何貞健

(福州市國(guó)土資源測(cè)繪隊(duì)，福建 福州 350011)

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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)

何貞健

(福州市國(guó)土資源測(cè)繪隊(duì)，福建 福州 350011)

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(wèn)題，根據(jù)儲(chǔ)量管理部門(mén)對(duì)礦山日常勘探與開(kāi)發(fā)工作的監(jiān)管需求，設(shè)計(jì)開(kāi)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(kāi)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。

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

0 引言

近年來(lái)，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(wèn)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(kāi)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(kāi)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(mén)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(kāi)發(fā)出來(lái)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(guò)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(kāi)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。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

1.3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

圖2 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(guò)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(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)、專業(yè)類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)、管理類(lèi)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(lèi)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(kāi)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(kāi)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(wèn)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(guò)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。

圖3 固體礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量三維動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)應(yīng)用示例

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(kāi)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(kāi)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。

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Design and implementation of 3D dynamic management system for resources/reserves of solid fuels and mineral commodities

He Zhenjian

(Fuzhou Territorial Resources Surveying and Mapping Team， Fuzhou 350000， China)

Aiming at the problem that dynamic supervision is difficult and the data quality is low in mineral resource reserves management, based on the demand for related reserves management department to supervise mine exploration and development, we designed and developed a 3D dynamic management system for resources/reserves of solid fuels and mineral commodities. First of all, this paper introduceed the basic system requirement, system functions and system architecture.Then we developed the system based on the 3DMine and ArcGIS platform in the background of 3D virtual space. The mineral resource reserve data in Makeng iron deposit has been applied in this system. The result shows the effects of 3D visualization and convenient reserves estimation, and fully substantiated supervision are achieved.

3D geological modeling; 3D visualization; resources/reserves; dynamic management

TP39; P628

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.20.026

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.

2016-05-24)

何貞健(1962-)，通信作者，男，本科，高級(jí)工程師，主要研究方向：信息化建設(shè)與測(cè)繪工作。E-mail：jiangjunwhisper@qq.com。