属性量场化的优化方法

对于矿山复合场一体化模型仿真实现而言，需要将各种对象的信息映射到一个统一的系统空间内，在该空间内对各类对象的仿真属性、状态等信息进行场量化。如前面所述，对象空间经过划分和填充，形成了以场元为最小逻辑单元的体素空间，在此，以地表地形、矿体、断层以及井巷工程等为例，实施空间坐标的转换、属性信息的映射及归并，使对象各属性在场量集合中得到表现，进而集成为空间量场，为进一步实现对象一体化构模奠定基础。

分析地表地形、矿体、断层、井巷工程等对象，虽然这4类对象的表达涉及复合场中多类属性且侧重点不同，但是几何属性的表达是它们的共同属性，并以这种属性为基础进行其他各种属性的描述。但是这4类对象在对空间描述上又具有3个明显的不同点。首先，从数据存储上来看，在这4类模型中的地表地形、断层和矿岩等3类信息基本一致，均采用三维空间的规则网格数据进行存储，而井巷工程的数据则明显不同；其次，从对象表达的范围来看，地表地形相对独立，而矿体、断层和巷道之间在空间上存在一定的重叠和交叉；最后，从对象的描述方法来看，地表地形与断层的表达多是一个或多个连续的曲面，而矿体的描述是多个不连续的空间形体，井巷工程的展现则是由一系列的闭合面构成。针对这3类问题，就需要以空间映射技术对各种对象的空间数据进行转换处理，以使各类仿真模型统一到体素空间中，从而为矿山复合场一体化模型的各种属性描述奠定基础。

1.坐标变换

在信息定量化处理后，地表地形、矿体和断层信息已经形成了三维空间规则网格数据，并且在数据库中以带属性的三维坐标点的形式进行存储和管理。但这三者各自具有自己的坐标系，它们与整个区域体素空间的坐标系并不完全一致，这就需要进行平移变换和旋转变换等坐标变换，其步骤如下。

（1）坐标系校准，确定空间体素的中心坐标O（x0，y0，z0）和各类对象模型的中心坐标使两个坐标系的中心坐标对准，则

（2）相对于空间体素的中心坐标，对模型中各已知空间离散点O（x0，y0，z0）进行平移变换，对于任意一个原始点P（x，y，z），平移后形成新的点P′（x′，y′，z′），之间对应关系为x′=x+Tx、y′=y+Ty、z′=z+Ty。

（3）若矿体等插值沿走势a、倾角b进行，则需要对于平移变换后的坐标进行旋转变换，即以P′的x′、y′、z′坐标乘以矩阵获得变换后坐标P″（x″，y″，z″）。

2.属性映射

矿山复合场中各种属性的映射就是按照一定规则将离散点的相应属性按照一定规则赋予映射到对应的场量中，使各个场量能够标识、记录或计算相关属性。但对于每一类对象，其具体映射过程并不完全一致。

（1）地表地形模型的属性映射。地表地形模型的属性映射就是将地表地形所形成的各离散点映射到的场元赋予地表属性，并记录场元中各离散点的实际高程值，从而通过这些场元集合进行地表地形高程、起伏状态等几何属性的描述。将映射点P″（x″，y″，z″）的坐标映射到场量的具体过程如下。

1）确定体素空间的每个体素V[i][j][k]沿x、y、z轴的长l、宽w、高h。

2）确定体素空间的表示范围，若设x、y、z的最大值（maxx，maxy，maxz）和最小值（minx，miny，minz），按式（3.4）求出体素范围值。

3）在该范围内，按式（3.5）进行计算，得到i′、j′、k′值。

4）若0≤i′≤maxi、0≤j′≤maxj、0≤k′≤maxk同时成立，则将该点P″映射到体素V[i′][j′][k′]中，若不成立，则重新调整体素空间范围。

（2）矿体模型的属性映射。矿体模型是一种对矿岩赋存状态的描述模型，是对地下空间的各处矿石品位属性的高低、变化情况、岩石属性等的建模，所以矿体模型的属性映射就是对矿体品位分布状况的空间映射。以其几何属性表现矿体的形态、倾角、走势等，又以其分布属性描述矿体品位的分布状态及实现储量的计算。较之地表地形和断层模型，矿床模型增加了分布属性，与其对应的空间映射也分为了两部分：一是地理位置的空间映射；二是品位属性的空间映射。

1）地理位置的空间映射。矿床地理位置的空间映射与断层数据的空间映射过程基本一致，在对矿体进行标记的同时，分析在体素中矿体映射点的个数及分布状况。

2）品位属性的空间映射。通过地理位置的空间映射，各离散的空间品位点已经映射到体素空间中，记录各点及相应品位值。

（3）断层模型的属性映射。与地形仿真模型相似，也是侧重于三维空间形态的描述，即对矿山复合场几何属性的描述。所以，断层数据的空间映射与地表地形数据的属性映射过程基本一致，所不同的是地表地形是可以投影为覆盖整个体素空间的XY平面，而断层则是一个具有一定宽度的三维空间形体。所以，断层模型的属性映射过程，不仅要对体素标记断层属性，还须记录每个场元中映射点的个数以及分布情况。借鉴八叉树形成原理对各点在体素内的分布情况进行记录，其具体方法如下。

1）将体素在逻辑上分割成8个等大小的立方体，按从上到下顺时针进行编号，采用8位二进制字符串进行0～7区间编号规则，即00000000表示第0个区域，00000001表示第1个区域，00000010表示第2个区域，依次类推。(www.xing528.com)

2）对于体素的分布情况的描述采用8位二进制字符串进行对分布情况的记录，即10000000表示只有1区域有映射点的分布，11000000表示1、2区域有映射点的分布，依次类推。

3）对于体素中的映射点，在按映射公式（3.5）计算的基础上再求其所在分布区域。

4）对于体素中各点的分布情况，可对映射点的分布区域采用二进制求或运算方法进行计算，如两个映射点分布在00001000和00010000区域内，则通过或运算后为00011000，即为体素中各点分布情况。

（4）井巷模型的属性映射。井巷工程模型也是对空间体素几何属性的映射，由于其几何属性的描述是以地下挖掘空间的断面、起始点及终点构成，故其空间映射方法与其他3种也不尽相同，具体映射方法可分为以下3步。

1）将与井筒、巷道、斜坡道等开挖空间按起点与终点的次序，以固定长度分解全长为多个短井巷，并求出各短井巷的底边中心点坐标值。

2）以中心点为基础，计算各短井巷断面中各点的坐标值。

3）与断层相似，将各关键点在体素空间内做属性映射。

3.属性归并

在对各种对象进行坐标变换与属性映射后，对于映射到同一场元中的各点属性种类及属性值并不完全相同，所以需要对各种属性进行归并，其归并的步骤包括以下几步。

（1）按照对象的种类，以场量为核心建立多维属性模型，使每个场元包括地表属性、断层属性、矿床品位属性以及巷道属性等多维属性，通过体素所属分类的确定形成对象集合。

（2）按照不同的规则计算映射后体素中各种属性，具体方法如下。

1）对于地表地形的几何属性采用直接标识法，只要是地表点映射到的体素就将该体素中地表地形属性表示为1，否则为0。

2）对于矿体品位分布属性采用均值法进行属性归并，即对各体素求其中各映射点的品位均值作为该体素的品位值，对于没有映射到的体素品位值视作零。

3）对于断层的几何属性采用最大占有体素法进行属性归并，考虑断层的局部连续性和断层各层之间变化不明显的前提条件，对于周围体素均为断层点映射到的体素直接将其断层属性表示为1；对于映射到的体素中映射点分布属性全为1的直接将该体素断层属性表示为1；否则，根据分布情况将断层属性表示为以0.125为基数的0～1之间的一个小数。例如，分布在01100000区域内，则赋值为0.125×2=0.25；对于没有映射到的体素，该体素的断层属性值表示为0。

4）对于巷道的几何属性则采用与地表地形的几何属性类似的方法，若为巷道各映射点映射到的体素，其巷道属性标识为1，而对于没有映射到的体素，则其巷道属性标识为0。

（3）按属性分类处理把地表、矿体、断层及巷道等对象，形成各种属性的场量集合，完成各种属性的量场化。

（4）将分类作为体素的属性特征，在数据库中存储映射后的规则体素空间，建立统一的空间量场。