1、概述
近年来，以信息技术为代表的技术革命迅猛发展，信息和知识已成为当今社会发展的动力和经济发展的基础。“数字矿山”作为信息时代的必然产物，愈来愈在矿业开发、加工与利用过程中发挥出巨大作用。矿山活动具有三维空间特征和动态特征，特别是复杂的地质现象、生产过程等，需要三维才能对其作出定量化表达和逼真的描绘，才有助于企业提高生产管理和分析决策能力。
三维可视化系统集成数字孪生技术、三维可视化技术、物联网技术和大数据分析技术等技术，通过对矿山实体进行数字化建模，将实际矿山的三维场景、生产过程、设备运行等数据在虚拟环境中进行实时映射，帮助管理人员更好地了解矿山生产情况和设备状态，提高管理效率和安全性。
2、平台特点
（1）数字孪生还原真实场景
集成地质、物探、钻探、采掘、测量和水文监测等静态与动态地质数据，构建三维实景透明地质模型，将实际矿山的三维场景、生产过程、设备运行等数据在虚拟环境中进行实时映射，真实复现设备外观、结构、运转详情，通过利用数字孪生技术对矿山设备进行全生命周期管理，有效跟踪设备运行状况变化，助力矿山提升生产效率、安全性和环保水平。
（2）可视化监控
平台利用三维可视化技术，将矿山的生产过程和设备运行状态以三维模型的形式呈现出来，使得管理者和操作人员可以更加直观地了解矿山的实时状况，提高监控的效率和准确性。
（3）数据分析与智能化决策
智慧矿山三维可视化综合管理平台充分结合矿山安全监测的实际需求，利用GIS技术和虚拟仿真技术，实现井下人员、机器设备、环境等多源监测数据的采集、分析和集成，解决数字矿山建设中存在的信息孤岛化问题，为矿山安全生产提供技术支持和辅助决策。同时，平台能够对各种监控系统的动态数据进行实时分析，对安全隐患进行超前预警提示，对不安全因素提前进行整改，同时对有危险性较大的区域进行重点监控，对无法避免的灾变可以快速启动相应的应急预案进行紧急救援，提高应急救援的响应速度。
3、系统架构
数字矿山三维可视化平台包括数据采集层、数据处理层、三维建模层和可视化展示层四个部分。
（1）数据采集层
负责采集矿山生产过程和设备状态数据，通过传感器、摄像头等设备获取数据，并将数据传输到数据处理层。
（2）数据处理层
负责对采集到的数据进行处理、分析和存储，通过数据挖掘、分析和机器学习等技术，提取出有价值的信息，为三维建模提供依据。
（3）三维建模层
根据处理后的数据，利用计算机图形学技术建立矿山的三维模型，再现矿山的地形地貌、井下开采过程、设备运行状态等，为可视化展示提供基础。
（4）可视化展示层
将三维模型在可视化界面上进行展示，可通过多种终端设备进行访问，例如PC、手机、平板等。同时支持多种交互方式，例如缩放、旋转、平移等，以便用户更好地观察和理解矿山生产情况和设备状态。
图1 可视化平台整体框架
4、系统功能
（1）矿区三维建模
三维建模是矿山可视化管理的基础。通过采集矿区的地形地貌、地质构造、矿体赋存等数据，构建高精度的三维地质模型。该模型能够直观地展示矿区的整体布局、地形地貌以及矿体的空间分布，为后续的资源展示、开采监控等提供基础数据支持。
图2 矿区三维建模示意
（2）资源分布展示
在三维地质模型的基础上，利用可视化技术展示矿体的资源分布情况。通过不同的颜色、透明度等方式，直观地展示矿体的储量、品位、分布范围等信息，帮助管理人员全面了解矿山的资源状况，为资源规划和开采策略制定提供决策依据。
图3 矿区资源分布展示示意
（3）设备运行管理
通过对矿山设备的运行状态进行实时监测和数据采集，实现设备的三维可视化管理。可以实时显示设备的位置、运行状态、维护记录等信息，提高设备的维护和管理效率，减少故障率和生产中断。
图4 矿区设备可视化展示示意
（4）三维漫游
三维漫游是矿井虚拟现实系统的主要功能，包括系统提供自动漫游和手动漫游两种漫游浏览方式。
自动漫游：用户可以通过自定义视点位置、视线方向、视点高度、俯仰角大小以及漫游速度任意进行三维场景自动漫游。
手动漫游：系统提供鼠标、键盘或游戏杆控制，实现三维场景的任意浏览。
图5 井下三维可视化及其漫游
（5）车辆定位与人员定位
为保障矿山资产和人员工作安全，为各类工作车辆安装车载*设备，将车辆和人员位置进行实时上传，并在系统中生成运动轨迹。三维地图中实现了人员和车辆的实时分布、历史轨迹查询和播放功能。
图6 车辆定位与人员定位示意
（6）在线监控
在线监控可展示监控设备状态以及矿山设备状态，能够实时展示各个区域的监控视频，并且能够对矿山环境进行监测。
图7 在线监控示意
5、总结
智慧矿山三维可视化系统是实现矿山数字化、可视化和智能化的重要手段。通过建立数字孪生模型再现矿山生产过程和设备状态信息，同时利用三维可视化技术直观展示相关信息，可有效提高矿山生产效率和安全性。在建设过程中需要注意确保数据采集和处理的安全性和可靠性、提高三维建模的精度和展示效果以及加强与其他系统的集成等方面的问题。随着技术的不断进步和应用效果的逐步显现，智慧矿山三维可视化系统的应用前景十分广阔。
