潘寶玉，于廣婷，劉同文

(山東省地質測繪院，山東 濟南　250002)

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智慧地礦建設框架研究*

潘寶玉，于廣婷，劉同文

(山東省地質測繪院，山東 濟南250002)

摘要：為了合理開發(fā)和有效利用礦產資源，亟需建設智慧地礦，構建地礦綜合管理平臺，通過應用3S、現(xiàn)代通訊、互聯(lián)網、云計算等先進技術，將工作流程、公共數(shù)據(jù)、應用軟件、基礎設施和各種標準聯(lián)系起來，打破信息孤島，實現(xiàn)不同應用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)之間的無縫集成和信息共享，充分利用地質大數(shù)據(jù)，為政府決策、礦產勘查、環(huán)境監(jiān)測和公共服務等提供技術支撐，為地礦經濟可持續(xù)發(fā)展提供基礎保障。

關鍵詞：智慧地礦；礦產資源；信息共享

0引言

隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨和“智慧山東”建設的推進，“智慧地礦”建設已列入山東省地礦局2016年的重點工作。近年來，山東省地礦局非常重視科技研發(fā)與信息化建設工作，曾先后建立了地質資料信息管理系統(tǒng)、地質環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)、境外礦產勘查信息系統(tǒng)、礦業(yè)權信息管理系統(tǒng)、礦產資源三維可視化信息管理系統(tǒng)以及區(qū)域地質調查、地球物理、地球化學等數(shù)據(jù)庫，對推動礦產勘查信息化、提高管理和決策水平起到了積極作用[1]。但是，隨著信息化特別是GIS技術、云計算以及互聯(lián)網+的發(fā)展，原有的地質數(shù)據(jù)庫和信息管理系統(tǒng)已不能滿足地質勘查和地礦管理的需求。因此，亟需建設“智慧地礦”，構建地礦綜合管理平臺。為此，本文詳細闡述了智慧地礦的總體架構及建設內容[2-5]。

1智慧地礦總體架構

1.1建設原則

1.1.1標準化原則

智慧地礦不僅要服務于地質勘查和地礦管理，而且要為政府決策和公共服務等提供服務。因此，要在國家和地方關于信息化建設、地礦行業(yè)管理等標準規(guī)范的基礎上，建立一套數(shù)據(jù)建設、系統(tǒng)設計、運行管理、信息服務等標準規(guī)范，保證智慧地礦的數(shù)據(jù)和功能便于用戶使用。

1.1.2可擴展性原則

為了保護已有的投資以及不斷增長的業(yè)務需求，必須充分考慮現(xiàn)有設備并留有一定的擴展空間；主要業(yè)務應用系統(tǒng)應采用開放結構，符合國際標準、工業(yè)標準和行業(yè)標準，適應技術的發(fā)展變化，即系統(tǒng)應具備良好的擴展能力[6]。

1.1.3先進性原則

在一定的資金條件下，建立性能價格比高、先進、完善的業(yè)務系統(tǒng)。所有軟硬件的選型和配置要堅持性能價格比最優(yōu)原則，同時兼顧與已有設備和系統(tǒng)的互聯(lián)互通能力，以及與目前操作系統(tǒng)和應用系統(tǒng)的兼容性。系統(tǒng)建成后，不但能夠滿足當前應用需求，而且在未來一定時期內也不失其先進性。

1.1.4可靠性原則

系統(tǒng)要具有高可靠性及強大的容錯能力。系統(tǒng)必須保證7×24小時全天候不間斷地工作，核心設備如數(shù)據(jù)庫服務器和存儲設備要具備全容錯結構，并具有熱插拔功能，可帶電修復故障而不影響整個系統(tǒng)工作[7-8]。

1.1.5易用性原則

智慧地礦的建設和應用，應充分考慮使用人員知識狀況，使操作盡量簡單，普通用戶在熟悉業(yè)務的情況下能夠盡量減少操作即可完成相應工作，且盡量采用業(yè)務習慣用語。對系統(tǒng)維護要考慮邏輯相關性，通過簡單操作即可做好日常維護。

1.1.6安全性原則

嚴格按照國家關于信息安全的規(guī)定和要求，從運行、維護、管理安全等層面上，規(guī)劃和部署中心機房的業(yè)務和備份系統(tǒng)；采用防火墻、安全服務器、內外網隔離、系統(tǒng)備份還原等技術，防止內外部的網絡安全威脅和數(shù)據(jù)竊取威脅，確保系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。

1.2總體目標

按照“智慧山東”建設的總體要求，對山東省地礦局的地質、礦產勘查數(shù)據(jù)進行全面梳理和整合，建立完整、規(guī)范、統(tǒng)一的地質礦產數(shù)據(jù)中心和長效的數(shù)據(jù)更新體系，構建地礦業(yè)務內網、政務外網、互聯(lián)網云服務平臺；建設覆蓋地質、礦產、測繪、遙感等多個領域的業(yè)務應用管理與基礎研究評價體系，構建以“一個中心、一個平臺、多個應用系統(tǒng)”為特征的智慧地礦信息化框架；利用空間分析、大數(shù)據(jù)挖掘、三維地質模型等技術手段，全面提高地礦資源有效開發(fā)利用的技術水平[9]，提升智能找礦能力，初步實現(xiàn)地礦資源“智慧發(fā)現(xiàn)、智慧管理、智慧服務”的目標，為建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，為“智慧山東”建設提供有力的資源保障和地質技術支撐。

1.3基本架構

智慧地礦基本架構為：覆蓋全局的業(yè)務涉密專網作為主要業(yè)務運行網絡，開發(fā)整合業(yè)務管理系統(tǒng)，實現(xiàn)全業(yè)務、全流程的聯(lián)網運行；通過建設全局數(shù)據(jù)中心，形成智慧地礦核心數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)地質礦產數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理；通過門戶網站體系建設為全局信息化應用提供統(tǒng)一的用戶一站式登錄與業(yè)務集成應用的終端界面。智慧地礦基本架構，見圖1。

從性質和功能上可將智慧地礦劃分為基礎設施層、數(shù)據(jù)層、應用支撐層、業(yè)務層和服務層。

圖1　智慧地礦基本架構Fig.1　The basic framework of smart geology and mineral resources

1.3.1基礎設施層

基礎設施層，即項目建設的業(yè)務涉密專網環(huán)境以及在此環(huán)境下構建的主機、存儲等必要的數(shù)據(jù)中心硬件環(huán)境，是平臺建設的必要支撐與保障。根據(jù)平臺的建設需求，構建滿足系統(tǒng)運行的軟硬件環(huán)境，在消除現(xiàn)有物理基礎設施和網絡環(huán)境安全隱患的前提下盡量復用現(xiàn)有設施，利用虛擬化軟件初步構建基礎云設施來支撐整個平臺建設以及日后擴展需要。

1.3.2數(shù)據(jù)層

主要包括系統(tǒng)運行所需的基礎數(shù)據(jù)、專業(yè)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等。其數(shù)據(jù)來源主要包括：地質勘查項目的成果數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)類型包括：文檔、圖件等非結構化數(shù)據(jù)和統(tǒng)計表、數(shù)據(jù)庫表等結構化數(shù)據(jù)以及矢量、柵格空間數(shù)據(jù)等。

1.3.3應用支撐層

主要指各種應用的管理與服務，包括云GIS平臺、三維地質平臺、資源管理、數(shù)據(jù)服務、數(shù)據(jù)交換、公共服務和應用集成框架等。

1.3.4業(yè)務層

主要為各種業(yè)務管理系統(tǒng)，包括區(qū)域地質調查、專項地質勘查、地質礦產一張圖、地質資料管理、協(xié)同辦公綜合管理、項目管理等應用系統(tǒng)。

1.3.5服務層

服務層為智慧地礦管理和信息服務的網上窗口，即業(yè)務內網服務門戶、政務外網服務門戶和互聯(lián)網服務門戶。

1.4技術路線

智慧地礦建設以云技術為基礎，在數(shù)據(jù)采集、處理、建庫、分析及信息挖掘、信息服務等業(yè)務過程均采用主流、成熟、可靠的技術。在數(shù)據(jù)采集階段，采用多源異構數(shù)據(jù)ETL、比對、清洗技術進行數(shù)據(jù)整合，采用元數(shù)據(jù)技術建立數(shù)據(jù)編目；對地礦數(shù)據(jù)進行電子化、數(shù)字化、空間化加工處理后，進入地礦專題信息數(shù)據(jù)庫，形成數(shù)據(jù)中心；在匯集全省地礦大數(shù)據(jù)基礎上采用二維GIS空間分析、三維地質模型及應用評價模型技術進行數(shù)據(jù)挖掘，建立專題成果庫；再利用WEB服務技術、空間信息檢索、空間可視化展示、應用開發(fā)定制等技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源及成果的檢索、展示，最后利用Portal技術實現(xiàn)不同內容、面向不同用戶的個性化服務。在互聯(lián)網上，還可以提供基于Android移動終端的信息服務。總體技術路線，見圖2。

圖2　總體技術路線圖Fig.2　The overall technical roadmap

2智慧地礦建設內容

“智慧地礦”建設的核心內容是：建立山東地礦信息資源采集、管理、匯交及服務的規(guī)范和標準，采用云技術架構，收集、整理、加工、整合地礦數(shù)據(jù)資源，形成全省統(tǒng)一的標準化、電子化、數(shù)字化、空間化的地質礦產數(shù)據(jù)中心，構建支撐數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、獲取、處理、分析、挖掘、共享、可視化表達等服務的應用支撐平臺與業(yè)務應用系統(tǒng)，即“一個中心、一個平臺、多個應用系統(tǒng)”，并建立嚴密的信息安全防護體系，而后向地礦局、政府部門和社會公眾等用戶提供服務。

2.1數(shù)據(jù)中心建設

數(shù)據(jù)中心是地礦局數(shù)據(jù)存儲和管理中心，將對各類地礦數(shù)據(jù)進行有效存儲、管理、運行和維護，也是全局信息共享交換服務中心。它將地礦局資料中心及局屬各單位用于業(yè)務管理和決策支持的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一集中到數(shù)據(jù)中心，建立核心基礎數(shù)據(jù)庫。通過數(shù)據(jù)中心的技術環(huán)境建設，實現(xiàn)地礦局各類數(shù)據(jù)的“物理集中、邏輯分區(qū)”式結構，并根據(jù)應用需求建立業(yè)務數(shù)據(jù)庫。對局內實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，支持地質勘查業(yè)務開展；對局外提供專題信息服務，支持政府管理與決策，支持社會化服務。

智慧地礦數(shù)據(jù)中心建設本著對地礦資源進行“一張圖”管理的原則，將地礦局已有數(shù)據(jù)進行梳理、重組、合并、加工，并按照統(tǒng)一標準要求入庫，利用遙感、GIS、二三維可視化等技術，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、分析、輸出、展示等，并以圖形、表格、文字、圖像和數(shù)據(jù)模型相結合的方式，直觀、準確、動態(tài)地展現(xiàn)地礦資源“一張圖”各方面的信息。

數(shù)據(jù)中心建設的具體工作，主要是對地礦局近60年形成的地質礦產勘查成果、原始資料數(shù)據(jù)以及動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行標準化、電子化、數(shù)字化、空間化處理，建立山東省地質礦產中心數(shù)據(jù)庫，包括基礎地質、礦產地質、區(qū)域地質、水文地質、地球物理、地球化學、基礎地理、遙感影像、項目管理等各類數(shù)據(jù)，支持空間數(shù)據(jù)、結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)3種數(shù)據(jù)類型。同時，建設數(shù)據(jù)交換管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一匯交、管理、共享和服務。

2.2應用支撐平臺建設

應用支撐平臺作為“智慧地礦”建設的應用支撐系統(tǒng)，為各個業(yè)務應用系統(tǒng)的開發(fā)、網上運行和監(jiān)管提供統(tǒng)一的基礎技術平臺和運行環(huán)境，以達到資源共享、互聯(lián)互通的目的，并為各業(yè)務應用系統(tǒng)提供開放的API服務、公共組件服務、統(tǒng)一信息門戶服務等。

應用支撐平臺將按照全業(yè)務、全流程信息化管理思想搭建，利用云GIS、SOA、分布式計算、三維地質及大數(shù)據(jù)管理技術，建立應用服務運行框架、資源庫和信息化運行環(huán)境，實現(xiàn)統(tǒng)一用戶認證管理、統(tǒng)一工作流引擎、統(tǒng)一GIS應用服務、統(tǒng)一數(shù)據(jù)支撐，為智慧地礦全業(yè)務網上運行和監(jiān)管提供統(tǒng)一的基礎平臺和運行環(huán)境。

2.3應用系統(tǒng)建設

圍繞滿足山東省地礦局開展綜合研究、利用信息化手段支撐地質工作以及提供地質礦產信息共享服務為目標，建設綜合管理、區(qū)域地質調查、專項地質調查和地質勘查等智慧地礦業(yè)務應用系統(tǒng)。智慧地礦應用系統(tǒng)，見表1。

表1　智慧地礦應用系統(tǒng)

3結束語

“智慧地礦”是一個巨大的信息工程，它涉及到計算科學、寬帶網絡、系統(tǒng)互操作、數(shù)據(jù)共享、多源異構海量數(shù)據(jù)的存貯與管理、衛(wèi)星圖像智能化處理、虛擬現(xiàn)實、云計算等先進技術。通過智慧地礦建設，可有效整合地質勘查大數(shù)據(jù)，為分析、研究各種地質信息之間的相互關系提供有力的技術支撐，它不僅能夠利用GIS強大的對空間數(shù)據(jù)綜合分析處理的功能，將各種不同來源的地質信息進行疊加、對比和綜合，研究它們在解決某種具體地質問題中的作用，并從中找出規(guī)律性，而且能夠模擬一定區(qū)域內各種地質現(xiàn)象隨時間的演繹過程[10]，這對于礦產資源科學預測、地質災害防治以及環(huán)境保護、資源合理開發(fā)利用等都具有非常重要的意義。

開展“智慧地礦”建設，有利于開拓地質工作新領域，延長工作鏈；有利于避免地質工作重復投入、減少社會投資浪費；有利于地質資料二次開發(fā)和綜合利用，推動地質資料信息服務產業(yè)化。

項目建成后將大幅提升全省地質礦產勘查行業(yè)信息化應用水平，顯著提高地質礦產勘查能力、地質工作社會影響力和公共服務水平，有效促進地礦事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，更好地服務經濟社會發(fā)展大局。因此，要從國家和區(qū)域目標的戰(zhàn)略高度統(tǒng)籌規(guī)劃，遵循“局統(tǒng)一領導、各處室和事業(yè)單位分工協(xié)作、局屬單位密切配合、各方共同參與”的原則，加快智慧地礦建設工作，在目前已建成相關信息系統(tǒng)及專業(yè)數(shù)據(jù)庫的基礎上，建立各類信息之間的共享機制，逐步實行地礦信息的綜合化、系統(tǒng)化、網絡化、實時化和智能化，為政府決策、礦產勘查、資源利用和公眾服務提供基礎保障。

[參考文獻]

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Construction Framework of Smart Geology and Mineral Resources

PAN Bao-yu，YU Guang-ting，LIU Tong-wen

(ShandongInstituteofSurveyingandMappingofGeology,JinanShandong250002,China)

Abstract：In order to exploit rationally and utilize mineral resources effectively, there is an urgent need to build smart geology and mineral resources and a comprehensive management platform. The workflow, public data, application software, infrastructure and various standards are connected through the application of 3S, modern communications, internet, cloud computing and other advanced technologies. It removes the information solitary island, and achieves a seamless integration and information sharing between different application systems and data. It not only provides a technical support for government decision-making, mineral exploration, environment monitoring and public services, but also provides a basic guarantee for the sustainable development of geology and mineral resources economy by making the best use of big data for geology.

Key words：smart geology and mineral resources; mineral resources; information sharing

作者簡介：潘寶玉(1957～)，男，山東曹縣人，正高級工程師，國家注冊測繪師，現(xiàn)主要從事3S技術應用研究及測繪技術管理方面的工作。

中圖分類號：P 208

文獻標識碼：A

文章編號：1007-9394(2016)01-0005-03

收稿日期：2016-01-12

地礦測繪2016，32(1)：5～7

CN 53-1124/TDISSN 1007-9394

Surveying and Mapping of Geology and Mineral Resources