地質(zhì)大數(shù)據(jù)對(duì)礦山工程地質(zhì)勘查工作的影響研究

劉星星

（山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 日照 276800）

地質(zhì)大數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)礦產(chǎn)勘查不同階段獲取的一種科學(xué)大數(shù)據(jù)，其具有源頭眾多、數(shù)據(jù)種類(lèi)眾多、時(shí)空眾多以及獲取手段眾多等特點(diǎn)。在礦山工程地質(zhì)勘查工作中，地質(zhì)大數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式主要以數(shù)據(jù)、文本、圖像等碎片化的形式而存在，隨著計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等高科技技術(shù)的發(fā)展，海量的數(shù)據(jù)堆積但是能夠提供的信息有限。對(duì)于大型的礦山工程地質(zhì)勘查項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)信息管理技術(shù)比較重視結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與使用，對(duì)于目前已經(jīng)形成地質(zhì)信息科學(xué)的理論、方法和技術(shù)體系框架來(lái)說(shuō)，起到的指導(dǎo)意義不大[1]。這種形勢(shì)下，礦山工程地質(zhì)勘查工作中三維地學(xué)建模在地質(zhì)大數(shù)據(jù)背景下的發(fā)展，成為了目前的研究熱點(diǎn)。為了滿(mǎn)足目前礦山工程地質(zhì)勘查工作中數(shù)字化、可視化以及智慧化的分析需要，需要加強(qiáng)地質(zhì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與分析，在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)精細(xì)、動(dòng)態(tài)的工程地質(zhì)模型，為礦床深部以及外圍的找礦決策進(jìn)行分析，提供技術(shù)、數(shù)據(jù)方面的可視化支持。在地質(zhì)大數(shù)據(jù)的時(shí)代下，工程地質(zhì)建模方法比之以往更加關(guān)注和強(qiáng)調(diào)模型是否能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)構(gòu)建和數(shù)據(jù)信息的更新。本文針對(duì)傳統(tǒng)顯式建模方法中存在的弊端，設(shè)計(jì)一個(gè)新的三維建模方法。

1 基于地質(zhì)大數(shù)據(jù)的礦山工程地質(zhì)建模方法研究

1.1 分析地質(zhì)大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源

在得到地質(zhì)大數(shù)據(jù)后，建立起一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)用來(lái)存儲(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作中得到的勘查數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類(lèi)型主要包括我國(guó)地質(zhì)大隊(duì)的勘探得到的勘探區(qū)概況、地震測(cè)試分析、礦山生產(chǎn)開(kāi)采管理以及綜合研究等其他數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是開(kāi)展三維地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)三維建模的工作流程和需求，我們可以利用得到的大數(shù)據(jù)建立一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)集市，直接從模擬的數(shù)據(jù)集市操作環(huán)境中獲取建模過(guò)程中所需要的數(shù)據(jù)[2]。由于需要使用的數(shù)據(jù)具有源頭眾多、數(shù)據(jù)種類(lèi)眾多、結(jié)構(gòu)差異明顯等顯著特征，在數(shù)據(jù)集市中，應(yīng)根據(jù)不同的類(lèi)型、粒度和維度進(jìn)行數(shù)據(jù)集成、清洗和提取，然后自下而上進(jìn)行構(gòu)建。大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源的邏輯實(shí)際上是一種中間層數(shù)據(jù)模型，其概念模型示意圖如下：

圖1 地質(zhì)大數(shù)據(jù)集市概念示意圖

通過(guò)對(duì)地質(zhì)大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析，得到了概念模型以及其中所包含的信息與維度表的相關(guān)描述。在這個(gè)概念模型中，主要包括以下內(nèi)容，地層維度表、圍巖維度表、礦化蝕變維度表、數(shù)據(jù)集市事實(shí)表、物探異常維度表、礦體維度表。每一個(gè)維度表中，都包含了與其主題相關(guān)的內(nèi)容描述，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 數(shù)據(jù)集市數(shù)據(jù)源類(lèi)型

將地質(zhì)大數(shù)據(jù)按照上表中的形式完成分類(lèi)，可以得到一套有編碼體系的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。至此完成地質(zhì)大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源的分析。

1.2 基于大數(shù)據(jù)的三維隱式建模

在本文所選擇的建模方法中，與傳統(tǒng)的顯式建模方法有所不同。顯式建模主要依靠的是建模人員的主觀認(rèn)識(shí)，以大量的人機(jī)交互為主，輸入的數(shù)據(jù)需要具有一致的類(lèi)型與尺度，例如勘探工程和分析的剖面都需要相同。但是本文選擇的隱式建模的技術(shù)核心為空間插值模擬，不需要大量的人機(jī)交互工作，只要將插值方法和參數(shù)確定并輸入后，程序可以自動(dòng)模擬出地質(zhì)對(duì)象內(nèi)部空間的屬性數(shù)據(jù)場(chǎng)，內(nèi)部設(shè)置的約束條件能夠動(dòng)態(tài)提取并生成三維模型，快速完成建模過(guò)程。在建模過(guò)程中，人機(jī)交互工作量與傳統(tǒng)的方法相比大大減少，因此在能夠重現(xiàn)建模結(jié)果的同時(shí)，能夠輕松的達(dá)到實(shí)時(shí)、快速動(dòng)態(tài)更新建模的效果，使礦山工程地質(zhì)勘查工作中需要的三維地質(zhì)模型與最新的地質(zhì)大數(shù)據(jù)同步。另外，使用地質(zhì)大數(shù)據(jù)利用隨機(jī)模擬來(lái)構(gòu)造模型時(shí)，可以同時(shí)生成多個(gè)等概率的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型[3]。因而，隱式建模從方法原理的角度，更貼合三維建模初始目的，也更容易發(fā)揮建模結(jié)果的價(jià)值。因此在模型構(gòu)建過(guò)程中，需要利用經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)源分析和處理的大數(shù)據(jù)，建模流程如下所示。

圖2 基于地質(zhì)大數(shù)據(jù)的三維建模流程

在上圖的流程中，還涉及到大數(shù)據(jù)的特征挖掘。這其中就需要用到基于Map/Reduce或是Spark平臺(tái)提供的一些并行計(jì)算模式以及空間的索引技術(shù)。在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法日益成熟的今天，從地質(zhì)大數(shù)據(jù)中，挑選出與研究區(qū)地質(zhì)因素和模式相匹配的信息數(shù)據(jù)并是不什么困難的事，將挖掘到的直方圖等訓(xùn)練圖像的特征要素以直接或稍加調(diào)整后，就可以將這些處理后的特征信息應(yīng)用到后續(xù)的三維地學(xué)建模過(guò)程中。根據(jù)得到的模型，在礦山工程地質(zhì)勘查工作中，能夠提供一些參考。

2 地質(zhì)大數(shù)據(jù)對(duì)礦山工程地質(zhì)勘查工作的影響研究

從上述的分析可以看出，在礦山工程地質(zhì)勘查工作中，能夠?qū)Σ杉降牡刭|(zhì)信息進(jìn)行有效的分析，為勘查工作提供一定的可靠依據(jù)，提高工作的效率。具體分析地質(zhì)大數(shù)據(jù)對(duì)礦山工程地質(zhì)勘查工作的影響，可以劃分為以下幾點(diǎn)：

（1）提高礦山工程地質(zhì)勘查工作部門(mén)的工作能力。礦山工程勘查的工作量巨大，需要考察的信息量很多，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)無(wú)法覆蓋當(dāng)下現(xiàn)代化儀器的要求，因此需要提高勘查工作部門(mén)的工作能力與效率。地質(zhì)勘探工作范圍主要包括地文和氣候，耗時(shí)長(zhǎng)，項(xiàng)目多。有了地質(zhì)大數(shù)據(jù)的支持，其自身包含很多的樣本數(shù)據(jù)，在提高礦山工程地質(zhì)信息多樣化的同時(shí)，可以有效提高工作效率和工作水平。

（2）推進(jìn)了地質(zhì)勘探工作方式的轉(zhuǎn)變。常規(guī)的地質(zhì)勘探工作方式覆蓋的信息量小，勘探過(guò)程中依靠增加人力和物力對(duì)要點(diǎn)信息進(jìn)行豐富和擴(kuò)充。但是對(duì)于礦山工程的地理信息來(lái)說(shuō)，地勢(shì)因素、人為因素都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，導(dǎo)致變化速度快，常規(guī)的地質(zhì)勘探工作方式具有很強(qiáng)的限制性和阻礙性，且從單一視角下得到的勘探結(jié)果保留了一定的誤差。本文應(yīng)用地質(zhì)大數(shù)據(jù)后，能精簡(jiǎn)工作流程，節(jié)約人力和物力，加速礦山工程的地質(zhì)勘查進(jìn)程，對(duì)地質(zhì)勘查工作提供可靠的參考依據(jù)，為地理信息勘查工作方式的改變奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）能夠優(yōu)化礦山工程地質(zhì)勘查的工作性能?；趥鹘y(tǒng)的礦山工程地質(zhì)勘查在工作中的性能較低，不能從自身工作任務(wù)出發(fā)，有效合理記錄巨大的地理信息量，不僅如此，在記錄下海量信息后，還需要耗費(fèi)大量的時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。甚至有時(shí)候巨大的數(shù)據(jù)量缺乏相關(guān)的信息參考，根本無(wú)從分析，這就在一定程度上降低了礦山工程地質(zhì)勘查的準(zhǔn)確性，從而降低礦山工程地質(zhì)勘查工作的質(zhì)量和效率，難以讓得到的工作數(shù)據(jù)發(fā)揮其最大利用價(jià)值。利用地質(zhì)大數(shù)據(jù)，借助其獨(dú)有的數(shù)據(jù)處理能力，不斷促進(jìn)地質(zhì)勘查的工作效率，能夠在有限時(shí)間內(nèi)完成對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理升級(jí)優(yōu)化，從而減少數(shù)據(jù)分析的時(shí)間，提升信息處理的效率，從而確保礦山工程地質(zhì)勘查得到數(shù)據(jù)信息具有一定的有效性、實(shí)用性和及時(shí)性，數(shù)據(jù)信息發(fā)揮最大價(jià)值，進(jìn)而保障礦山工程地質(zhì)勘查結(jié)果的精準(zhǔn)性。

3 結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)是信息時(shí)代發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是今后各領(lǐng)域工作發(fā)展中的重要工具。本文利用地質(zhì)大數(shù)據(jù)技術(shù)，提高了礦山工程地質(zhì)勘查的工作效率，優(yōu)化勘查結(jié)果。率。另外，將地質(zhì)大數(shù)據(jù)與礦山工程地質(zhì)勘查工作相結(jié)合，利用地質(zhì)大數(shù)據(jù)本身具備的優(yōu)點(diǎn)，合理科學(xué)的應(yīng)用到地理信息勘探工作中，對(duì)未來(lái)勘探行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。