何貞健

　?。ǜＶ菔袊?guó)土資源測(cè)繪隊(duì)，福建 福州 350011）

       摘要：針對(duì)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量管理中動(dòng)態(tài)監(jiān)管難度大、數(shù)據(jù)質(zhì)量低的問題，根據(jù)儲(chǔ)量管理部門對(duì)礦山日常勘探與開發(fā)工作的監(jiān)管需求，設(shè)計(jì)開發(fā)了固體礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量三維動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)定位、系統(tǒng)功能和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，以三維虛擬空間為背景，基于3DMine和ArcGIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)開發(fā)，并以龍巖市馬坑鐵礦資源儲(chǔ)量三維模型數(shù)據(jù)為例進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證，系統(tǒng)達(dá)到了數(shù)據(jù)直觀可視、儲(chǔ)量估算便捷、監(jiān)管比查有據(jù)的應(yīng)用效果。

　　關(guān)鍵詞：三維地質(zhì)建模；三維可視化；資源儲(chǔ)量；動(dòng)態(tài)管理

　　中圖分類號(hào)：TP39; P628文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI10.19358/j.issn.16747720.2016.20.026

　　引用格式：何貞健. 固體礦產(chǎn)儲(chǔ)量三維動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35（20）：9395.

0引言

　　近年來，我省在礦政管理信息化建設(shè)方面做了大量工作，具備了一定的基礎(chǔ)。但儲(chǔ)量管理仍存在動(dòng)態(tài)監(jiān)管難度大、數(shù)據(jù)質(zhì)量低的問題［12］，表現(xiàn)在：(1）礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)復(fù)雜，依靠常規(guī)管理手段，基層管理人員難以對(duì)礦山具體開采變化情況進(jìn)行比對(duì)、核查；(2）“一帳三圖”的質(zhì)量難以保證，儲(chǔ)量年度統(tǒng)計(jì)和“三率”考核數(shù)據(jù)失真；(3）礦山提交的數(shù)據(jù)缺少連續(xù)性，可靠性較低，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)、精細(xì)、規(guī)范化管理。礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有真三維、動(dòng)態(tài)變化的特征，具有極高的幾何形態(tài)和空間關(guān)系復(fù)雜性，依靠常規(guī)管理手段，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)、精細(xì)、規(guī)范化管理［3-6］。目前數(shù)字礦山逐步由二維向三維發(fā)展，三維地質(zhì)建模與可視化技術(shù)是構(gòu)建數(shù)字礦山的關(guān)鍵技術(shù)之一［7-8］。為適應(yīng)綠色礦政管理要求，提升礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量管理信息化水平，促進(jìn)儲(chǔ)量管理方式的根本性轉(zhuǎn)變，運(yùn)用三維地質(zhì)模型與可視化技術(shù)已成為必然選擇。本文基于龍巖市馬坑鐵礦地質(zhì)礦產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)開發(fā)出固體礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量三維動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)資源儲(chǔ)量估算、空間分析、儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)管的三維可視化、智能化和精細(xì)化。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.1系統(tǒng)定位

　　固體礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量三維動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)是面向相關(guān)儲(chǔ)量管理部門的需求，基于礦山三維資源儲(chǔ)量模型數(shù)據(jù)庫(kù)，以三維虛擬空間為背景，集成三維地質(zhì)建模、WebGIS等技術(shù)，采用3DMine和ArcGIS平臺(tái)二次開發(fā)出來的一個(gè)交互式半智能化的儲(chǔ)量三維空間信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)以主流三維礦業(yè)軟件生產(chǎn)的三維模型為主要輸入數(shù)據(jù)，同時(shí)兼容AutoCAD、南方CASS、MapGIS等礦山常用軟件的數(shù)據(jù)格式。系統(tǒng)首先能夠?qū)崿F(xiàn)三維模型可視化：直觀展現(xiàn)探礦程、礦區(qū)地形、礦山地質(zhì)體、礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量、礦石質(zhì)量等空間信息；其次能夠輔助儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)管：通過礦山儲(chǔ)量三維空間模型，直觀展現(xiàn)礦體探采對(duì)比情況及儲(chǔ)量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化情況，降低管理工作難度，提高儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性，夯實(shí)儲(chǔ)量管理工作基礎(chǔ)；最后能夠提供數(shù)據(jù)支撐：集成礦山開采回采率和不同礦種綜合利用率的計(jì)算方法，為礦山年度統(tǒng)計(jì)、“三率”指標(biāo)考核以及價(jià)款評(píng)估和資源補(bǔ)償費(fèi)征收等礦政管理工作提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支撐。

　　1.2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

　　根據(jù)系統(tǒng)定位，將系統(tǒng)功能劃分為數(shù)據(jù)匯交、動(dòng)態(tài)核查、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表輸出、綜合查詢、系統(tǒng)管理6個(gè)功能模塊。（1）數(shù)據(jù)匯交：實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山提交儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)匯交；（2）動(dòng)態(tài)核查：是本系統(tǒng)的重點(diǎn)部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山提交的儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的核查；（3）統(tǒng)計(jì)分析：可對(duì)某個(gè)行政區(qū)域內(nèi)的儲(chǔ)量變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)也可對(duì)某個(gè)礦山的歷年儲(chǔ)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；（4）報(bào)表輸出：主要是對(duì)礦山提交的儲(chǔ)量報(bào)表從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢調(diào)閱；（5）綜合查詢：可對(duì)相關(guān)的礦山的基本信息、儲(chǔ)量評(píng)審情況及礦山分布情況進(jìn)行查詢；（6）系統(tǒng)管理：用于系統(tǒng)用戶權(quán)限管理與系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　1.3系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　以計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境與網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)為依托，以礦產(chǎn)（礦山）資源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用B/S模式架構(gòu)，基于3DMine、ArcGIS、.NET技術(shù)平臺(tái)，構(gòu)建固體礦產(chǎn)儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享、數(shù)據(jù)服務(wù)、業(yè)務(wù)監(jiān)管，通過局域網(wǎng)和政務(wù)網(wǎng)進(jìn)行信息發(fā)布，同時(shí)為礦政管理相關(guān)應(yīng)用提供服務(wù)接口，與礦政綜合管理進(jìn)行有效銜接。系統(tǒng)以信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、數(shù)據(jù)交換體系及安全體系為保障，標(biāo)準(zhǔn)體系包括數(shù)據(jù)規(guī)范、服務(wù)規(guī)范和應(yīng)用規(guī)范，交換體系則包括數(shù)據(jù)、應(yīng)用和服務(wù)的綜合交換。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示，可劃分為基礎(chǔ)層（網(wǎng)絡(luò)層）、核心數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層4個(gè)層次：（1）基礎(chǔ)層（網(wǎng)絡(luò)層）為硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施；（2）核心數(shù)據(jù)層則由基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)庫(kù)、專業(yè)類數(shù)據(jù)庫(kù)、管理類數(shù)據(jù)庫(kù)、文檔資料數(shù)據(jù)庫(kù)等組成；（3）平臺(tái)層是基于關(guān)鍵軟件技術(shù)平臺(tái)對(duì)各類業(yè)務(wù)功能需求進(jìn)行服務(wù)封裝，以服務(wù)的方式提供給應(yīng)用層服務(wù)支撐，并與之交互；（4）應(yīng)用層則是基于平臺(tái)層開發(fā)各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，應(yīng)用范圍包括固體礦產(chǎn)三維儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)、相關(guān)礦政管理應(yīng)用接口等。

2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

　　2.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　以計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境與網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)為依托，以信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、數(shù)據(jù)交換體系及安全體系為保障，采用B/S模式，以三維虛擬空間為背景，基于3DMine和ArcGIS平臺(tái)開發(fā)出了固體礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量三維動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)［9-11］。圖1中涉及的系統(tǒng)功能模塊已都實(shí)現(xiàn)。

　　2.2系統(tǒng)應(yīng)用效果

　　針對(duì)資源儲(chǔ)量管理中動(dòng)態(tài)監(jiān)管難度大、數(shù)據(jù)質(zhì)量低的問題，系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)管理、查詢統(tǒng)計(jì)、動(dòng)態(tài)核查三大部分功能。（1）能夠?qū)崿F(xiàn)三維模型可視化：直觀展現(xiàn)礦山地質(zhì)體、探礦工程、開拓系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量、礦石質(zhì)量等空間信息。圖3（a）所示為2014年馬坑鐵礦儲(chǔ)量動(dòng)用信息，而疊加巷道工程可為必要的現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)提供準(zhǔn)確的位置信息。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化匯交：對(duì)資料管理、數(shù)據(jù)分析、評(píng)審備案、動(dòng)態(tài)監(jiān)管的網(wǎng)絡(luò)化集成。圖3（b）所示為在礦山分布圖上掌握宏觀礦山分布信息，明確礦山地理分布位置，可以查看礦山基本信息，還可以調(diào)出本礦山的三維模型信息。（3）能夠輔助儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)監(jiān)管：通過礦山儲(chǔ)量三維空間模型，直觀展現(xiàn)礦體探采對(duì)比情況及儲(chǔ)量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化情況，對(duì)空間實(shí)體、資源儲(chǔ)量、地測(cè)資料進(jìn)行精細(xì)化核查，降低管理工作難度，提高儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性，夯實(shí)儲(chǔ)量管理工作基礎(chǔ)。圖3（c）、（d）所示為對(duì)儲(chǔ)量的增減情況從三維上和中斷面上進(jìn)行對(duì)比核查，甚至可以加載坑內(nèi)鉆等探礦工程數(shù)據(jù)（如圖3（e）所示），查找儲(chǔ)量增加/減少的原因。圖3（f）為三維空間下的礦權(quán)范圍檢查。（4）能夠提供數(shù)據(jù)支撐：集成礦山開采回采率和不同礦種綜合利用率的計(jì)算方法，為礦山年度統(tǒng)計(jì)、“三率”指標(biāo)考核以及價(jià)款評(píng)估和資源補(bǔ)償費(fèi)征收等礦政管理工作提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)通過儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)三維模型的空間運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)資源保有量、動(dòng)用量、采損量和回采率的自動(dòng)計(jì)算及結(jié)果三維可視分析。圖3（g）所示為對(duì)馬坑鐵礦2014年資源保有量的計(jì)算，在輸出窗口中自動(dòng)生成保有礦體的位置、形態(tài)，同時(shí)將各個(gè)儲(chǔ)量級(jí)別的資源量進(jìn)行圖文展現(xiàn)。將研究區(qū)資源儲(chǔ)量數(shù)據(jù)三維模型應(yīng)用于該系統(tǒng)進(jìn)行功能驗(yàn)證，能夠滿足要求，同時(shí)驗(yàn)證了系統(tǒng)具有三維直觀可視、儲(chǔ)量估算便捷、數(shù)據(jù)比查有據(jù)的應(yīng)用效果。

3結(jié)論

　　礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)復(fù)雜，依靠常規(guī)管理手段難以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)、精細(xì)、規(guī)范化管理。隨著地球空間信息技術(shù)的不斷發(fā)展，三維地質(zhì)建模與可視化技術(shù)成為構(gòu)建數(shù)字礦山的一個(gè)重要研究方向。本文針對(duì)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量管理中動(dòng)態(tài)監(jiān)管難度大、數(shù)據(jù)質(zhì)量低的狀況，根據(jù)礦產(chǎn)（礦山）日?？碧脚c開發(fā)工作中儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理需求，基于龍巖市馬坑鐵礦地質(zhì)礦產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以三維虛擬空間為背景開發(fā)出了具有實(shí)用化前景的固體礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量三維動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)管理、查詢統(tǒng)計(jì)、空間分析、動(dòng)態(tài)核查、回采率考核等功能，達(dá)到了數(shù)據(jù)三維可視、儲(chǔ)量估算便捷、動(dòng)態(tài)監(jiān)管比查有據(jù)的應(yīng)用效果。該成果可為提升礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量管理水平、促進(jìn)儲(chǔ)量管理方式的根本性轉(zhuǎn)變提供科學(xué)支持與實(shí)踐參考。

　　參考文獻(xiàn)

　　［1］ 翁正平. 復(fù)雜地質(zhì)體三維模型快速構(gòu)建及更新技術(shù)研究［D］.武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2013.［2］ 吳立新. 數(shù)字地球、數(shù)字中國(guó)與數(shù)字礦區(qū)［J］.礦山測(cè)量, 2000(1):6-9.

　　［3］ 王波. 基于三維地質(zhì)模型的金屬礦床動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算技術(shù)研究［D］.南京:南京師范大學(xué),2011.

　?。?］ TRENCZEK S,WASILEWSKI S.Innovativeness of powersupply systems,computer technologies and automationinvolved in technological processes of coal mining［J］.Gospodarka Surowcami Mineralnymi Mineral Resources Management,2008,24(1):89-102.

　?。?］ DUSKEY M.R.Digitalcontrol updates let old shovelsgive new models a run for their money［J］.Engineeringand Mining Journal,2006,207(5):66-69.

　?。?］ 賴朝輝, 劉修國(guó)，花衛(wèi)華, 等. 三維數(shù)據(jù)場(chǎng)可視化技術(shù)在數(shù)字礦山中的應(yīng)用［J］.金屬礦山,2009,（12）:131-134.

　?。?］ 向中林, 王妍, 王潤(rùn)懷, 等. 基于鉆孔數(shù)據(jù)的礦山三維地質(zhì)建模及可視化過程研究［J］.地質(zhì)與勘探，2009,45(1):75-81.

　?。?］ 王潤(rùn)懷. 礦山地質(zhì)對(duì)象三維數(shù)據(jù)模型研究［D］.成都:西南交通大學(xué), 2007.

　　［9］ 吳德華, 毛先成, 劉雨. 三維空間數(shù)據(jù)模型綜述［J］.測(cè)繪工程,2005, 14(3):70-73.

　?。?0］ 楊利容. 復(fù)雜礦體結(jié)構(gòu)三維建模與儲(chǔ)量計(jì)算方法研究［D］.成都:成都理工大學(xué), 2013.

　　［11］ He Zhenwen, Wu Chonglong, Tian Yiping, et al. Three dimensional reconstruction of geological solids based on section topology reasoning［J］. Geo spatial Information Science, 2008, 11(3):201-208.