基于三維礦業(yè)軟件的礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張慶浩

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司 福建省廈門市 365001）

礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)是礦產(chǎn)資源管理重要工具和手段，其科學(xué)研發(fā)與有效應(yīng)用，利于礦產(chǎn)資源管理質(zhì)量、效率、水平提升。以下是筆者基于經(jīng)驗歸結(jié)對三維礦業(yè)軟件應(yīng)用下礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)的基本認(rèn)知，意在拋磚引玉。

1 對三維礦業(yè)軟件與礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)的基本認(rèn)知

1.1 三維礦業(yè)軟件

三維礦業(yè)軟件是基于計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、可視化顯示技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)、自動化控制技術(shù)、圖形處理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)等創(chuàng)新發(fā)展與結(jié)合應(yīng)用下形成的地質(zhì)分析與處理工具[1]。運(yùn)用三維礦業(yè)軟件能夠準(zhǔn)確、高效采集地質(zhì)信息，掌握礦體三維空間分布情況，了解礦體厚度、品位、形態(tài)、成分等，從而為礦產(chǎn)資源評價、開發(fā)、管理、利用等提供有價值三維信息依據(jù)。基于近些年我國礦業(yè)公司信息化、現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，各類型國際知名度較高的三維礦業(yè)軟件得以引進(jìn)和應(yīng)用。目前，Minesight三維礦業(yè)軟件、Datamine 三維礦業(yè)軟件、3DMine 三維礦業(yè)軟件、Dimine 三維礦業(yè)軟件、Surpac 三維礦業(yè)軟件、Micromine 三維礦業(yè)軟件、Vulcan 三維礦業(yè)軟件在我國礦業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛[2]。就Minesight 三維礦業(yè)軟件而言，具備礦山數(shù)據(jù)采集、礦產(chǎn)資源生產(chǎn)信息管理、地址資源模型建立、礦產(chǎn)資源相關(guān)統(tǒng)計分析、礦產(chǎn)資源生產(chǎn)計劃編制等功能，且擁有多個數(shù)據(jù)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)與其他軟件對接，進(jìn)行數(shù)據(jù)分享利用。以礦山規(guī)劃為例，Minesight 三維礦業(yè)軟件的應(yīng)用過程如圖1 所示。就Datamine 三維礦業(yè)軟件而言，具備礦產(chǎn)測量、地質(zhì)統(tǒng)計、礦床模型構(gòu)建、礦山儲能資源評估、礦產(chǎn)資源露天開采規(guī)劃、礦產(chǎn)資源結(jié)構(gòu)分析、生產(chǎn)仿真、地下采掘規(guī)劃等多種功能。3DMine 可將二維界面與三維界面有機(jī)結(jié)合，具備質(zhì)勘探數(shù)據(jù)管理、礦產(chǎn)資源開采計劃編制、地質(zhì)儲能統(tǒng)計、模型構(gòu)建、生產(chǎn)進(jìn)度規(guī)劃等功能，可有效滿足礦產(chǎn)資源開發(fā)、管理與利用需求?？傊?，三維礦業(yè)軟件功能較多，均可用于礦產(chǎn)資源評價、管理與利用。

1.2 礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)

礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)是現(xiàn)代技術(shù)成果在礦產(chǎn)資源管理中的具體體現(xiàn)，是礦業(yè)企業(yè)進(jìn)行礦產(chǎn)資源自動化、數(shù)字化、信息化管理的重要工具。在驅(qū)動礦產(chǎn)資源開發(fā)利用節(jié)能化、智能化、現(xiàn)代化、科學(xué)化、高效化、集約化發(fā)展中存在積極影響。目前，所應(yīng)用礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)，含有礦區(qū)信息、礦業(yè)權(quán)信息、礦產(chǎn)資源規(guī)劃信息、礦產(chǎn)資源保護(hù)信息等數(shù)據(jù)資源，能夠在一定程度上滿足礦產(chǎn)資源管理需求。但由于礦山地質(zhì)儲量處于不斷變化狀態(tài)，需要系統(tǒng)能夠及時獲取地質(zhì)資源信息，用以滿足企業(yè)資源管理與規(guī)劃要求。因此，可通過三維礦業(yè)軟件應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，完善礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)功能，提高礦產(chǎn)資源管理工作質(zhì)量和水平。

2 三維礦業(yè)軟件下礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1 系統(tǒng)功能需求分析

礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)應(yīng)用的目的是：進(jìn)行礦產(chǎn)資源全生命周期動態(tài)管控，包括資源勘探、資源開發(fā)、資源利用等，以提高礦產(chǎn)資源管理質(zhì)量，改善礦產(chǎn)資源高耗損、低利用問題。因此，所設(shè)計礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)需要具備以下功能：

（1）礦山資源管理功能：即系統(tǒng)能夠?qū)ΦV產(chǎn)基本信息、變化信息等進(jìn)行系統(tǒng)化管控，使系統(tǒng)使用者能夠通過系統(tǒng)查詢對礦產(chǎn)資源各方面情況具有全面、準(zhǔn)確了解，包括礦山類型、礦產(chǎn)資源儲量、礦產(chǎn)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)地形特征、生產(chǎn)計劃、開采進(jìn)度等。并將新增資源信息準(zhǔn)確錄入與登記[3]。

（2）采礦權(quán)限管理功能：側(cè)重于礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)權(quán)限審批與管理。即開發(fā)企業(yè)能夠通過系統(tǒng)向相關(guān)部門提出礦產(chǎn)資源開采申請，經(jīng)相關(guān)部門調(diào)查審核后進(jìn)行申請批復(fù)，以保證礦產(chǎn)資源開采的合法性、合規(guī)性；開發(fā)企業(yè)能夠根據(jù)相關(guān)要求和規(guī)定完成采礦權(quán)年檢報表填寫、上傳，經(jīng)監(jiān)察機(jī)關(guān)審批通過后備案；相關(guān)部門能夠通過系統(tǒng)對開發(fā)企業(yè)采礦權(quán)資質(zhì)進(jìn)行定期或不定期核查，了解礦產(chǎn)資源開發(fā)具體情況，以促進(jìn)礦產(chǎn)資源開發(fā)質(zhì)量持續(xù)性改進(jìn)[4]。

（3）公共行政管理功能：系統(tǒng)能夠?qū)残姓畔①Y源進(jìn)行管理，包括檔案資源、采礦權(quán)相關(guān)數(shù)字化文件、日常辦公數(shù)據(jù)表報、礦產(chǎn)資源勘探與開發(fā)工程臺賬、系統(tǒng)管理日志、系統(tǒng)人員登錄信息等。

（4）資源圖標(biāo)管理功能：以圖標(biāo)、表格、圖形等方式進(jìn)行礦產(chǎn)資源信息展示，滿足礦產(chǎn)資源統(tǒng)計及及其管理要求。

2.1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

圖1：Minesight 三維礦業(yè)軟件的應(yīng)用過程

圖2：礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)整體業(yè)務(wù)流程圖

根據(jù)礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)功能需求分析可知，系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用需要對礦產(chǎn)資源進(jìn)行多方位、全面化、精細(xì)化、動態(tài)化管控，能夠解決各管理部門工作要求，解決資源信息化水平低、資源交換渠道不通暢、數(shù)據(jù)共享能力差等問題，便于工作人員利用資源進(jìn)行礦山企業(yè)管理內(nèi)容調(diào)整，最終實現(xiàn)綜合效益提升。故系統(tǒng)需要以礦產(chǎn)資源管理為核心，在三維礦業(yè)軟件支持下，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源三維可視化管理；在采礦權(quán)限管理模塊、公共行政管理模塊、資源圖標(biāo)管理模塊等支持下，為礦山企業(yè)進(jìn)行采礦權(quán)申請與審核、礦產(chǎn)資源探勘、生產(chǎn)計劃設(shè)計、開發(fā)資源配置和利用、生產(chǎn)過程管理等提供準(zhǔn)確信息服務(wù)。礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)整體業(yè)務(wù)流程如表2 所示。

2.1.3 系統(tǒng)設(shè)計基本原則

基于經(jīng)驗歸結(jié)，確定礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)注重以下基本原則遵守：

（1）礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)必須符合礦產(chǎn)資源管理相關(guān)要求，能夠滿足采礦權(quán)在線審核規(guī)定；

（2）礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)應(yīng)具備操作簡便性特征，能夠?qū)崿F(xiàn)對礦產(chǎn)資源管理各項信息（礦山信息、礦產(chǎn)受權(quán)信息、采礦信息、選礦信息、生產(chǎn)信息、地質(zhì)信息、儲量臺賬信息、系統(tǒng)自身信息、綜合報表信息等）的查詢、錄入、更新、修改等操作；

（3）礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)具備先進(jìn)性，通常以瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)為主，便于滿足系統(tǒng)邏輯功能需求，為系統(tǒng)使用者提供準(zhǔn)確、可靠數(shù)據(jù)信息服務(wù)；

（4）礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)應(yīng)擁有強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫支撐，用于進(jìn)行不同類型數(shù)據(jù)信息采集、存儲、處理、分析、傳輸、利用；

（5）礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)應(yīng)盡可能保證系統(tǒng)變量、組織風(fēng)格等統(tǒng)一，并實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源智能備份，提高數(shù)據(jù)資源管理安全水平；

（6）礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)應(yīng)合理選擇系統(tǒng)編程方法，以便進(jìn)行系統(tǒng)基礎(chǔ)功能、高級功能優(yōu)化配置，讓系統(tǒng)操作更具實效性、便捷性、可靠性；

（7）礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)需實現(xiàn)與三維礦業(yè)軟件結(jié)合應(yīng)用，通過三維礦業(yè)軟件提升礦業(yè)資源可視化顯示水平；

（8）礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)應(yīng)具有可拓展性以及與其他系統(tǒng)對接能力，便于系統(tǒng)間數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，以提高數(shù)據(jù)利用率。

2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.2.1 系統(tǒng)各管理模塊功能實現(xiàn)

對于礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)中的礦產(chǎn)資源管理模塊而言，其功能實現(xiàn)主要在于：操作人員嚴(yán)格按照操作要求登錄礦產(chǎn)資源管理子系統(tǒng)，根據(jù)需求選擇菜單欄，并在顯示界面中進(jìn)行具體操作，包括信息查詢操作、信息更改操作、信息新增操作、信息刪除操作等。

對于礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)中的采礦權(quán)管理模塊而言，其功能實現(xiàn)主要在于：操作人員進(jìn)入采礦權(quán)管理子系統(tǒng)后，嚴(yán)格遵循采礦權(quán)線上申請要求進(jìn)行操作，保證所填寫信息的真實、準(zhǔn)確。申請?zhí)峤缓螅诼?lián)網(wǎng)狀態(tài)下系統(tǒng)將其傳遞給相關(guān)部門采礦權(quán)線上審批平臺，有相關(guān)人員對申請材料進(jìn)行調(diào)查審核，并將審核結(jié)果經(jīng)系統(tǒng)及時反饋給企業(yè)。相對于線下采礦權(quán)管理而言，線上審批效率更高。

對于礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)中的公共行政管理模塊而言，其功能實現(xiàn)主要在于：操作人員按要求進(jìn)入公共行政管理子系統(tǒng)后，能夠通過操作界面完成用戶信息更改并系統(tǒng)權(quán)限設(shè)定操作；完成車輛信息更新、更改、備注、刪除等操作；完成企業(yè)信息增刪操作與修改操作；完成礦產(chǎn)資源圖表制作、調(diào)用、查看、分析、下載、打印等操作。

2.2.2 礦產(chǎn)三維數(shù)字化模型構(gòu)建

數(shù)據(jù)庫構(gòu)建是系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的關(guān)鍵所在，根據(jù)礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的要求，引入了3DMine 三維礦業(yè)軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)字化存儲、三維可視化顯示、充分共享、一體化管理。

（1）鉆孔數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。在地質(zhì)勘探環(huán)節(jié)需要礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)為企業(yè)工作人員提供充足、全面地質(zhì)勘探信息。對此，做好鉆孔數(shù)據(jù)庫構(gòu)建工作至關(guān)重要。本次研究設(shè)計利用3DMine 三維礦業(yè)軟件，按照“原始資料選用與處理——數(shù)據(jù)庫建立——數(shù)據(jù)庫核查修改——數(shù)據(jù)庫成果校核與修改”流程構(gòu)建鉆孔數(shù)據(jù)庫模型。

1.準(zhǔn)備工作。鉆探、井探、坑探、槽探等是勘探工程常用手段，故需要對其相關(guān)數(shù)據(jù)（鉆孔數(shù)據(jù)、淺井?dāng)?shù)據(jù)、坑道數(shù)據(jù)、探槽數(shù)據(jù)等）進(jìn)行采集。待完成原始數(shù)據(jù)采集后，利用EXCEL 表格錄入，并根據(jù)礦山實際情況，結(jié)合礦床地質(zhì)特征研究結(jié)果、礦體特征研究結(jié)果等制定測斜表、定位表、礦體表、化驗表等。以測斜表為例，用于存儲鉆孔測斜信息，利于鉆孔空間軌跡統(tǒng)計分析，涉及“鉆孔號、方位角、傾角、測斜深度”等字段。以化驗表為例，用于存儲礦體樣品化驗信息，利用礦產(chǎn)資源類型鑒別、品味評估等，涉及“鉆孔號、采樣號、樣品長度、主要化學(xué)元素等”字段。

2.處理工作。在數(shù)據(jù)庫構(gòu)建前，需根據(jù)礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)錄入與管理的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以保證數(shù)據(jù)應(yīng)用的科學(xué)性、合理性、有效性。以鉆孔測斜數(shù)據(jù)為例，需注意：

a.孔深、方位角、傾角均有多次測量，取平均值；

b.孔深測量數(shù)據(jù)≥2 個，方位角、傾角有兩個數(shù)據(jù)則取平均值，有一個數(shù)據(jù)取該數(shù)據(jù)；

c.孔深測量數(shù)據(jù)僅有1 個，不做處理；

d.孔深兩側(cè)測量結(jié)果差異較大，不取平均；

e.鉆孔名字符大寫，取出不符合礦產(chǎn)資源類型的品位數(shù)據(jù)；

f.以礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)規(guī)定格式保存數(shù)據(jù)。

3.建立工作。利用3DMine 三維礦業(yè)軟件遵循“數(shù)據(jù)庫新建——表格添加——EXCEL 數(shù)據(jù)錄入”步驟完成鉆孔數(shù)據(jù)庫構(gòu)建。

4.校核工作。對導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行校對核查，能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理錯誤數(shù)據(jù)，保證礦產(chǎn)資源信息錄入的真實性、準(zhǔn)確性，讓基于數(shù)據(jù)應(yīng)用構(gòu)建的三維模型符合礦產(chǎn)資源真實情況，防止模型誤差對各項工作組織開展產(chǎn)生不利影響。在此過程中，可利用3DMine三維礦業(yè)軟件所具有的數(shù)據(jù)檢查功能，圍繞“工程號對應(yīng)情況”、“各表數(shù)據(jù)合理情況”、“各表數(shù)據(jù)格式規(guī)范情況”、“樣長過大數(shù)據(jù)正確情況”等項目對已導(dǎo)入鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，并根據(jù)原始數(shù)據(jù)修正不合理數(shù)據(jù)、錯誤數(shù)據(jù)。完成導(dǎo)入數(shù)據(jù)檢查后，根據(jù)平面度進(jìn)行二次檢查，檢查內(nèi)容側(cè)重于鉆孔孔口坐標(biāo)、坑道位置、坑道走向、探槽位置、探槽走向等。

5.數(shù)據(jù)顯示。鉆孔數(shù)據(jù)庫建立之后，打開數(shù)據(jù)庫能夠?qū)?shù)據(jù)顯示顏色、顯示圖案等進(jìn)行設(shè)定，用于增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫視覺效果，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。同時，依托鉆孔數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的三維可視化顯示，滿足用戶數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)調(diào)用等操作需求。

（2）礦山三維模型構(gòu)建。3DMine 三維礦業(yè)軟件應(yīng)用的一個重點就是礦山三維模型構(gòu)建，它能夠?qū)r體構(gòu)造、礦體構(gòu)造、地質(zhì)形態(tài)與空間分布、礦體分布、礦體屬性、巖體屬性等進(jìn)行直觀展示，滿足礦山儲量評估、礦產(chǎn)資源評價、礦山生產(chǎn)計劃模擬等需求。通常情況下，在礦山三維模型構(gòu)建中，需要對地表模型、礦床模型、礦體模型等進(jìn)行構(gòu)建。

1.地表模型。地表模型又被稱為“地形模型”，用以進(jìn)行地形屬性特征、空間分布特征等展示。在利用3DMine 三維礦業(yè)軟件進(jìn)行地表模型構(gòu)建時，可將散點數(shù)據(jù)錄入軟件，依托表面模型工具進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。此外，也可選擇線條生成模式或閉合線內(nèi)生產(chǎn)模式構(gòu)建地表模型。就線條生成模式而言，在平面地形圖中，地形線條上分布著具有一定特征的線條點，將這些點有效提取與處理后，通過地形線條屬性編輯，賦予線條點一定高程值，通過3DMine 三維礦業(yè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將二維圖變?yōu)槿S圖，完成地形模型構(gòu)建。

2.礦體模型。礦體模型是礦山三維模型構(gòu)建中的重中之重。在模型構(gòu)建過程中需要對礦體空間位置、礦體形態(tài)、礦體類型、礦體屬性、礦體邊界界定、礦體夾石分布等情況具有全面、準(zhǔn)確、真實反映。因此，礦體模型構(gòu)建過程中相對復(fù)雜，需要注意的事項相對較多。目前，應(yīng)用三維礦業(yè)軟件進(jìn)行礦體模型構(gòu)建時，可利用礦體邊界線、鉆孔數(shù)據(jù)、勘探線剖面圖等進(jìn)行構(gòu)建。本次研究選用的是勘探線剖面圖建模法，在實踐操作過程中應(yīng)注意：

a.選擇經(jīng)過矢量化處理的勘探線CAD 剖面圖，利用3DMine三維礦業(yè)軟件進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將CAD 剖面圖中的各坐標(biāo)準(zhǔn)確定位到實際地理坐標(biāo)中。

b.更具實際情況靈活運(yùn)用“補(bǔ)、挖、調(diào)、割”等方法進(jìn)行礦體解譯。在此過程中，我們可以地質(zhì)礦床理論為指導(dǎo)，將一個礦體切割成多個實體模型，在利用有效連接方式將實體模型無縫連接，獲得礦體模型組合體。

c.對于剖面圖上的特殊礦體應(yīng)給予針對性處理。例如，地表礦體需要適當(dāng)?shù)南蛲馔瞥龅乇?，并在保證礦體和三維地形緊密連接的同時，適當(dāng)去除多余部分。

d.受夾石分布、礦體品級等因素影響，在進(jìn)行勘探線CAD 剖面圖三維化處理時，容易產(chǎn)生礦體輪廓與分體輪廓相交、扭曲等問題，影響礦體內(nèi)部組分協(xié)調(diào)性。對此，相關(guān)人員需要準(zhǔn)確掌握礦體信息，確定不同類型礦石、礦層分布規(guī)律與組合關(guān)系，從而進(jìn)行針對性處理，提高礦體內(nèi)部組分協(xié)調(diào)性，讓所構(gòu)建礦體模型更符合現(xiàn)實狀況。

e.礦體模型構(gòu)建時，需要進(jìn)行三角網(wǎng)合并、實體驗證、模型糾正等操作，以保證所構(gòu)建模型的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、實用性。

3.礦床模型。礦床模型構(gòu)建時，需要明確認(rèn)知地表、地層、礦體等空間約束關(guān)系，加強(qiáng)單樣、組合樣統(tǒng)計分析，并善于利用布爾運(yùn)算進(jìn)行模型裁剪，已獲得良好礦床模型。

2.2.3 系統(tǒng)與三維礦業(yè)軟件的協(xié)同

依托地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)理論，將基于三維礦業(yè)軟件生成的地質(zhì)數(shù)字化數(shù)據(jù)導(dǎo)入礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)中，提高礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理能力。

3 結(jié)論

礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)在礦產(chǎn)資源高效開發(fā)與利用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是促進(jìn)礦產(chǎn)資源節(jié)約化、科學(xué)化、高效化、現(xiàn)代化發(fā)展的重要管理工具。因此，面對礦產(chǎn)資源管理要求，應(yīng)加強(qiáng)礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。三維礦業(yè)軟件的科學(xué)應(yīng)用，為礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)更高層次發(fā)展提供了手段，使系統(tǒng)具備了礦產(chǎn)資源三維數(shù)字化管控能力，實現(xiàn)了礦產(chǎn)資源勘探、開采、利用等一體化管控，促進(jìn)礦產(chǎn)資源管理工作高品質(zhì)開展。