3D Mine軟件在非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量計(jì)算中的應(yīng)用

張琪　劉興龍　孟冬青　龍承濤　鄭琴　郝河

摘 要：目前，在北京市域內(nèi)非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量計(jì)算工作中，普遍使用的計(jì)算方法有CASS軟件DTM土石方計(jì)算法和垂直縱投影（水平投影）法，但在實(shí)際運(yùn)用中這兩種方法均存在一定缺陷，前者運(yùn)算過(guò)程復(fù)雜，且難以查錯(cuò)，后者計(jì)算結(jié)果誤差較大。利用3D Mine軟件，計(jì)算北京市某村非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量，計(jì)算結(jié)果經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)證實(shí)與實(shí)際情況高度吻合，證明3D Mine軟件計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠。該方法具有操作簡(jiǎn)便、易于查錯(cuò)、三維可視化、成果直觀等優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：非法開(kāi)采；礦產(chǎn)資源；3D Mine軟件；資源量計(jì)算

3D Mine software for mineral resources calculation of illegal mining

ZHANG Qi， LIU Xinglong， MENG Dongqing， LONG Chengtao， ZHENG Qin， HAO He

（Beijing Institute of Mineral Resources and Geology， Beijing 101500， China）

Abstract： At present， two common calculation methods i.e. Cass DTM two-period earthwork calculation and vertical longitudinal projection （horizontal projection） are available for calculation of illegal mining mineral resources in Beijing. However， in practical application， both methods have defects. The former is too complicated and difficult for error check， while the latter is not accurate and often produces wrong results. This paper uses 3D Mine software to calculate the amount of illegal mining mineral resources at a certain village in Beijing and systematically describes its technical principle and application process. The calculation results have been confirmed and proved to be true， reliable and highly consistent with the actual situation. This method has the advantages of simple operation， fast error-checking， 3D visualization and intuitive results.

Keywords： illegal Mining; mineral resources; 3D Mine software; resource calculation

近年來(lái)北京市對(duì)非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源一直保持高壓態(tài)勢(shì)，堅(jiān)決嚴(yán)厲打擊，但發(fā)生非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源案件趨勢(shì)仍然有所升高。僅2022年上半年，北京市已發(fā)生非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源案件十余起。目前，在北京市域內(nèi)非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源破壞價(jià)值鑒定中，計(jì)算非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量常用的計(jì)算方法主要有CASS軟件DTM土石方計(jì)算法和傳統(tǒng)的垂直縱投影（水平投影）法。

傳統(tǒng)的垂直縱投影（水平投影）法多用于固體金屬礦產(chǎn)資源非法開(kāi)采資源量計(jì)算。由于發(fā)生非法開(kāi)采后很難對(duì)原地形地貌、礦體規(guī)模形態(tài)等進(jìn)行詳細(xì)確認(rèn)，只能是依據(jù)相關(guān)地形地質(zhì)資料、開(kāi)采現(xiàn)狀情況以及相關(guān)人員的范圍指認(rèn)、開(kāi)采描述等信息，結(jié)合地形、地質(zhì)礦產(chǎn)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行復(fù)原推測(cè)，再運(yùn)用傳統(tǒng)的垂直縱投影（水平投影）法進(jìn)行開(kāi)采礦產(chǎn)資源量的計(jì)算。此計(jì)算方法需將礦體認(rèn)定為規(guī)則形態(tài)，而現(xiàn)實(shí)中的礦體多為不規(guī)則形態(tài)，計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)際情況存在較大誤差，故本文中不對(duì)該方法進(jìn)行對(duì)比分析。

CASS軟件DTM土石方計(jì)算法多用于砂石料礦及建筑用石料礦等露天非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量的計(jì)算。此計(jì)算方法是以野外采集的地形特征線和細(xì)部地形點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)建立DTM模型生成三角網(wǎng)（即相鄰的3個(gè)點(diǎn)連成互不重疊的三角形）來(lái)計(jì)算每一個(gè)三棱柱或三棱錐的挖填方量，最后累積得到指定范圍內(nèi)的土石方挖方量與填方量（王斌強(qiáng)等，2016）。DTM法與傳統(tǒng)的土石方計(jì)算方法相比，已經(jīng)大大減少了計(jì)算工作量和野外施測(cè)工作量，目前大量的研究和實(shí)踐表明DTM 法在計(jì)算土石方工作中具有可靠的精度和廣泛的應(yīng)用性（吳清海，2008；陳黎陽(yáng)，2010；李英龍等，2005；馮瓊瑛等，2014；常青，2013；李志林等，2000）。但CASS軟件DTM土石方計(jì)算法不具三維可視化，計(jì)算過(guò)程出錯(cuò)不易檢查和糾正，使用過(guò)程需要借助CAD軟件（程亮等，2021）。

近年來(lái)3D Mine軟件以其三維可視化、操作簡(jiǎn)便、成果直觀、易于查錯(cuò)等明顯優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于礦山三維建模及礦產(chǎn)儲(chǔ)量估算等領(lǐng)域，但在非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源破壞價(jià)值鑒定中的運(yùn)用尚不多見(jiàn)。本文選取北京市2022 年上半年非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源典型案例，運(yùn)用3D Mine軟件計(jì)算非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量，分析計(jì)算原理，詳細(xì)介紹計(jì)算過(guò)程，論述3D Mine軟件三角網(wǎng)法在非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量計(jì)算工作中的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景。

1? 3D Mine三角網(wǎng)法體積計(jì)算

3D Mine軟件三角網(wǎng)法基本原理是將上表面三角網(wǎng)投影到下表面，形成新的結(jié)點(diǎn)，新結(jié)點(diǎn)連接成的三角網(wǎng)向上延伸成為三棱柱，將三棱柱作為計(jì)算單元（甘能儉等，2021），累加算出總體積（北京東澳達(dá)科技有限公司，2019）。

1.1? DTM與DEM

DTM（digital terrain model）數(shù)字地形模型是一個(gè)表示地面特征空間分布的數(shù)據(jù)庫(kù)，一般用一系列地面點(diǎn)坐標(biāo)（x、y、z）及地表屬性絎成數(shù)據(jù)陣列，以此組成數(shù)字地面模型（白曉慧等，2020）。當(dāng)DTM地形特征點(diǎn)僅表示地面點(diǎn)的高程，就將這種數(shù)字地形描述稱為DEM（digital elevation model）數(shù)字高程模型（胡昌龍等，2004）。

DEM以三維的形式呈現(xiàn)所測(cè)區(qū)域的地貌特征，通過(guò)高差的對(duì)比得到地表形態(tài)的微弱變化，從專業(yè)技術(shù)方面來(lái)講，DEM 點(diǎn)位高程數(shù)據(jù)直接由外業(yè)實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)得到，該數(shù)據(jù)具有精度高、密度大等優(yōu)點(diǎn)，利用此數(shù)據(jù)形成的剖面圖具有較高的可靠性（陸全輝等，2016）。

1.2? 數(shù)據(jù)采集及計(jì)算原理

地質(zhì)及測(cè)量技術(shù)人員根據(jù)野外采場(chǎng)實(shí)際情況，選取合理測(cè)量點(diǎn)位、規(guī)范布設(shè)測(cè)量點(diǎn)密度，由測(cè)量技術(shù)人員實(shí)地測(cè)量各點(diǎn)位坐標(biāo)（x、y）和高程（z）數(shù)據(jù)，獲取開(kāi)采前原地形DEM數(shù)字高程模型和開(kāi)采后現(xiàn)狀地形DEM數(shù)字高程模型，根據(jù)執(zhí)法人員和嫌疑人提供信息，測(cè)量獲取非法開(kāi)采范圍數(shù)據(jù)。利用測(cè)量獲取的DEM數(shù)據(jù)和非法開(kāi)采范圍數(shù)據(jù)，直接生成原狀DTM表面模型、現(xiàn)狀DTM表面模型以及非法開(kāi)采范圍線文件。

3D Mine軟件三角網(wǎng)法體積計(jì)算原理是將原狀DTM表面三角網(wǎng)垂直向下投影到現(xiàn)狀DTM表面上。在現(xiàn)狀DTM表面上，兩期三角網(wǎng)相交處形成新的結(jié)點(diǎn)，新結(jié)點(diǎn)與現(xiàn)狀DTM表面三角網(wǎng)結(jié)點(diǎn)連接成疊加的新的三角網(wǎng)，新三角網(wǎng)垂直向上延伸至原狀DTM表面成為若干個(gè)三棱柱體，將每個(gè)三棱柱體作為一個(gè)計(jì)算單元（甘能儉等，2021），分別計(jì)算體積，最后將所有體積累加計(jì)算開(kāi)采范圍內(nèi)的總體積，即為非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量。

分臺(tái)階計(jì)算不同高程范圍內(nèi)非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量，其原理與上述原理相同，只是軟件在不同高程虛擬一個(gè)水平的中間DTM表面，以這個(gè)虛擬的水平DTM表面分別參與其上下相鄰的DTM表面間的體積計(jì)算，并按照不同臺(tái)階報(bào)出非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量計(jì)算結(jié)果。

2? 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及計(jì)算過(guò)程

研究區(qū)位于北京市P區(qū)D村，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源為建筑用白云巖。根據(jù)涉案嫌疑人現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)的開(kāi)采范圍實(shí)地測(cè)量獲得了非法開(kāi)采范圍邊界，采場(chǎng)范圍較大，呈東西向展布，東西長(zhǎng)80～90 m，南北寬20～50 m，采場(chǎng)底部為平臺(tái)，邊部為斜坡。

2.1? 數(shù)據(jù)采集及準(zhǔn)備

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合1∶500地形測(cè)量，獲得研究區(qū)地形、地質(zhì)數(shù)據(jù)。為保障數(shù)據(jù)采集的科學(xué)性、真實(shí)性和有效性，首先應(yīng)確定非法開(kāi)采范圍，非法開(kāi)采范圍須由執(zhí)法人員及嫌疑人現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)確定，由技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記；在確定非法開(kāi)采范圍后，由測(cè)量員采用中海達(dá)網(wǎng)絡(luò)RTK與全站儀結(jié)合的方法測(cè)量地形，比例尺1∶500，測(cè)量精度平面2～3 cm、高程3～4 cm；再由地質(zhì)人員運(yùn)用穿越法和追索法開(kāi)展地質(zhì)測(cè)量，形成1∶500地形地質(zhì)測(cè)量成果。測(cè)量結(jié)果能夠真實(shí)反映調(diào)查區(qū)現(xiàn)狀，滿足調(diào)查要求，符合相關(guān)規(guī)范、規(guī)程要求。

將野外測(cè)量數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入3D Mine軟件中，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)生成開(kāi)采范圍，開(kāi)采范圍應(yīng)為閉合多段線或閉合曲線。對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行篩選，分別生成開(kāi)采前原狀DTM表面模型（圖1-a）和現(xiàn)狀地形DTM表面模型（圖1-b）。

將生成的開(kāi)采范圍、開(kāi)采前原狀DTM表面模型和現(xiàn)狀地形DTM表面模型，分別保存為開(kāi)采范圍.3ds文件、原狀.3dm文件、現(xiàn)狀.3dm文件。

2.2? 計(jì)算過(guò)程及操作步驟

將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)調(diào)入圖形區(qū)，選擇【表面】→【體積計(jì)算】→【三角網(wǎng)法】，彈出兩個(gè)DTM之間體積計(jì)算對(duì)話框（田昌貴等，2013），如圖2。

圖2中需要設(shè)置如下內(nèi)容：

【生成實(shí)體】指生成挖方部分的實(shí)體模型。

【垂直移動(dòng)距離】是將生成的實(shí)體沿Z軸方向移動(dòng)的距離。

【打印報(bào)告】是將計(jì)算出的高程、三角網(wǎng)面積、工程量等參數(shù)和圖形發(fā)送到3D Mine圖軟件中，用于查看、編輯和打印等。

【按臺(tái)階分類匯報(bào)】指分不同的高度區(qū)間進(jìn)行報(bào)量。表達(dá)式格式為枚舉型、步距型、混合型。其中：枚舉型：數(shù)字之間以“，”（英文半角，下同）間隔，如“0，1，3”表示從0-1，1-3段的信息；步距型：數(shù)字之間以“，”間隔，如“1，300，5”，表示以1為起點(diǎn)，3為終點(diǎn)，5為步距的分段信息； 混合型：是以上兩種類型的混合。

【計(jì)算閉合線內(nèi)的量】是指報(bào)告內(nèi)容選擇挖方量。

【網(wǎng)格圖報(bào)量】是將計(jì)算區(qū)域劃分為若干網(wǎng)格，分別為每個(gè)網(wǎng)格報(bào)量。

設(shè)置完畢，點(diǎn)擊“確定”，根據(jù)狀態(tài)欄提示，單擊或框選開(kāi)采邊界線，點(diǎn)擊右鍵選擇完畢，再依次點(diǎn)擊開(kāi)挖前原狀DTM表面模型，開(kāi)挖后現(xiàn)狀地形DTM表面模型，操作完成，生成挖方部分實(shí)體模型（圖3）、工程量驗(yàn)收單及分類報(bào)告。

3? 計(jì)算成果及可靠性分析

經(jīng)過(guò)前期數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)備工作，運(yùn)用3D Mine軟件三角網(wǎng)法按照簡(jiǎn)單的操作步驟，計(jì)算出非法開(kāi)采的白云巖資源量為7 021.55 m3，20～30 m高程挖方體積為7 021.32 m3，30～40 m高程挖方體積為0.23 m3。通過(guò)與執(zhí)法人員確認(rèn)，此計(jì)算成果與實(shí)際情況非常吻合。

為了更加準(zhǔn)確地驗(yàn)證3D Mine軟件三角網(wǎng)法資源量計(jì)算的可靠性，本文運(yùn)用CASS 9.1軟件DTM土石方計(jì)算法（圖4）對(duì)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。CASS軟件DTM土石方計(jì)算法在非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量計(jì)算項(xiàng)目中已經(jīng)運(yùn)用多年，業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)可。經(jīng)核算，北京市P區(qū)D村涉嫌非法開(kāi)采量為7 022.2 m3。對(duì)3D Mine軟件三角網(wǎng)法、CASS軟件DTM土石方計(jì)算法2次計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩次計(jì)算結(jié)果非常相近，誤差不足萬(wàn)分之一。實(shí)踐證明3D Mine軟件在非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量的計(jì)算中，計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠。

CASS軟件DTM土石方計(jì)算法，需要先用CAD軟件進(jìn)行前期的數(shù)據(jù)處理加工，再將加工過(guò)的多張矢量圖件進(jìn)行存儲(chǔ)，最后導(dǎo)入CASS軟件中進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜。相比之下，本文所述的3D Mine軟件三角網(wǎng)法更具有簡(jiǎn)單、高效、直觀等優(yōu)勢(shì)。

4? 結(jié)論與建議

1）利用3D Mine軟件三角網(wǎng)法計(jì)算北京市某村涉嫌非法開(kāi)采白云巖資源量，計(jì)算結(jié)果為7 021.55 m3，與實(shí)際情況非常吻合。對(duì)比CASS軟件DTM土石方計(jì)算法，3D Mine軟件三角網(wǎng)法計(jì)算結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠，方法可行。

2）3D Mine軟件三角網(wǎng)法操作過(guò)程簡(jiǎn)便，簡(jiǎn)單易學(xué)，并且三維可視，更易查錯(cuò)，成果更具說(shuō)服力。將其應(yīng)用于非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量計(jì)算，可以提高工作效率和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3）3D Mine軟件三角網(wǎng)法在非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量計(jì)算工作中，計(jì)算成果的精度與選取測(cè)量點(diǎn)的可靠性和測(cè)量點(diǎn)的密度相關(guān)，原則上測(cè)量點(diǎn)位的選取越合理、測(cè)量點(diǎn)的密度越大，計(jì)算成果越接近真實(shí)值。

聲明：本文僅利用北京市P區(qū)D村案例探討交流技術(shù)方法，不作為任何證據(jù)或佐證依據(jù)。

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收稿日期：2023-01-06；修回日期：2023-02-27

第一作者簡(jiǎn)介：張琪（1989- ），男，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等研究工作。E-mail：877840928@ qq.com

引用格式：張琪，劉興龍，孟冬青，龍承濤，鄭琴，郝河，2023.3D Mine軟件在非法開(kāi)采礦產(chǎn)資源量計(jì)算中的應(yīng)用［J］.城市地質(zhì)，18（1）：117-121