面向全生命周期的礦山地測(cè)數(shù)字化平臺(tái)設(shè)計(jì)*

徐剛強(qiáng)，劉艷紅，李文新

(1.湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410151； 2.長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410014； 3.湖南有色環(huán)保研究院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 411499)

礦山地測(cè)工作是一項(xiàng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要技術(shù)基礎(chǔ)工作，是礦山地質(zhì)信息揭露和儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理的重要手段，其任務(wù)是系統(tǒng)地研究礦山地層、構(gòu)造、巖石、礦產(chǎn)等地質(zhì)特征，為找探礦、水文及工程地質(zhì)、資源綜合利用等提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料，貫穿于礦產(chǎn)資源勘查、礦山基建、開采運(yùn)營(yíng)及閉坑的全生命周期[1]。

1 地測(cè)工作中常見的問題

礦山地測(cè)工作包括地測(cè)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、成果整理三個(gè)階段[2]?，F(xiàn)有礦山地測(cè)工作的各階段都存在一些問題，較大地制約了礦山的生產(chǎn)和發(fā)展。

（1）地測(cè)設(shè)計(jì)階段存在的常見問題。地測(cè)設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是編制設(shè)計(jì)方案，明確地測(cè)任務(wù)及目的，需要收集與項(xiàng)目有關(guān)的所有地質(zhì)資料、原有研究成果及必要的實(shí)地考察。然而，現(xiàn)有的一些地測(cè)設(shè)計(jì)方案內(nèi)容敘述往往千篇一律，針對(duì)性不強(qiáng)，對(duì)已有資料收集不全或分析不足，可靠度受人為因素制約較大。

（2）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)階段存在的問題?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下問題：地測(cè)工作量估計(jì)不足，工作比較被動(dòng)，整體工作量增加；地測(cè)結(jié)果誤差較大，不能滿足工程的要求；現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員未嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)規(guī)程，或井下作業(yè)環(huán)境昏暗、嘈雜等因素影響，造成現(xiàn)場(chǎng)記錄錯(cuò)誤。

（3）成果整理階段存在的問題。地測(cè)信息包括各種原始測(cè)量和觀測(cè)數(shù)據(jù)，以及各種礦圖、報(bào)表和計(jì)算成果等，是地測(cè)工作的集中反映，是礦山生產(chǎn)和管理工作的重要依據(jù)。其數(shù)據(jù)量大、覆蓋面廣，目前大多以紙質(zhì)資料、文檔、表格、CAD圖件、三維模型、信息系統(tǒng)等多種形式，分散在不同的機(jī)構(gòu)或個(gè)人手里，以“碎片化”的形式存在，數(shù)據(jù)難以管理和利用。

此外，各專業(yè)軟件間相互獨(dú)立，各自為政，不同軟件間存在數(shù)據(jù)重復(fù)錄入情況[3]，成果難以延續(xù)和共享。

因此，目前礦山地測(cè)采等專業(yè)間協(xié)同性差，礦山工作質(zhì)量和效率不高等問題突出。

2 地測(cè)數(shù)字化進(jìn)展

近幾年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、三維可視化等新一代信息技術(shù)與礦山的融合發(fā)展，地測(cè)工作數(shù)字化、智能化建設(shè)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

劉艷紅[4]研發(fā)的超深井多源信息集成與安全管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了超深井工程建設(shè)過程中多源異構(gòu)數(shù)據(jù)（感知數(shù)據(jù)、工程管理數(shù)據(jù)）的集成與融合，實(shí)現(xiàn)了某超深井工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程管理等多源信息的可視化與安全管控，但在地測(cè)信息管理方面，主要是對(duì)已有地測(cè)工作成果的應(yīng)用，其前端地測(cè)信息采集、處理等過程并未涉及。陳鑫等[5]在地測(cè)采業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、地測(cè)采工作流程規(guī)范化的基礎(chǔ)上，基于數(shù)據(jù)中心研發(fā)了礦山生產(chǎn)技術(shù)協(xié)同平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了礦山生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)的高效流轉(zhuǎn)和共享，不足之處是該平臺(tái)地測(cè)采信息仍以電子文件形式傳遞，應(yīng)用范圍受限。柳波[6]將礦山地測(cè)數(shù)據(jù)劃分為空間數(shù)據(jù)、三維圖件、二維圖件和傳統(tǒng)附件4種類型，基于PostgreSQL數(shù)據(jù)庫建立了礦山空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理，但仍限于文件形式，尚未實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)應(yīng)用。

為了有效地利用礦山各階段的地測(cè)信息，為礦山生產(chǎn)計(jì)劃和高效管控提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與協(xié)同高效工作，有必要從地測(cè)工作源頭開始，開展以“礦產(chǎn)資源”信息流為主線的數(shù)字化管理，將這些多維信息基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行集成融合[7]。

3 地測(cè)數(shù)字化平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 建設(shè)原則與思路

地測(cè)數(shù)字化平臺(tái)應(yīng)該遵循以下5個(gè)原則：①以 地測(cè)工藝為核心，基于地測(cè)工藝分解進(jìn)行功能規(guī)劃；②充分利用礦山地測(cè)信息化現(xiàn)有成果和已有成熟的專業(yè)化軟件；③數(shù)據(jù)交付標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交換規(guī)則統(tǒng)一；④平臺(tái)支持?jǐn)U展、二次開發(fā)與整合；⑤平臺(tái)支持礦山全生命周期信息的快速積累與集成。

目前大部分一般非繼承性的信息化平臺(tái)都是在礦山全生命周期的節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行數(shù)據(jù)交付，數(shù)據(jù)以一種割裂式的方式積累，不同階段數(shù)據(jù)之間缺少關(guān)聯(lián)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)協(xié)同困難，無法實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用。而數(shù)字化平臺(tái)，則以“礦產(chǎn)資源”數(shù)字化為主線，跨平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多源信息集成融合，支持全生命周期不同階段的數(shù)據(jù)累積式增加，見圖1。

遵循上述建設(shè)原則，建立一套貫穿礦山全生命周期的系統(tǒng)平臺(tái)，打破各階段、各工具軟件、各專業(yè)之間的“信息壁壘”，確保地測(cè)數(shù)據(jù)的完整性、一致性，為礦山全生命周期數(shù)據(jù)協(xié)同提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可為礦山數(shù)字化、智能化、智慧化建設(shè)提供工程數(shù)據(jù)底座，見圖2。

圖1 礦山全生命周期數(shù)據(jù)累積

圖2 建設(shè)思路

3.2 平臺(tái)架構(gòu)

按照建設(shè)原則及思路，建立礦山地測(cè)數(shù)字化平臺(tái)，見圖3。

（1）數(shù)據(jù)來源：按照工作階段劃分，包括地測(cè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、地測(cè)作業(yè)數(shù)據(jù)、地測(cè)成果數(shù)據(jù)；按照地測(cè)工作手段劃分，包括物化探數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、取樣工程數(shù)據(jù)；按照數(shù)據(jù)形式劃分，包括三維模型、二維結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)加工處理：對(duì)于各種專業(yè)軟件輸出的二三維結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，就其屬性信息進(jìn)行檢查和補(bǔ)充，對(duì)象模型編碼補(bǔ)充等；對(duì)掃描件等文檔進(jìn)行OCR自動(dòng)識(shí)別；對(duì)三維模型進(jìn)行輕量化處理；對(duì)數(shù)據(jù)清洗校驗(yàn)規(guī)則進(jìn)行定義，達(dá)到自動(dòng)處理。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：根據(jù)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)類型，建立專項(xiàng)分類數(shù)據(jù)庫，將地測(cè)數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的高速互通。

（4）業(yè)務(wù)應(yīng)用：建設(shè)各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，包括云協(xié)同系統(tǒng)、項(xiàng)目管理系統(tǒng)、數(shù)字化移交系統(tǒng)、三維看板系統(tǒng)、數(shù)字資產(chǎn)管理系統(tǒng)，通過綜合集成實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心各類數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)分析與應(yīng)用，最后將數(shù)據(jù)應(yīng)用結(jié)果推送到各類終端（如：智能移動(dòng)設(shè)備、PC端、大屏顯示系統(tǒng)等）進(jìn)行展示。

圖3 平臺(tái)架構(gòu)

3.3 平臺(tái)功能特點(diǎn)

平臺(tái)以數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，涉及設(shè)計(jì)、設(shè)備材料采購(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)施工、成果整理等不同階段數(shù)據(jù)的采集與交付。平臺(tái)功能特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置。參照ISO15926、CFIHOS等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以及石油化工[8]、電力行業(yè)[9-10]等國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合礦山行業(yè)特點(diǎn)編制企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，形成數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)體系，并內(nèi)置于平臺(tái)中，交付標(biāo)準(zhǔn)包括管理規(guī)范、技術(shù)規(guī)范、基礎(chǔ)定義等（見圖4）。功能包括對(duì)象分類、屬性組、屬性等。

圖4 數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)

（2）數(shù)據(jù)采集與展示。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集：強(qiáng)大的數(shù)據(jù)格式兼容能力，可以對(duì)不同專業(yè)軟件輸出的三維模型進(jìn)行采集，文檔與邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)也可實(shí)現(xiàn)采集。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)采集：結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)APP應(yīng)用以及巖芯快速掃描等設(shè)備，實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)采集、傳輸至云數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[11]。多源結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采集：對(duì)于數(shù)據(jù)不同的來源（其他信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、表格等），通過數(shù)據(jù)處理工具，進(jìn)行自動(dòng)抽取、清洗與轉(zhuǎn)換，以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。紙質(zhì)文件采集：基于OCR識(shí)別技術(shù)，快速建立索引以供檢索。

（3）關(guān)聯(lián)關(guān)系?；陉P(guān)系圖譜實(shí)現(xiàn)三維模型、邏輯關(guān)系、文檔、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等之間的關(guān)聯(lián)，見圖5。

圖5 關(guān)系圖譜

（4）成果檢審。地測(cè)采各專業(yè)通過云協(xié)同平臺(tái)隨時(shí)查看輸出的成果（模型/文件），并實(shí)現(xiàn)成果審查，成果檢審流程見圖6。

平臺(tái)提供審閱批注、在線評(píng)論、信息查閱、協(xié)同流程等功能。

（5）二三維聯(lián)動(dòng)。平臺(tái)支持成果可視化，智能二三維聯(lián)動(dòng)。如點(diǎn)擊某鉆孔工程某取樣段，則該鉆孔工程該取樣段的剖面圖信息對(duì)應(yīng)呈現(xiàn)。

（6）數(shù)據(jù)總覽。通過一個(gè)界面，將對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)文件、三維模型、邏輯關(guān)系圖，關(guān)聯(lián)對(duì)象等信息集中展示。

圖6 成果檢審流程

（7）全局信息檢索。通過關(guān)鍵字，對(duì)系統(tǒng)中的內(nèi)容（模型、關(guān)聯(lián)關(guān)系、圖紙、文檔、屬性）進(jìn)行快速檢索查詢，支持全文檢索及對(duì)檢索的結(jié)果進(jìn)行二次檢索過濾。

（8）APP應(yīng)用。通過移動(dòng)端APP，可便捷采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可隨時(shí)查看地測(cè)工作進(jìn)度和成果質(zhì)量等。

3.4 預(yù)期效果

（1）各專業(yè)軟件重構(gòu)集成。平臺(tái)支持多種軟件重構(gòu)集成，統(tǒng)一各軟件的數(shù)據(jù)庫為一體化數(shù)據(jù)庫，去掉重復(fù)部分，保證數(shù)據(jù)源的準(zhǔn)確性、一致性[11]，可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為礦山數(shù)字化、智能化建設(shè)提供工程數(shù)據(jù)底座。

（2）可視化管理。二三維聯(lián)動(dòng)使得設(shè)計(jì)審查、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理、成果檢審實(shí)現(xiàn)可視化管理，如通過工程項(xiàng)目管理與三維模型關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)不同階段模型變色，動(dòng)態(tài)直觀地顯示不同階段的完成情況，使相關(guān)人員及時(shí)準(zhǔn)確地了解工程的進(jìn)度和總體情況。

（3）綜合信息集成。平臺(tái)本質(zhì)上是一個(gè)數(shù)字化集成平臺(tái)，可有效搜集、管理、共享工程信息。隨著地質(zhì)工程的不斷揭露，以“礦產(chǎn)資源”數(shù)字化為主線的礦山資源環(huán)境及其開采利用過程一目了然，不僅可以實(shí)現(xiàn)工程可追溯管理，且所有數(shù)據(jù)基于云平臺(tái)協(xié)同共享，大大提高了礦山工作質(zhì)量和 效率。

（4）二三維一體化監(jiān)控。基于關(guān)聯(lián)性處理和強(qiáng)大的信息檢索，能更精準(zhǔn)地進(jìn)行工程項(xiàng)目任務(wù)下 達(dá)、人員和設(shè)備管理、數(shù)據(jù)采集、成果整理等一體化管控。

4 結(jié)論

針對(duì)礦山地測(cè)工作中常見的問題，設(shè)計(jì)了以“礦產(chǎn)資源”數(shù)字化為主線的、面向礦山全生命周期的地測(cè)數(shù)字化平臺(tái)。

（1）數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)是礦山地測(cè)數(shù)字化平臺(tái)的基礎(chǔ)和根據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)處理與加工保證了數(shù)據(jù)源的準(zhǔn)確性、一致性，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)累積式增加，為礦山數(shù)字化、智能化建設(shè)提供工程數(shù)據(jù)底座。

（3）關(guān)聯(lián)關(guān)系處理實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的重構(gòu)與集成融合，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)流轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。

（4）地測(cè)數(shù)字化平臺(tái)本質(zhì)是多源信息綜合集成，其基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)的融合，可為各專業(yè)數(shù)據(jù)共享與協(xié)同提供支撐。