鄒艷紅， 劉　雯， 黃　望， 陳佳音， 毛先成

(1.有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室,湖南長沙410083； 2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院,湖南長沙410083)

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面向礦床三維動態(tài)建模的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫增量更新方法

鄒艷紅1,2， 劉雯1,2， 黃望1,2， 陳佳音1,2， 毛先成1,2

(1.有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室,湖南長沙410083； 2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院,湖南長沙410083)

針對深部找礦過程中地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)增加和動態(tài)三維地質(zhì)建模需要，提出了一種基于版本管理的礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫增量更新方法。在分析礦床地質(zhì)勘探工程數(shù)據(jù)與三維地質(zhì)模型映射關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立時序版本和建模版本作為礦床勘探數(shù)據(jù)增量更新版本標(biāo)識。針對礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫增量更新的版本管理，提出了一種擴展的有向無環(huán)圖版本管理模型，設(shè)計了基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的版本管理方法并探討了其實現(xiàn)過程。以安徽銅陵鳳凰山礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)為例，基于SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立了實例礦床地質(zhì)勘探版本數(shù)據(jù)庫，以C#編程實現(xiàn)了實例礦床勘探數(shù)據(jù)庫的版本管理，包括版本的建立、查詢與顯示等功能，通過勘探工程增量更新版本數(shù)據(jù)建立了三維礦體的動態(tài)修正模型，證實了方法的可行性與有效性。

礦床勘探數(shù)據(jù)；增量更新；版本數(shù)據(jù)庫；三維地質(zhì)建模；動態(tài)修正；安徽銅陵

0　引　言

深部找礦是三維空間找礦信息的綜合研究工作(葉天竺等，2007)，在深部找礦中要著重研究礦化網(wǎng)絡(luò)由淺向深的垂向變化趨勢(翟裕生等，2004)。隨著計算機和信息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，三維地質(zhì)建模對礦床地質(zhì)體形態(tài)構(gòu)造研究、礦體儲量估算、深部資源三維可視化預(yù)測等都具有非常重要的意義。危機礦山或老礦山在歷年的勘探和開采過程中，已積累了豐富的礦床地質(zhì)勘探資料，隨著近年來礦山數(shù)字化建設(shè)的開展，許多礦業(yè)部門已基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立了綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫或找礦勘探專題數(shù)據(jù)庫，這些原始資料和數(shù)據(jù)庫為礦山三維地質(zhì)建模和新一輪深邊部找礦工作提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

然而，在找礦勘探過程中，對礦床的認(rèn)識過程不可能一次完成，隨著勘探工作的逐步開展和資料的不斷積累，對礦床的認(rèn)識在不斷深化，勘探必須依照由粗到細(xì)、由表及里、由淺入深、由已知到未知、先普查后勘探這一循序漸進的原則進行工作(侯德義，1990)。因此，可以將礦床勘探漸進過程理解為在已有勘探數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上不斷補充增量數(shù)據(jù)的過程。隨著礦床勘探工作的推進，如何基于礦床勘探增量數(shù)據(jù)，快速建立三維地質(zhì)模型或在原有模型的基礎(chǔ)上進行修正，是目前三維地質(zhì)建模技術(shù)在找礦勘探領(lǐng)域應(yīng)用中的難點問題。

目前，地質(zhì)體三維建模與可視化技術(shù)已日趨成熟并走向?qū)嵱没?，涌現(xiàn)了大量的三維地質(zhì)建模軟件，代表性的有國外的Datamine、Surpac、Micromine、Vulcan、GOCAD、EarthVision以及國內(nèi)的3DMine、Dimine、QuantyView、Minexplorer等軟件(李青元等，2013)。采用三維地質(zhì)建模軟件，針對礦床資源勘探和成礦預(yù)測，我國許多學(xué)者開展了礦床地質(zhì)體三維建模與隱伏礦體三維可視化預(yù)測研究(陳建平等，2007，2014；毛先成等，2009，2010；肖克炎等，2010，2012；薛林福等，2014；袁峰等，2014；史蕊等，2015)。這些研究基于礦山歷年來的勘探資料，建立地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了地質(zhì)體的三維實體(線框)建模推斷，建立的三維地質(zhì)體模型能很好地應(yīng)用于地質(zhì)體形態(tài)分析或礦體展布與定位規(guī)律分析，但這些研究很少考慮三維地質(zhì)體模型的動態(tài)更新問題。

隨著新一輪危機礦山深邊部找礦勘探工作的開展，面向深部資源勘查的三維地質(zhì)建模工作需要針對礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)的增量更新考慮三維動態(tài)地質(zhì)建模與修正，要實現(xiàn)三維地質(zhì)建模動態(tài)更新，首先要對礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫增量更新方法進行研究。由于不同時段的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)集對應(yīng)著不同三維地質(zhì)體模型，每個地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)集可以看作是從地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫中析取的一個版本。因此，針對礦床深部資源勘查中三維地質(zhì)建模動態(tài)更新問題，提出了一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的礦床勘探數(shù)據(jù)版本管理方法，開展礦床勘探版本數(shù)據(jù)庫的建立與實現(xiàn)研究，探索從礦床勘探數(shù)據(jù)庫增量更新到三維地質(zhì)建模動態(tài)修正映射過程。

1　礦床三維地質(zhì)建模更新與勘探工程數(shù)據(jù)版本標(biāo)識

1.1礦床勘探工程數(shù)據(jù)與三維地質(zhì)模型的映射關(guān)系

礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)是礦床三維地質(zhì)建模的基礎(chǔ)。地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)來源于礦床各項勘探工程，如鉆孔、坑道、探槽、淺井等，所涉及的地質(zhì)數(shù)據(jù)種類繁多，包括綜合地質(zhì)圖、地質(zhì)勘探剖面圖、中段地質(zhì)圖等各類地質(zhì)圖件和地質(zhì)編錄、勘探樣品分析等各類報告和數(shù)據(jù)表，可按圖件、表格、文檔的形式保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。而礦床勘探工程(如鉆孔、坑道、探槽等)在幾何形狀上均為線狀，均具有工程位置、軌跡形態(tài)、地質(zhì)編錄、樣品分析等數(shù)據(jù)，具有相同或相似的數(shù)據(jù)構(gòu)型，可用二維表格來表示。這些勘探工程數(shù)據(jù)是三維地質(zhì)建模中地質(zhì)分界、礦體圈定的主要數(shù)據(jù)來源，由于其相似的數(shù)據(jù)構(gòu)型，同時考慮三維地質(zhì)建模軟件的數(shù)據(jù)需求，一般統(tǒng)一抽象為孔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Houlding, 1994)?？讛?shù)據(jù)包括孔口坐標(biāo)數(shù)據(jù)(開孔點坐標(biāo))、孔跡測量數(shù)據(jù)(測斜數(shù)據(jù))、地質(zhì)編錄數(shù)據(jù)、樣品分析數(shù)據(jù)?？讛?shù)據(jù)以二維表的形式保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，方便向三維地質(zhì)建模軟件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與輸出。

礦床三維地質(zhì)建模是指利用計算機對與礦床形成和分布相關(guān)的各種地質(zhì)對象的幾何形態(tài)和空間分布進行三維描述，可分為地質(zhì)體的空間結(jié)構(gòu)建模和屬性建模。模型數(shù)據(jù)結(jié)果則保存了地質(zhì)對象模型要素的關(guān)系描述和三維可視化表達，從數(shù)據(jù)的輸出看，可將三維地質(zhì)模型數(shù)據(jù)分為地質(zhì)模型(GeoModel)與地質(zhì)圖(Geo3DMap) 2個部分：地質(zhì)模型存儲地質(zhì)現(xiàn)象及現(xiàn)象之間關(guān)系的數(shù)據(jù)，地質(zhì)圖存儲地質(zhì)模型三維可視化相關(guān)的數(shù)據(jù)(李青元等，2015)。

因此，礦床三維地質(zhì)建模過程實質(zhì)上是由地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)析取，獲得地質(zhì)對象數(shù)據(jù)集，再通過三維地質(zhì)建模映射為相應(yīng)的礦床三維地質(zhì)模型的過程，模型結(jié)果保存在三維地質(zhì)模型庫中(圖1)。

圖1　礦床勘探工程數(shù)據(jù)與三維地質(zhì)模型的映射過程Fig.1　Mapping relationship between geological exploration engineering data and 3D geological model

顯然，如果從所有的原始勘探資料中提取地質(zhì)對象數(shù)據(jù)，則地質(zhì)對象數(shù)據(jù)集與相應(yīng)的礦床三維地質(zhì)模型將保持一一對應(yīng)的關(guān)系。但是隨著勘探工作的開展，獲取的各種地質(zhì)體數(shù)據(jù)逐步增加，原有的地質(zhì)對象數(shù)據(jù)集與三維地質(zhì)體模型必將發(fā)生更新變化，同時考慮可能的各種地質(zhì)條件約束，地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的選取并非只是簡單地在原始數(shù)據(jù)集上累加增量數(shù)據(jù)。因此，在勘探工作逐步開展過程中，可以把地質(zhì)對象數(shù)據(jù)集看成若干具有時序特征和屬性特征的地質(zhì)數(shù)據(jù)集，在不同地質(zhì)對象增量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，需要從不同的地質(zhì)對象數(shù)據(jù)集中選取數(shù)據(jù)，構(gòu)造不同時段或不同地質(zhì)條件約束下的三維地質(zhì)體模型，地質(zhì)對象數(shù)據(jù)集與三維地質(zhì)模型之間將出現(xiàn)多對多的映射關(guān)系。如圖2所示，1個三維地質(zhì)模型可能對應(yīng)著多個地質(zhì)對象數(shù)據(jù)集。

圖2　三維地質(zhì)模型與地質(zhì)對象數(shù)據(jù)集的映射關(guān)系示例圖Fig.2　Sample diagram showing mapping relationship between 3D geological model and geological object data set

1.2礦床勘探數(shù)據(jù)增量更新版本標(biāo)識

版本是指一個對象可識別的狀態(tài)，數(shù)據(jù)庫的版本管理在工程數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域和空間數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域應(yīng)用研究比較廣泛(陳矗，2004；張亞軍等，2011)。數(shù)據(jù)版本在概念上可以理解為數(shù)據(jù)的不同狀態(tài)，一方面，不同歷史時期的數(shù)據(jù)狀態(tài)可能是不同版本；另一方面，同一時期如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)增刪變化等操作也可視為不同的數(shù)據(jù)版本。

在礦床研究中，面向深部礦產(chǎn)資源勘查，在礦床勘探的某一時段(說明：文中所說的礦床勘探時段不是按勘探工作的階段劃分，而是根據(jù)建模需要由用戶自行確定)，可能是勘探過程的任一時刻，希望能直觀地快速展示三維地質(zhì)體結(jié)構(gòu)和礦體形態(tài)，這就需要從地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫中選取地質(zhì)對象數(shù)據(jù)集構(gòu)建三維地質(zhì)體模型，同時將每個數(shù)據(jù)集和對應(yīng)的模型結(jié)果保留一個版本，以便進行對比研究。

考慮不同時段的礦床勘探數(shù)據(jù)既具有明顯的時間特征，也具有三維空間位置特征和其他屬性特征，針對礦山地質(zhì)勘探過程的推進，不僅要根據(jù)地質(zhì)對象增量數(shù)據(jù)進行三維地質(zhì)建模更新，同時一些三維地質(zhì)體建模更新還需考慮空間上地質(zhì)條件的約束，從空間維度來選取數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)生成的時間先后可能涉及不同的時段，但是用來生成同一個地質(zhì)體模型。因此，針對礦山地質(zhì)勘探過程中不同時段三維地質(zhì)建模和不同地質(zhì)條件約束下三維地質(zhì)建模的需要，提出采用時序版本和建模版本分別對地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫中的地質(zhì)對象數(shù)據(jù)集進行版本標(biāo)識。

時序版本是從礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫中提取的不同時間段的數(shù)據(jù)集合，1個時間段的所有數(shù)據(jù)為1個時序版本，每個時序版本都是獨立的，不存在數(shù)據(jù)上的繼承關(guān)系，只存在時間上的順序依賴關(guān)系。建模版本是指從不同時序版本或依據(jù)空間不同地質(zhì)條件約束選取的地質(zhì)對象建模數(shù)據(jù)集合，建立1個三維地質(zhì)體模型選取的實驗數(shù)據(jù)為1個建模版本，這些數(shù)據(jù)可以來自于不同的時間段，也就是說建模版本的數(shù)據(jù)可以來自于不同的時序版本數(shù)據(jù)，也可以集成已有的不同建模版本數(shù)據(jù)。

建模版本和時序版本數(shù)據(jù)集之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，可能擁有相同的數(shù)據(jù)部分，也存在相異的數(shù)據(jù)部分。圖3所示為一種時序版本與建模版本標(biāo)識的示例關(guān)系，圖中勘探時段1、勘探時段2、勘探時段3的劃分并非按照文獻(侯德義，1990)中的勘探階段來劃分，而是考慮實際建模需求，根據(jù)勘探工作的時間先后自行劃分?？碧綍r段的跨度也不是固定不變的，而是根據(jù)三維建模的需要，當(dāng)獲取了新的勘探數(shù)據(jù)后可將新的勘探數(shù)據(jù)作為1個時序版本，或者與后繼的勘探數(shù)據(jù)一起組成1個時序版本。

圖3　地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)時序版本與建模版本標(biāo)識關(guān)系示例圖1-時序版本；2-建模版本Fig.3　Sample showing identification relation between sequential version and modelling version for geological exploration data

2　礦床勘探數(shù)據(jù)增量更新的版本化管理

2.1礦床勘探數(shù)據(jù)庫的版本模型

目前,針對礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)的管理，礦業(yè)部門一般是基于市面上的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Access、SQL Server、Oracle等建立綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫或地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫。但面向事務(wù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只能保存單版本數(shù)據(jù)，也就是說，當(dāng)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行增加、修改和刪除操作時,原來的數(shù)據(jù)隨即更改,不能保存。

版本化的方法是實現(xiàn)多版本、多用戶、多時態(tài)數(shù)據(jù)管理模式的重要手段，在地理信息系統(tǒng)中應(yīng)用較多(夏宇等,2007；陳曉明，2008)。近年來，Le等(2014)將版本管理應(yīng)用到地質(zhì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，通過增加和修訂版本表標(biāo)識地質(zhì)體表面三角網(wǎng)模型版本的邏輯結(jié)構(gòu)，并在基表上增加修訂版本字段來標(biāo)識數(shù)據(jù)屬于哪個修訂版。

本次研究的版本模型是礦床勘探數(shù)據(jù)庫中版本的組織方法。目前，版本管理模型常見的有下列3種(圖4)(葉飛躍，1998)。

(1) 線性版本管理模型(圖4a)。它以版本出現(xiàn)的先后次序進行排列，從版本結(jié)構(gòu)上看，1個版本只能生成1個子版本，1個子版本也只能由1個父版本生成。

(2) 樹型版本管理模型(圖4b)。這種方法1個版本可生成多個子版本，但1個子版本只能由1個父版本生成。

(3) 有向無環(huán)圖版本管理方法(圖4c)。該方法支持多繼承，1個版本可生成多個子版本，1個子版本也可以根據(jù)多個已生成的父版本生成。

圖4　3種常見的版本結(jié)構(gòu)Fig.4　Three common version structures(a) linear version structure; (b) tree-type version structure; (c) version structure of directed acyclic graph

從上述3種版本管理方式可以看出，線性版本結(jié)構(gòu)無法管理建模版本數(shù)據(jù)，因為建模版本數(shù)據(jù)可以來自1個或多個時序版本的數(shù)據(jù)，也可以繼承以前多個建模版本的數(shù)據(jù)；樹型版本結(jié)構(gòu)盡管滿足1個時序上版本能生成多個建模版本數(shù)據(jù)，但無法滿足1個建模版本可以有多個父節(jié)點；有向無環(huán)圖版本結(jié)構(gòu)在樹型版本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上能滿足1個版本可以有多個前驅(qū)版本，因此在結(jié)構(gòu)上最接近本次研究提出的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)增量更新版本管理形式。但是，由于數(shù)據(jù)的時序版本之間不存在依賴性，數(shù)據(jù)互相獨立，因此在有向無環(huán)圖版本形式的基礎(chǔ)上，針對礦床勘探數(shù)據(jù)庫版本管理，提出擴展的有向無環(huán)圖版本管理方法(圖5)。

圖5　擴展的有向無環(huán)圖版本結(jié)構(gòu)1-根版本；2-繼承版本；3-時間依賴；4-繼承依賴Fig.5　Extended directed acyclic graph version structure

該版本結(jié)構(gòu)擁有有向無環(huán)版本模型的特點，支持多繼承，1個繼承版本可以有多個前驅(qū)版本，1個前驅(qū)版本可以有多個繼承版本，類似于文中的建模版本；同時這種擴展的有向無環(huán)版本結(jié)構(gòu)中可以有多個按時間先后并排的獨立根版本節(jié)點，類似于文中的時序版本節(jié)點，時序版本數(shù)據(jù)互相獨立，各版本節(jié)點按時間的先后排序。

2.2礦床勘探數(shù)據(jù)庫版本管理實現(xiàn)

2.2.1版本數(shù)據(jù)組織根據(jù)時序版本(TVER)和建模版本(MVER)數(shù)據(jù)標(biāo)識關(guān)系，按照本次研究提出的擴展的有向無環(huán)圖版本管理方法，面向動態(tài)三維地質(zhì)建模的時序版本和建模版本數(shù)據(jù)組織如圖6所示。根據(jù)建模需要確定勘探時段，按時段先后順序建立時序版本，建模版本只能在時序版本或已建立的建模版本上構(gòu)建。

圖6　時序版本(TVER)和建模版本(MVER)數(shù)據(jù)組織示意圖1-時序版本；2-建模版本；3-繼承關(guān)系；4-時間流Fig.6　Sketch showing data organization of sequential version and modelling version

在以前的綜合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立中，通過構(gòu)建地質(zhì)數(shù)據(jù)分類體系，采用樹型結(jié)構(gòu)組織和管理地質(zhì)數(shù)據(jù)，將地質(zhì)數(shù)據(jù)分成不同類，表格、圖件、文檔或以獨立形式直接歸屬于某一類，或相互組成集合以勘探報告形式歸屬于某類(毛先成等，2003；鄒艷紅等，2004)。同樣，引進版本管理機制后，地質(zhì)勘探階段的所有分類或報告、圖件、文檔、表格增加了時序版本標(biāo)識，仍然可以采用版本樹的結(jié)構(gòu)組織和管理時序版本數(shù)據(jù)。礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)可分類為多個時序版本數(shù)據(jù)，表格、圖件、文檔或以獨立形式直接歸屬于礦床某一時序版本數(shù)據(jù)，或相互組成集合以報告形式歸屬于某一版本數(shù)據(jù)分類，這些數(shù)據(jù)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中保存為各類關(guān)系數(shù)據(jù)表。

考慮面向三維地質(zhì)建模的數(shù)據(jù)主要來自于孔數(shù)據(jù)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中保存為孔口坐標(biāo)數(shù)據(jù)表、孔跡測量數(shù)據(jù)表、地質(zhì)編錄數(shù)據(jù)表、樣品化驗數(shù)據(jù)表4個互相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)表(表1—4)。同時，考慮目前除了通過孔數(shù)據(jù)建立可視化鉆孔工程進行人機交互三維建模外，地質(zhì)剖面建模法也是三維地質(zhì)建模軟件中常用的方法，該方法首先繪制勘探線剖面，再按剖面人機交互圈定地質(zhì)界線(線串)并生成地質(zhì)體三維模型。因此，增加剖面圖圖件元數(shù)據(jù)表(表5)描述剖面圖的相關(guān)信息，剖面圖件在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中另以二進制流的方式存儲；同時增加建模線串信息關(guān)系表(表6)來描述三維線串與剖面圖之間的關(guān)系，剖面圖圖件元數(shù)據(jù)表與剖面圖建模線串信息表通過剖面圖編號相關(guān)聯(lián)。本次研究將主要針對關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的這6個表進行版本管理與操作實現(xiàn)研究。

表1　開孔數(shù)據(jù)表(Collar)

表2　鉆孔測斜數(shù)據(jù)表(Survey)

表3　地質(zhì)編錄表(Geology)

表4　樣品分析表(Sample)

表5　剖面圖圖件元數(shù)據(jù)表(Profile Entity)

表6　建模線串信息關(guān)系表(LineString Information)

為了實現(xiàn)版本數(shù)據(jù)組織，增加了時序版本關(guān)系表(表7)和擴展的有向無環(huán)圖版本關(guān)系表(表8)，擴展的有向無環(huán)圖版本關(guān)系表用來描述建模版本的繼承和派生關(guān)系以及建模版本創(chuàng)建的詳細(xì)信息。同時在上述6個表中分別增加了標(biāo)識時序版本與建模版本的相關(guān)字段，利于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的版本查詢與管理(詳見2.2.2)。

表7　時序版本關(guān)系表(TimeSeriesVersion)

表8　擴展的有向無環(huán)圖版本關(guān)系表

另外，考慮數(shù)據(jù)的修改與更新，在數(shù)據(jù)庫中增加與表1—6(現(xiàn)實數(shù)據(jù)表)對應(yīng)的6張歷史表來存儲歷史記錄，每次修改前的數(shù)據(jù)記錄將作為歷史記錄保存在歷史數(shù)據(jù)表中，修改后的新記錄保存在現(xiàn)實數(shù)據(jù)表中。歷史表的表名為H加其對應(yīng)的現(xiàn)實表表名,例如，collar對應(yīng)的歷史表表名為Hcollar。每一張歷史表與其對應(yīng)的現(xiàn)實表相關(guān)聯(lián)，表結(jié)構(gòu)相同，當(dāng)現(xiàn)實表中的某條記錄在某一時序版本或建模版本中被修改，該記錄會作為歷史數(shù)據(jù)存儲在對應(yīng)的歷史表中;如果沒有屬性記錄曾經(jīng)被修改，則該歷史表為空。以下主要針對地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫中時序版本和建模版本管理實現(xiàn)原理與操作進行研究，關(guān)于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的備份、增刪與修改的權(quán)限在文獻(鄒艷紅等，2004)中已有描述。

2.2.2版本管理實現(xiàn)原理(1) 版本數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。為進行數(shù)據(jù)庫的版本管理，在已有礦床勘探數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對上述表1—6每個關(guān)系表分別增加5個字段：TVersion_ID、MVersion_IdSet、Dflag、Hflag、Mflag。數(shù)據(jù)表的邏輯關(guān)系如圖7所示。

圖7　版本化礦床勘探數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表邏輯關(guān)系圖Fig.7　Logical structure of the version exploration database of mineral deposits

增加的字段描述如下。

① TVersion_ID標(biāo)識該元組生成時所屬的時序版本號，其值為整數(shù)，按時段順序往后排列，與時序版本關(guān)系表(TimeSeriesVersion)中的TVersion_ID對應(yīng)。

② MVersion_IdSet標(biāo)識該元組被哪些建模版本所用，其值是這些建模版本編號的集合。為了查詢方便，在MVersion_IdSet字段中添加建模版本編號時，將版本編號加逗號作為一個整體插入到該字段末尾。例如，建模版本MVER2使用了該元組數(shù)據(jù)，MVersion_IdSet字段末尾將插入“2,”。當(dāng)在某建模版本上元組數(shù)據(jù)被修改，修改前的元組數(shù)據(jù)將作為歷史記錄保存到歷史表中，現(xiàn)實表中相應(yīng)的記錄將發(fā)生修改，同時MVersion_IdSet字段值將修改為只含修改該元組數(shù)據(jù)的建模版本編號。例如：某元組數(shù)據(jù)曾被選擇為建模版本MVER2和MVER4中的數(shù)據(jù)，則該元組數(shù)據(jù)中MVersion_IdSet字段值為“2,4,”;如果建模版本MVER5也選用該元組數(shù)據(jù)，同時發(fā)現(xiàn)該元組某一屬性記錄錯誤而進行了修改，則修改前的該元組數(shù)據(jù)將保存到歷史表中，現(xiàn)實表中將保存更新后的元組數(shù)據(jù)，同時，MVersion_IdSet字段值將變?yōu)椤?,”。

③ Dflag標(biāo)識哪些建模版本對該元組進行了刪除操作，其值為這些建模版本編號的集合，也是MVersion_IdSet值的子集。在元組Dflag屬性上進行標(biāo)注并不表示真正意義上的刪除，僅僅表示哪些建模版本曾經(jīng)用過該元組數(shù)據(jù)進行過建模實驗，但后來沒有選取該元組數(shù)據(jù)。

④ Hflag表示該元組數(shù)據(jù)是否為現(xiàn)實數(shù)據(jù)，其屬性值為整數(shù)。在版本建立時，所有元組Hflag字段值缺省值為0，只有當(dāng)元組數(shù)據(jù)被修改時，才將其存入歷史表中并將其值設(shè)為修改次數(shù)。也就是說，值為0表示該元組數(shù)據(jù)為現(xiàn)時數(shù)據(jù)且存儲在現(xiàn)實表中，大于0則表示該元組數(shù)據(jù)曾經(jīng)被修改且存儲在歷史表中，屬性值大小表示該元組數(shù)據(jù)是第幾次修改前的數(shù)據(jù)。例如，某元組的Hflag字段值為3，表示該元組是第三次修改前的數(shù)據(jù)，在歷史表中分別保存有該元組前3次每次修改前的記錄。

⑤ Mflag表示在哪個建模版本對該元組進行了修改操作，其值為該建模版本的編號。更新前的數(shù)據(jù)記錄將被作為歷史記錄保存，這些歷史記錄存儲在相應(yīng)的歷史關(guān)系表中。

(2) 版本操作。版本管理實現(xiàn)以后，用戶可以從數(shù)據(jù)庫中查詢版本數(shù)據(jù)，也可以通過修改、刪除等操作獲取自己所需的建模版本數(shù)據(jù)，建立新的建模版本。

① 查詢操作。查詢時序版本和建模版本數(shù)據(jù)時，只需根據(jù)時序版本編號和建模版本編號來進行查詢。例如，查詢建模版本MVER2的數(shù)據(jù)，即從數(shù)據(jù)庫現(xiàn)時數(shù)據(jù)表中篩選出MVersion_IdSet字段值包含“2,”，且Dflag值中不包含“2,”的數(shù)據(jù)，用SQL語言實現(xiàn)如下：

SELECT * FROM TABLE

WHERE

(TABLE.MVersion_IdSet LIKE ′2,%′ OR

(TABLE.MVersion_IdSet LIKE ′%,2,%′) OR

(TABLE.MVersion_IdSet LIKE ′%,2,′))

AND

TABLE.Dflag NOT LIKE ′2,%′ AND

TABLE.Dflag NOT LIKE ′%,2,%′ AND

TABLE.Dflag NOT LIKE ′%,2,′,

如果數(shù)據(jù)在該建模版本后面的版本中進行過修改，則查詢該版本的數(shù)據(jù)還需要考慮部分?jǐn)?shù)據(jù)已作為歷史記錄保存，即除了查詢出現(xiàn)實數(shù)據(jù)表中該版本的數(shù)據(jù)，還需從對應(yīng)的歷史表中查詢出已作為歷史記錄保存的部分?jǐn)?shù)據(jù)。例如，Collar表中的某元組是MVER0、MVER2、MVER4中的數(shù)據(jù)，在MVER2中進行了3次修改，最新建模版本為MVER4，當(dāng)需要查詢MVER2第2次修改前的數(shù)據(jù)，不僅要從現(xiàn)實數(shù)據(jù)表Collar中查詢出MVersion_IdSet字段值包含“2,”，且Dflag值中不包含“2,”的數(shù)據(jù)，還需要從歷史數(shù)據(jù)表Hcollar中查詢出MVersion_IdSet字段值包含“2,”，Dflag值中不包含“2,”且Hflag字段值為“2”的數(shù)據(jù)，SQL語言實現(xiàn)如下：

SELECT * FROM collar

WHERE

(collar.MVersion_IdSet LIKE ′2,%′ OR

(collar.MVersion_IdSet LIKE ′%,2,%′) OR

(collar.MVersion_IdSet LIKE ′%,2,′))

AND

collar.Dflag NOT LIKE ′2,%′ AND

collar.Dflag NOT LIKE ′%,2,%′ AND

collar.Dflag NOT LIKE ′%,2,′)

UNION ALL

SELECT * FROMHcollar

WHERE

(Hcollar.MVersion_IdSet LIKE ′2,%′ OR

(Hcollar.MVersion_IdSet LIKE ′%,2,%′) OR

(Hcollar.MVersion_IdSet LIKE ′%,2,′))

AND

Hcollar.Dflag NOT LIKE ′2,%′ AND

Hcollar.Dflag NOT LIKE ′%,2,%′ AND

Hcollar.Dflag NOT LIKE ′%,2,′

AND

Hcollar.Hflag=2),

② 修改操作。建模版本數(shù)據(jù)是從時序版本或已有建模版本中選取數(shù)據(jù)生成的，即原始數(shù)據(jù)是存儲在時序版本中的，故對版本數(shù)據(jù)進行修改操作，最終都是對存儲于時序版本中的原始勘探數(shù)據(jù)值進行修改，并將修改前的記錄作為歷史記錄存儲在對應(yīng)的歷史表中。修改操作的具體步驟如下。

(a) 進行修改操作時，首先復(fù)制該元組的所有字段值將其作為歷史數(shù)據(jù)，存儲在對應(yīng)的歷史關(guān)系表中，同時修改歷史關(guān)系表中該元組Hflag字段值，設(shè)為該元組數(shù)據(jù)的最大修改次數(shù)n加1，標(biāo)識其為第n+1次修改前的記錄。

(b) 修改現(xiàn)實表中該元組的數(shù)據(jù)值,同時更新該元組中MVersion_IdSet值為修改該元組數(shù)據(jù)的建模版本編號。此時MVersion_IdSet字段屬性值存儲的只是一個建模版本的編號，表示修改后的該元組數(shù)據(jù)只為這一個建模版本所用。與修改前的該元組數(shù)據(jù)不同，修改前的元組數(shù)據(jù)存儲的是使用該元組數(shù)據(jù)的所有建模版本編號的集合。之所以有這種差異，是因為修改操作完成后，修改后的數(shù)據(jù)只為修改該建模版本所用，修改前的該元組數(shù)據(jù)MVersion_IdSet字段值可能為多個建模版本編號集合，但這些建模版本使用的是修改前的數(shù)據(jù)，因此不包含在修改后的該元組的MVersion_IdSet字段值中。但是，若有新的建模版本繼承自該版本，則新建模版本繼承其父版本修改后的元組數(shù)據(jù)，同樣在該元組的MVersion_IdSet字段值中添加新建模版本編號，表示新建模版本也包含了該元組數(shù)據(jù)。

(c) 修改后的元組的Mflag字段值設(shè)為修改該元組數(shù)據(jù)的建模版本編號。其中，步驟(a)是修改歷史表中元組的字段屬性值，步驟(b)和(c)是修改現(xiàn)實表中該元組的字段屬性值。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)建模版本MVER0的collar表中鉆孔編號為ZK1的元組中x值有錯，應(yīng)修改為3 417 880.94，首先需要將Collar表中鉆孔編號為ZK1的元組插入到Hcollar表中，并將Hflag字段值設(shè)為1，表示該歷史記錄為第一次修改前的數(shù)據(jù)，即原始數(shù)據(jù)；然后修改更新Collar表中的該記錄；最后將Collar表中該元組的MVersion_IdSet字段值設(shè)為0，Mflag字段值設(shè)為0，表示MVER0對此元組數(shù)據(jù)進行了修改。SQL語言實現(xiàn)如下：

INSERT INTO Hcollar

(HOLE_ID, X, Y, Z, MAXDEPTH, START_

DATE, END_DATE,TVersion_ID, MVersion_IdSet, Dflag, Mflag, Hflag)

SELECT

(HOLE_ID, X, Y, Z, MAXDEPTH, START_

DATE, END_DATE,TVersion_ID, MVersion_IdSet, Dflag, Mflag, 1 AS Hflag)

FROM collar

WHERE

colar.HOLE_ID=′ZK1′

UPDATE collar

SET

MVersion_IdSet=′0,′,

X=3417880.94,

Mflag=′0,′

WHERE

collar.HOLE_ID=′ZK1′,

③ 刪除操作。時序版本存儲了各勘探時段的原始勘探數(shù)據(jù)，一般不對其進行刪除操作。刪除一個建模版本首先要做判斷：若該建模版本無子版本，直接刪除該版本即可；若該建模版本有子版本，則刪除該版本的所有子版本，并刪除該建模版本。例如，刪除最新MVER2，實際上是篩選出現(xiàn)時表中MVersion_IdSet字段值包含“2,”的所有元組，并在其Dflag屬性值中添加建模版本編號“2,”，表示MVER2已被刪除。SQL語言實現(xiàn)如下：

SET

Dflag=TABLE.Dflag + ′2,′

WHERE

(TABLE.MVersion_IdSet LIKE ′2,%′ OR

TABLE.MVersion_IdSet LIKE ′%,2,%′ OR

TABLE.MVersion_IdSet LIKE ′%,2,′);

3　實　例

3.1實例數(shù)據(jù)

實例數(shù)據(jù)來自安徽銅陵地區(qū)鳳凰山礦田，在以前的項目中曾針對該實例礦床歷年來的地質(zhì)勘探資料建立礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫，開展了礦床深邊部隱伏礦體的三維可視化預(yù)測研究(毛先成等，2010)。在已建立的實例礦床地質(zhì)勘探關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，應(yīng)用本次研究提出的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫增量更新版本管理方法，實例模擬礦床勘探數(shù)據(jù)增量更新的版本管理和三維建模修正實現(xiàn)過程。

鳳凰山礦田包含鳳凰山(又稱藥園山)、寶山陶、鐵山頭、仙人沖等多個銅礦床，其中，藥園山礦床達到了中型規(guī)模，累計探明銅金屬資源量43萬t以上(邵擁軍等，2003)。礦床共有礦體100多個，其中大中型礦體7個，Ⅰ—Ⅶ號礦體，包含199個鉆孔工程，勘探線剖面圖33幅。已建立的礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫包含鉆孔開孔表、測斜表、地質(zhì)編錄數(shù)據(jù)表和樣品化驗數(shù)據(jù)表，保存在SQL Server數(shù)據(jù)庫中?？紤]項目中曾按照勘探線剖面建模方法建立了礦體三維模型，已建立礦體邊界線串，選取IV號礦體，擬采用不同時序版本的剖面圖線串建立不同版本的三維礦體修正模型，因而增加了建模線串信息關(guān)系表來描述線串與剖面圖之間的關(guān)系。

基于本次研究提出的礦床勘探數(shù)據(jù)增量更新版本管理方法，首先在上述各關(guān)系表中分別添加MVersion_IdSet、TVersion_ID、Dflag、Mflag、Hflag 5個版本標(biāo)識字段，建立版本數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。根據(jù)鉆孔開孔日期人為劃分為3個勘探時段并建立對應(yīng)的時序版本，即TVER0：1965-07-01—1965-07-15;TVER1：1965-07-16—1965-07-31；TVER2：1965-08-01—1974-11-01。分別在孔數(shù)據(jù)表和剖面圖件表以及建模線串信息表數(shù)據(jù)記錄中添加了相應(yīng)的時序版本標(biāo)識，即將相應(yīng)的時序版本號賦值給TVersion_ID字段，為進一步提取建模版本數(shù)據(jù)和三維礦體建模修正提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2實例實現(xiàn)

采用C#編程語言實現(xiàn)實例礦床勘探數(shù)據(jù)庫的版本創(chuàng)建與管理，并基于剖面建模版本數(shù)據(jù)進行實例礦體三維建模修正模擬。

版本數(shù)據(jù)采用樹型結(jié)構(gòu)組織。時序版本可直接通過版本樹節(jié)點進行展示，圖8為鉆孔數(shù)據(jù)時序版本實例顯示界面，左鍵點擊版本節(jié)點可以查詢版本所包含的數(shù)據(jù)記錄；右擊版本節(jié)點可以查看版本的詳細(xì)信息，包括創(chuàng)建人員、創(chuàng)建時間、時間跨度等。

圖8　鉆孔數(shù)據(jù)版本顯示界面Fig.8　Display interface of drilling data version

由于建模版本是多繼承、多派生的，樹型結(jié)構(gòu)并不能真正表示出這種擴展的有向無環(huán)圖節(jié)點之間的多對多關(guān)系。為了從版本樹中查看建模版本，將建模版本節(jié)點置于其間接或直接繼承的時序版本中版本編號最大的時序版本節(jié)點下，建模版本間詳細(xì)的繼承、派生關(guān)系，則需查看擴展的有向無環(huán)圖版本關(guān)系表了解。

針對藥園山礦床IV號礦體，選取不同時序版本的剖面圖線串建立了3個建模版本，其中建模版本MVER0選取TVER0的剖面圖線串?dāng)?shù)據(jù)，MVER1繼承MVER0并選取TVER1的數(shù)據(jù)，MVER2繼承MVER1的數(shù)據(jù)并選取TVER2的部分?jǐn)?shù)據(jù)。MVER0數(shù)據(jù)包含14、16、18、20、22、24、25、26、28、31號勘探線剖面圖中的IV號礦體邊界線串，MVER1增加了30號和251號勘探線剖面圖中的IV號礦體邊界線串，MVER2在MVER1的基礎(chǔ)上再添加了271號和291號勘探線剖面圖中的IV號礦體邊界線串。

圖9為針對剖面線串的建模版本建立界面。創(chuàng)建建模版本時，首先需根據(jù)建模需求選取將要創(chuàng)建的建模版本的時序父版本或建模父版本，對于剖面建模，實例中首先選取需要進行建模的礦體，遍歷包含該礦體的所有剖面圖，篩選出對應(yīng)的所有線串；然后選取構(gòu)建該建模版本的線串集；最后進行版本標(biāo)識，即程序在版本數(shù)據(jù)庫中搜索已創(chuàng)建的建模版本的最大編號，自動設(shè)置所要創(chuàng)建的建模版本編號為搜索的最大建模版本編號加1，再手工添加版本用途描述，生成建模版本。

圖9　剖面圖線串建模版本建立界面Fig.9　Established interface of profile LineString modelling version

圖10為剖面圖線串版本顯示界面，左鍵點擊版本節(jié)點可以查詢版本所包含的剖面圖及線串記錄；右擊建模版本節(jié)點可以查看建模版本的創(chuàng)建人員、創(chuàng)建時間、所繼承的時序父版本編號及其建模父版本編號等信息。版本的增刪操作都可通過選擇版本樹節(jié)點的右鍵菜單功能完成。

圖10　剖面圖數(shù)據(jù)版本顯示界面Fig.10　Display interface of profile data version

時序版本和建模版本建立完成后，分別從數(shù)據(jù)庫中提取MVER0、MVER1、MVER2建模數(shù)據(jù)，在GOCAD中分別建立三維礦體模型。圖11展示了基于實例礦體增量數(shù)據(jù)版本更新的三維礦體模型的動態(tài)修正過程，展示了模型的動態(tài)變化過程。

圖11　基于增量數(shù)據(jù)版本更新的三維礦體建模修正實例Fig.11　3D ore-body modelling corrected instance based on incremental data version update

4　結(jié)　論

隨著礦山地質(zhì)勘探工作的逐階段開展和勘探工程加密，獲取的各種地質(zhì)數(shù)據(jù)逐步增加，基于勘探數(shù)據(jù)增量更新的三維地質(zhì)建模動態(tài)修正能夠及時、清晰地反映地質(zhì)體在三維空間中的展布形態(tài)，有助于地質(zhì)工作者進行各種地質(zhì)形態(tài)空間分析、礦體儲量計算以及采礦設(shè)計。因此，研究地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)庫增量更新與三維地質(zhì)體模型動態(tài)修正之間的映射關(guān)系具有實際意義。

針對基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的礦床地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)增量更新，引入版本管理機制，以時序版本和建模版本作為地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)增量更新版本標(biāo)識，提出了一種擴展的有向無環(huán)圖版本管理模型，實例研究了礦床勘探數(shù)據(jù)庫的版本管理與三維地質(zhì)建模動態(tài)修正實現(xiàn)過程。研究表明，以版本標(biāo)識為紐帶，版本化礦床勘探數(shù)據(jù)庫與三維模型庫的映射，有助于礦床勘探過程中三維地質(zhì)建模動態(tài)更新問題的解決。但由于地質(zhì)構(gòu)造在時間演繹和空間結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性，三維地質(zhì)建模動態(tài)修正過程并不是簡單的基于地質(zhì)勘探增量數(shù)據(jù)的模型增長過程。

因此，隨著勘探數(shù)據(jù)的增加，一方面需要從數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和計算機實現(xiàn)上完善從版本化礦床勘探數(shù)據(jù)庫到三維模型庫的映射過程；另一方面，更重要的是需要針對不同的地質(zhì)條件和地質(zhì)體數(shù)據(jù)研究地質(zhì)體在三維空間的演化過程。

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An incremental update method of geological prospecting database for 3D dynamic modelling in mineral deposits

ZOU Yanhong1,2, LIU Wen1,2, HUANG Wang1,2, CHEN Jiayin1,2, MAO Xiancheng1,2

(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring, Ministry of Education, Changsha 410083, Hunan, China; 2. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China)

Due to the increasing geological exploration data and 3D dynamic geological modelling in the deep mineral exploration, we proposed an incremental update method of geological prospecting database based on version management. Firstly, based on the analysis of the mapping relationship between geological exploration engineering data and 3D geological model, we established sequential version and modelling version as the incremental updating version identifiers of deposit exploration data. Then, aiming at version management of the updated exploration data, we put forward a version management model based on extended directed acyclic graph, designed a version management method based on relational database, and discussed its implementation process as well. Finally, taking the Fenghuangshan ore field in Tongling of Anhui as a case study, we built a practical geological exploration version database based on the SQL Server system. The C# program was developed to implement the functions of version management for practical mineral exploration database, including version establishment, query and display functions. A set of 3D ore-body dynamic correction models was built by using the incremental updating version instance. This method is confirmed to be feasible and efficient.

deposit exploration data; incremental update; version database; 3D geological modelling; dynamic correction; Tongling in Anhui Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.372

2016-06-21；編輯：陸李萍

國家自然科學(xué)基金項目“面向礦床勘探數(shù)據(jù)增量更新的三維地質(zhì)體快速建模與修正方法”(41472302)

鄒艷紅(1971—)，女，副教授，博士，主要從事三維地學(xué)建模與GIS應(yīng)用研究工作,E-mail： zouyanhong@edu.csu.cn

P628+.4

A

1674-3636(2016)03-0372-12