智慧地礦建設(shè)框架研究*

潘寶玉，于廣婷，劉同文

(山東省地質(zhì)測(cè)繪院，山東 濟(jì)南　250002)

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智慧地礦建設(shè)框架研究*

潘寶玉，于廣婷，劉同文

(山東省地質(zhì)測(cè)繪院，山東 濟(jì)南250002)

摘要：為了合理開(kāi)發(fā)和有效利用礦產(chǎn)資源，亟需建設(shè)智慧地礦，構(gòu)建地礦綜合管理平臺(tái)，通過(guò)應(yīng)用3S、現(xiàn)代通訊、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，將工作流程、公共數(shù)據(jù)、應(yīng)用軟件、基礎(chǔ)設(shè)施和各種標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系起來(lái)，打破信息孤島，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)之間的無(wú)縫集成和信息共享，充分利用地質(zhì)大數(shù)據(jù)，為政府決策、礦產(chǎn)勘查、環(huán)境監(jiān)測(cè)和公共服務(wù)等提供技術(shù)支撐，為地礦經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。

關(guān)鍵詞：智慧地礦；礦產(chǎn)資源；信息共享

0引言

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨和“智慧山東”建設(shè)的推進(jìn)，“智慧地礦”建設(shè)已列入山東省地礦局2016年的重點(diǎn)工作。近年來(lái)，山東省地礦局非常重視科技研發(fā)與信息化建設(shè)工作，曾先后建立了地質(zhì)資料信息管理系統(tǒng)、地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)、境外礦產(chǎn)勘查信息系統(tǒng)、礦業(yè)權(quán)信息管理系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源三維可視化信息管理系統(tǒng)以及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、地球物理、地球化學(xué)等數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)推動(dòng)礦產(chǎn)勘查信息化、提高管理和決策水平起到了積極作用[1]。但是，隨著信息化特別是GIS技術(shù)、云計(jì)算以及互聯(lián)網(wǎng)+的發(fā)展，原有的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)和信息管理系統(tǒng)已不能滿足地質(zhì)勘查和地礦管理的需求。因此，亟需建設(shè)“智慧地礦”，構(gòu)建地礦綜合管理平臺(tái)。為此，本文詳細(xì)闡述了智慧地礦的總體架構(gòu)及建設(shè)內(nèi)容[2-5]。

1智慧地礦總體架構(gòu)

1.1建設(shè)原則

1.1.1標(biāo)準(zhǔn)化原則

智慧地礦不僅要服務(wù)于地質(zhì)勘查和地礦管理，而且要為政府決策和公共服務(wù)等提供服務(wù)。因此，要在國(guó)家和地方關(guān)于信息化建設(shè)、地礦行業(yè)管理等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，建立一套數(shù)據(jù)建設(shè)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理、信息服務(wù)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證智慧地礦的數(shù)據(jù)和功能便于用戶使用。

1.1.2可擴(kuò)展性原則

為了保護(hù)已有的投資以及不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求，必須充分考慮現(xiàn)有設(shè)備并留有一定的擴(kuò)展空間；主要業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)采用開(kāi)放結(jié)構(gòu)，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展變化，即系統(tǒng)應(yīng)具備良好的擴(kuò)展能力[6]。

1.1.3先進(jìn)性原則

在一定的資金條件下，建立性能價(jià)格比高、先進(jìn)、完善的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。所有軟硬件的選型和配置要堅(jiān)持性能價(jià)格比最優(yōu)原則，同時(shí)兼顧與已有設(shè)備和系統(tǒng)的互聯(lián)互通能力，以及與目前操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)的兼容性。系統(tǒng)建成后，不但能夠滿足當(dāng)前應(yīng)用需求，而且在未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)也不失其先進(jìn)性。

1.1.4可靠性原則

系統(tǒng)要具有高可靠性及強(qiáng)大的容錯(cuò)能力。系統(tǒng)必須保證7×24小時(shí)全天候不間斷地工作，核心設(shè)備如數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備要具備全容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，并具有熱插拔功能，可帶電修復(fù)故障而不影響整個(gè)系統(tǒng)工作[7-8]。

1.1.5易用性原則

智慧地礦的建設(shè)和應(yīng)用，應(yīng)充分考慮使用人員知識(shí)狀況，使操作盡量簡(jiǎn)單，普通用戶在熟悉業(yè)務(wù)的情況下能夠盡量減少操作即可完成相應(yīng)工作，且盡量采用業(yè)務(wù)習(xí)慣用語(yǔ)。對(duì)系統(tǒng)維護(hù)要考慮邏輯相關(guān)性，通過(guò)簡(jiǎn)單操作即可做好日常維護(hù)。

1.1.6安全性原則

嚴(yán)格按照國(guó)家關(guān)于信息安全的規(guī)定和要求，從運(yùn)行、維護(hù)、管理安全等層面上，規(guī)劃和部署中心機(jī)房的業(yè)務(wù)和備份系統(tǒng)；采用防火墻、安全服務(wù)器、內(nèi)外網(wǎng)隔離、系統(tǒng)備份還原等技術(shù)，防止內(nèi)外部的網(wǎng)絡(luò)安全威脅和數(shù)據(jù)竊取威脅，確保系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。

1.2總體目標(biāo)

按照“智慧山東”建設(shè)的總體要求，對(duì)山東省地礦局的地質(zhì)、礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行全面梳理和整合，建立完整、規(guī)范、統(tǒng)一的地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)中心和長(zhǎng)效的數(shù)據(jù)更新體系，構(gòu)建地礦業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)、政務(wù)外網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)；建設(shè)覆蓋地質(zhì)、礦產(chǎn)、測(cè)繪、遙感等多個(gè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)應(yīng)用管理與基礎(chǔ)研究評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建以“一個(gè)中心、一個(gè)平臺(tái)、多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)”為特征的智慧地礦信息化框架；利用空間分析、大數(shù)據(jù)挖掘、三維地質(zhì)模型等技術(shù)手段，全面提高地礦資源有效開(kāi)發(fā)利用的技術(shù)水平[9]，提升智能找礦能力，初步實(shí)現(xiàn)地礦資源“智慧發(fā)現(xiàn)、智慧管理、智慧服務(wù)”的目標(biāo)，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，為“智慧山東”建設(shè)提供有力的資源保障和地質(zhì)技術(shù)支撐。

1.3基本架構(gòu)

智慧地礦基本架構(gòu)為：覆蓋全局的業(yè)務(wù)涉密專網(wǎng)作為主要業(yè)務(wù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)發(fā)整合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)、全流程的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；通過(guò)建設(shè)全局?jǐn)?shù)據(jù)中心，形成智慧地礦核心數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理；通過(guò)門(mén)戶網(wǎng)站體系建設(shè)為全局信息化應(yīng)用提供統(tǒng)一的用戶一站式登錄與業(yè)務(wù)集成應(yīng)用的終端界面。智慧地礦基本架構(gòu)，見(jiàn)圖1。

從性質(zhì)和功能上可將智慧地礦劃分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)層和服務(wù)層。

圖1　智慧地礦基本架構(gòu)Fig.1　The basic framework of smart geology and mineral resources

1.3.1基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層，即項(xiàng)目建設(shè)的業(yè)務(wù)涉密專網(wǎng)環(huán)境以及在此環(huán)境下構(gòu)建的主機(jī)、存儲(chǔ)等必要的數(shù)據(jù)中心硬件環(huán)境，是平臺(tái)建設(shè)的必要支撐與保障。根據(jù)平臺(tái)的建設(shè)需求，構(gòu)建滿足系統(tǒng)運(yùn)行的軟硬件環(huán)境，在消除現(xiàn)有物理基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全隱患的前提下盡量復(fù)用現(xiàn)有設(shè)施，利用虛擬化軟件初步構(gòu)建基礎(chǔ)云設(shè)施來(lái)支撐整個(gè)平臺(tái)建設(shè)以及日后擴(kuò)展需要。

1.3.2數(shù)據(jù)層

主要包括系統(tǒng)運(yùn)行所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專業(yè)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等。其數(shù)據(jù)來(lái)源主要包括：地質(zhì)勘查項(xiàng)目的成果數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)類型包括：文檔、圖件等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)表、數(shù)據(jù)庫(kù)表等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及矢量、柵格空間數(shù)據(jù)等。

1.3.3應(yīng)用支撐層

主要指各種應(yīng)用的管理與服務(wù)，包括云GIS平臺(tái)、三維地質(zhì)平臺(tái)、資源管理、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)交換、公共服務(wù)和應(yīng)用集成框架等。

1.3.4業(yè)務(wù)層

主要為各種業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，包括區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、專項(xiàng)地質(zhì)勘查、地質(zhì)礦產(chǎn)一張圖、地質(zhì)資料管理、協(xié)同辦公綜合管理、項(xiàng)目管理等應(yīng)用系統(tǒng)。

1.3.5服務(wù)層

服務(wù)層為智慧地礦管理和信息服務(wù)的網(wǎng)上窗口，即業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)服務(wù)門(mén)戶、政務(wù)外網(wǎng)服務(wù)門(mén)戶和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)門(mén)戶。

1.4技術(shù)路線

智慧地礦建設(shè)以云技術(shù)為基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)采集、處理、建庫(kù)、分析及信息挖掘、信息服務(wù)等業(yè)務(wù)過(guò)程均采用主流、成熟、可靠的技術(shù)。在數(shù)據(jù)采集階段，采用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)ETL、比對(duì)、清洗技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，采用元數(shù)據(jù)技術(shù)建立數(shù)據(jù)編目；對(duì)地礦數(shù)據(jù)進(jìn)行電子化、數(shù)字化、空間化加工處理后，進(jìn)入地礦專題信息數(shù)據(jù)庫(kù)，形成數(shù)據(jù)中心；在匯集全省地礦大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上采用二維GIS空間分析、三維地質(zhì)模型及應(yīng)用評(píng)價(jià)模型技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，建立專題成果庫(kù)；再利用WEB服務(wù)技術(shù)、空間信息檢索、空間可視化展示、應(yīng)用開(kāi)發(fā)定制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源及成果的檢索、展示，最后利用Portal技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同內(nèi)容、面向不同用戶的個(gè)性化服務(wù)。在互聯(lián)網(wǎng)上，還可以提供基于Android移動(dòng)終端的信息服務(wù)。總體技術(shù)路線，見(jiàn)圖2。

圖2　總體技術(shù)路線圖Fig.2　The overall technical roadmap

2智慧地礦建設(shè)內(nèi)容

“智慧地礦”建設(shè)的核心內(nèi)容是：建立山東地礦信息資源采集、管理、匯交及服務(wù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，采用云技術(shù)架構(gòu)，收集、整理、加工、整合地礦數(shù)據(jù)資源，形成全省統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化、電子化、數(shù)字化、空間化的地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建支撐數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、獲取、處理、分析、挖掘、共享、可視化表達(dá)等服務(wù)的應(yīng)用支撐平臺(tái)與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，即“一個(gè)中心、一個(gè)平臺(tái)、多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)”，并建立嚴(yán)密的信息安全防護(hù)體系，而后向地礦局、政府部門(mén)和社會(huì)公眾等用戶提供服務(wù)。

2.1數(shù)據(jù)中心建設(shè)

數(shù)據(jù)中心是地礦局?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理中心，將對(duì)各類地礦數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲(chǔ)、管理、運(yùn)行和維護(hù)，也是全局信息共享交換服務(wù)中心。它將地礦局資料中心及局屬各單位用于業(yè)務(wù)管理和決策支持的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一集中到數(shù)據(jù)中心，建立核心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)數(shù)據(jù)中心的技術(shù)環(huán)境建設(shè)，實(shí)現(xiàn)地礦局各類數(shù)據(jù)的“物理集中、邏輯分區(qū)”式結(jié)構(gòu)，并根據(jù)應(yīng)用需求建立業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)局內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，支持地質(zhì)勘查業(yè)務(wù)開(kāi)展；對(duì)局外提供專題信息服務(wù)，支持政府管理與決策，支持社會(huì)化服務(wù)。

智慧地礦數(shù)據(jù)中心建設(shè)本著對(duì)地礦資源進(jìn)行“一張圖”管理的原則，將地礦局已有數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、重組、合并、加工，并按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)要求入庫(kù)，利用遙感、GIS、二三維可視化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、輸出、展示等，并以圖形、表格、文字、圖像和數(shù)據(jù)模型相結(jié)合的方式，直觀、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)地礦資源“一張圖”各方面的信息。

數(shù)據(jù)中心建設(shè)的具體工作，主要是對(duì)地礦局近60年形成的地質(zhì)礦產(chǎn)勘查成果、原始資料數(shù)據(jù)以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、電子化、數(shù)字化、空間化處理，建立山東省地質(zhì)礦產(chǎn)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，包括基礎(chǔ)地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)、區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、基礎(chǔ)地理、遙感影像、項(xiàng)目管理等各類數(shù)據(jù)，支持空間數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)3種數(shù)據(jù)類型。同時(shí)，建設(shè)數(shù)據(jù)交換管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一匯交、管理、共享和服務(wù)。

2.2應(yīng)用支撐平臺(tái)建設(shè)

應(yīng)用支撐平臺(tái)作為“智慧地礦”建設(shè)的應(yīng)用支撐系統(tǒng)，為各個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、網(wǎng)上運(yùn)行和監(jiān)管提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境，以達(dá)到資源共享、互聯(lián)互通的目的，并為各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供開(kāi)放的API服務(wù)、公共組件服務(wù)、統(tǒng)一信息門(mén)戶服務(wù)等。

應(yīng)用支撐平臺(tái)將按照全業(yè)務(wù)、全流程信息化管理思想搭建，利用云GIS、SOA、分布式計(jì)算、三維地質(zhì)及大數(shù)據(jù)管理技術(shù)，建立應(yīng)用服務(wù)運(yùn)行框架、資源庫(kù)和信息化運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一用戶認(rèn)證管理、統(tǒng)一工作流引擎、統(tǒng)一GIS應(yīng)用服務(wù)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)支撐，為智慧地礦全業(yè)務(wù)網(wǎng)上運(yùn)行和監(jiān)管提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)平臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境。

2.3應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

圍繞滿足山東省地礦局開(kāi)展綜合研究、利用信息化手段支撐地質(zhì)工作以及提供地質(zhì)礦產(chǎn)信息共享服務(wù)為目標(biāo)，建設(shè)綜合管理、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)勘查等智慧地礦業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。智慧地礦應(yīng)用系統(tǒng)，見(jiàn)表1。

表1　智慧地礦應(yīng)用系統(tǒng)

3結(jié)束語(yǔ)

“智慧地礦”是一個(gè)巨大的信息工程，它涉及到計(jì)算科學(xué)、寬帶網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)互操作、數(shù)據(jù)共享、多源異構(gòu)海量數(shù)據(jù)的存貯與管理、衛(wèi)星圖像智能化處理、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)。通過(guò)智慧地礦建設(shè)，可有效整合地質(zhì)勘查大數(shù)據(jù)，為分析、研究各種地質(zhì)信息之間的相互關(guān)系提供有力的技術(shù)支撐，它不僅能夠利用GIS強(qiáng)大的對(duì)空間數(shù)據(jù)綜合分析處理的功能，將各種不同來(lái)源的地質(zhì)信息進(jìn)行疊加、對(duì)比和綜合，研究它們?cè)诮鉀Q某種具體地質(zhì)問(wèn)題中的作用，并從中找出規(guī)律性，而且能夠模擬一定區(qū)域內(nèi)各種地質(zhì)現(xiàn)象隨時(shí)間的演繹過(guò)程[10]，這對(duì)于礦產(chǎn)資源科學(xué)預(yù)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害防治以及環(huán)境保護(hù)、資源合理開(kāi)發(fā)利用等都具有非常重要的意義。

開(kāi)展“智慧地礦”建設(shè)，有利于開(kāi)拓地質(zhì)工作新領(lǐng)域，延長(zhǎng)工作鏈；有利于避免地質(zhì)工作重復(fù)投入、減少社會(huì)投資浪費(fèi)；有利于地質(zhì)資料二次開(kāi)發(fā)和綜合利用，推動(dòng)地質(zhì)資料信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)化。

項(xiàng)目建成后將大幅提升全省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查行業(yè)信息化應(yīng)用水平，顯著提高地質(zhì)礦產(chǎn)勘查能力、地質(zhì)工作社會(huì)影響力和公共服務(wù)水平，有效促進(jìn)地礦事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，更好地服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展大局。因此，要從國(guó)家和區(qū)域目標(biāo)的戰(zhàn)略高度統(tǒng)籌規(guī)劃，遵循“局統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、各處室和事業(yè)單位分工協(xié)作、局屬單位密切配合、各方共同參與”的原則，加快智慧地礦建設(shè)工作，在目前已建成相關(guān)信息系統(tǒng)及專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，建立各類信息之間的共享機(jī)制，逐步實(shí)行地礦信息的綜合化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化和智能化，為政府決策、礦產(chǎn)勘查、資源利用和公眾服務(wù)提供基礎(chǔ)保障。

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Construction Framework of Smart Geology and Mineral Resources

PAN Bao-yu，YU Guang-ting，LIU Tong-wen

(ShandongInstituteofSurveyingandMappingofGeology,JinanShandong250002,China)

Abstract：In order to exploit rationally and utilize mineral resources effectively, there is an urgent need to build smart geology and mineral resources and a comprehensive management platform. The workflow, public data, application software, infrastructure and various standards are connected through the application of 3S, modern communications, internet, cloud computing and other advanced technologies. It removes the information solitary island, and achieves a seamless integration and information sharing between different application systems and data. It not only provides a technical support for government decision-making, mineral exploration, environment monitoring and public services, but also provides a basic guarantee for the sustainable development of geology and mineral resources economy by making the best use of big data for geology.

Key words：smart geology and mineral resources; mineral resources; information sharing

作者簡(jiǎn)介：潘寶玉(1957～)，男，山東曹縣人，正高級(jí)工程師，國(guó)家注冊(cè)測(cè)繪師，現(xiàn)主要從事3S技術(shù)應(yīng)用研究及測(cè)繪技術(shù)管理方面的工作。

中圖分類號(hào)：P 208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-9394(2016)01-0005-03

收稿日期：2016-01-12

地礦測(cè)繪2016，32(1)：5～7

CN 53-1124/TDISSN 1007-9394

Surveying and Mapping of Geology and Mineral Resources