可以看到在三维空间内不但能够直 观显示各纵向电阻率剖面上的不同异常区域，且能 够通过横向剖面展示不同深度地层的电阻率分布， 对电阻率走向进行推断和验证，为工程推断、成果 解释提供直观的理论依据． 图３任意电阻率剖面组合显示 进而通过三维地形构造实现对勘探成果的空 间标定，结合工作区场景对实际勘探测线及成果的 空间位置进行直观的精确定位，图４为勘探成果的 三维直观显示效果图． 图４勘探成果整体显示效果图 在实际工程实施过程中，通过该三维模型的构 造，不但能够帮助物探专业的工作人员高效的把握 工作区勘探成果，提高推断精度，同时还可以使很 多非物探专业人员能够直观的了解成果的分布情 况，特别是地质专业工作人员，通过该三维模型能 直观的了解地球物理勘探的工作成果，为后续物探 工作和地质工作的配合及交接提供了极大便利． ３结语 本文源于使用Ｖ８工作站进行ＣＳＡＭＴ方法勘 探的实际工程需求．在熟悉工作方法的基础上，对 勘探成果的三维可视化进行了研究，尝试使用三维 模型构造工作区及勘探成果．并根据实际需要使用 ＶＣ＋＋６．０结合ＯｐｅｎＧＬ开发了勘探成果三维可视 化平台，拟在解决两个问题，即实现任意电阻率剖 面图件的三维空间显示，同时构造三维地形对勘探 成果进行空间标定． 最终，实现工程勘探成果的三维可视化构造， 该平台为后期的成果解释、推断及成果的直观展示 提供便利，对提高工程效率起到了较大帮助． 参考文献： ［１］何继善．可控源音频大地电磁法［Ｍ］．长沙：中南 工业大学出版社．１９９０．７５—９０． ［２］Ｄｏｖｅ ｏｆ Ｐｅａｃｅ Ｓｔｕｄｉｏｓ．Ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｖｉｓｕａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂｙ ＯｐｅｎＧＬ． Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｈｙ— ｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｐｒｅｓｓ．２００３． ［３］ＴＡＮ Ｒｅｎｃｈｕｎ，ＹＡＯ Ｌａｎ，Ｗｕｈａｎ．Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ Ｍｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎ Ｔｅｒｒａｉｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ． Ｇｅｏ—ｓｐａｔｉａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ［Ｊ］．２００７． ［４］Ｃｈｅｎ Ｊｉｎｃｈａｎｇ，Ｚｈａｎ Ｗｅｉｊｉｅ，Ｈｅ Ｚｈｅｎｇｇｕ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ３Ｄ Ｓｅｎｃｅｓ ｉｎ Ｖｉｒｔｕａｌ ＣａｍｐｕＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｄｏｎｇ ｈｕａ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ． ２００５． ［５］包世泰，廖衍旋，胡月明．基于Ｋｒｉｇｉｎｇ的地形高 程锸值ＵＪ．地理与地理信息科学，２００７（３）：２８— ３２． ［６］靳海亮，康建荣，高井祥．基于ＶＣ和ＯｐｅｎＧＬ 生成三维真实感地形Ｕ］．舰船电子工程，２００５ （２）：１０２—１０６． ［７］Ｖ８操作说明书【Ｋ】．２００２．