李宏星，周根茂，陳碧華，劉正邦，翁海成，劉雙民

(1.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149;2.中核環(huán)保工程有限公司，北京101149)

數(shù)字化砂巖型鈾礦以砂巖型鈾礦資源為依托，建立統(tǒng)一的鈾礦資源時空格架，科學合理地組織在資源開發(fā)過程中產(chǎn)生的一系列數(shù)據(jù)及其背后隱藏的各類信息[1]。數(shù)據(jù)是砂巖型鈾礦各業(yè)務流程的重要生產(chǎn)要素，以數(shù)據(jù)為驅動的一體化數(shù)據(jù)組織管理是有效提高企業(yè)決策效率和戰(zhàn)略管理水平、實現(xiàn)科學管理的重要手段[2]。隨著數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術研究的不斷進步，使鈾礦數(shù)據(jù)賦能，讓數(shù)據(jù)創(chuàng)造更高的價值，成為砂巖型鈾資源行業(yè)共同的價值取向。

近年來，中國砂巖型鈾礦數(shù)字化技術取得了顯著進步。相繼研發(fā)了數(shù)字鈾礦勘查系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)、信息化管理系統(tǒng)、調度指揮系統(tǒng)等一系列新技術，初步實現(xiàn)了地質勘查業(yè)務流程數(shù)字化、地浸礦山浸出液處理流程數(shù)字化，初步建立了基于地浸礦山生產(chǎn)的地浸井場工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、浸出液處理流程控制系統(tǒng)和生產(chǎn)調度管理系統(tǒng)等。許多學者對中國砂巖型鈾礦數(shù)字化技術進行了較為詳細的研究[3-7]，為中國砂巖型鈾礦資源數(shù)字化、智能化建設指明了發(fā)展方向[8-9]。目前，針對砂巖型鈾礦資源開發(fā)的業(yè)務數(shù)據(jù)，中國尚未建立標準化數(shù)據(jù)體系。砂巖型鈾礦各業(yè)務流程數(shù)據(jù)資源的采集、傳輸、存儲、管理、共享和深度挖掘利用程度低，數(shù)據(jù)分散、數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象突出，數(shù)據(jù)一體化應用困難。為了加強砂巖型鈾礦全周期業(yè)務數(shù)據(jù)的交流與共享，為大數(shù)據(jù)分析技術的應用創(chuàng)造數(shù)據(jù)環(huán)境，亟需開展砂巖型鈾礦一體化多源數(shù)據(jù)組織管理研究。

1 數(shù)據(jù)來源與特征

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)字化砂巖型鈾礦的本質是將砂巖型鈾資源產(chǎn)業(yè)鏈的各業(yè)務流程全面數(shù)字化，因此，砂巖型鈾礦數(shù)據(jù)資源來自其業(yè)務流程的各個階段。砂巖型鈾礦資源開發(fā)業(yè)務流程包括地質勘查、技術經(jīng)濟評價、設計建設、采冶生產(chǎn)、退役治理5個重要階段，每個階段業(yè)務工作所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資源有所不同；但又有存在強烈的內(nèi)在聯(lián)系。

1.1.1 地質勘查數(shù)據(jù)

地質勘查是整個天然鈾產(chǎn)業(yè)鏈的最前端，直接決定著砂巖型鈾資源的開發(fā)利用，是中國中長期鈾資源戰(zhàn)略的重要保障。地質勘查階段主要業(yè)務工作包括區(qū)域地質調查、區(qū)域水文地質調查、區(qū)域物探測量、區(qū)域化探測量、勘探工程(鉆孔、地震等)、地質勘查(潛力評價、預查、普查、詳查和勘探)、水文地質勘查、地質測量、地球物理測井、分析化驗等方面。

本階段數(shù)據(jù)資源涵蓋原始數(shù)據(jù)采集、原始圖件、綜合圖件及地質、儲量等綜合信息在內(nèi)的全部數(shù)據(jù)，也包括自然地理數(shù)據(jù)、交通經(jīng)濟信息、礦業(yè)權信息等其他數(shù)據(jù)。

1.1.2 技術經(jīng)濟評價數(shù)據(jù)

在砂巖型鈾礦地浸采鈾可行性研究和礦山采冶生產(chǎn)過程中，對礦床地質、水文地質條件、技術工藝路線和參數(shù)進行合理的評價與分析是一項十分重要的工作，也是地浸鈾礦山能夠取得良好經(jīng)濟效益的保障。

本階段數(shù)據(jù)資源主要來源于地質、水文地質條件研究、工藝礦物學研究、室內(nèi)浸出試驗研究、地浸條件試驗研究、擴大試驗研究和地浸采鈾技術經(jīng)濟綜合評價等方面。

1.1.3 設計建設數(shù)據(jù)

礦山設計建設工作是礦山安全生產(chǎn)運行的重要前提，也是礦山生產(chǎn)效益、經(jīng)濟效益得到保障的重要基礎。

本階段數(shù)據(jù)資源主要來源于砂巖型鈾礦山立項、設計、工程建設方面。砂巖型鈾礦山立項涉及到礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案、可行性研究、可行性論證、社會穩(wěn)定風險分析和立項申請等內(nèi)容。砂巖型鈾礦山設計涉及到初步礦山設計、安全設計和施工圖設計等內(nèi)容。砂巖型鈾礦山工程建設涉及到招投標、工程建設、鉆孔工程、工業(yè)試生產(chǎn)和工程驗收等內(nèi)容。

1.1.4 采冶生產(chǎn)數(shù)據(jù)

采冶生產(chǎn)階段是指通過地浸采鈾方式集采、冶于一體，以獲取砂巖型鈾礦資源的過程，是砂巖型鈾礦山生命周期中最核心的階段，也是體現(xiàn)砂巖型鈾礦山經(jīng)濟效益和社會效益的最佳時期。本階段業(yè)務工作主要包括鉆孔工程、地質儲層、井場作業(yè)、水冶工藝、監(jiān)測體系、控制體系、分析化驗、環(huán)境監(jiān)測與控制等方面。

本階段數(shù)據(jù)資源主要來源于砂巖型鈾礦山每年度鉆浸技術計劃和實施過程中產(chǎn)生的一系列數(shù)據(jù)，是砂巖型鈾礦地浸采鈾的主要數(shù)據(jù)來源，也是最為重要的數(shù)據(jù)資源。

1.1.5 退役治理數(shù)據(jù)

退役治理階段是在鈾礦山完成生產(chǎn)任務的條件下進行的，是對地浸退役礦山或退役采區(qū)的地下水污染狀況進行系統(tǒng)監(jiān)測和地下水污染修復的過程。

本階段數(shù)據(jù)資源主要來源于退役礦山或退役采區(qū)的井場控制、水體修復、環(huán)境監(jiān)測與分析化驗等方面。

1.2 數(shù)據(jù)特征分析

砂巖型鈾礦各流程業(yè)務數(shù)據(jù)來源復雜、類型多樣，這些多源數(shù)據(jù)具有以下幾方面的特征。

1)專題性。砂巖型鈾礦在每個階段的具體業(yè)務工作中涉及的專業(yè)非常廣泛，包括地理學、地質學、水文學、測繪學、地球物理學、礦產(chǎn)資源、地質工程、采礦、冶金、核科學與技術、化學工程、機械工程、信息與通信工程、電氣與自動化、計算機與軟件、建筑與土木、環(huán)境學等眾多學科領域，專業(yè)的復雜性決定了其數(shù)據(jù)資源具有很強的專題特性。

2)空間性。砂巖型鈾礦多源數(shù)據(jù)具有空間特性，比如含礦地質體的坐標體系、空間分布、三維形態(tài)等空間信息，以及與其他實體之間的空間關系等組成的信息集合。

3)時間性。時間特性是砂巖型鈾礦多源數(shù)據(jù)的基本特征因子之一，任何研究對象都可能隨著時間變化。比如對含礦地質體、鈾濃度、鈾浸出率等隨地浸采鈾過程的變化規(guī)律進行分析和預測，是砂巖型鈾礦的重要研究對象。

4)多尺度性。地理空間尺度與范圍、時間尺度與范圍、研究視角尺度與范圍均是處理砂巖型鈾礦多源數(shù)據(jù)要面臨的具體問題。比如含礦地質體與區(qū)域地質、礦床地質的關系，鉆孔與抽注單元、采區(qū)的關系，鈾資源儲量狀態(tài)隨空間、時間、浸出動態(tài)的變化關系等，均與選擇的研究對象尺度有關。

5)多源性。砂巖型鈾礦數(shù)據(jù)來自于不同業(yè)務流程的不同部門、不同專業(yè)、不同人員，其數(shù)據(jù)獲取途徑、處理方法不盡相同。同時，數(shù)據(jù)本身也存在量綱不同、定量數(shù)據(jù)與定性數(shù)據(jù)并存的問題。因此，數(shù)據(jù)的多源性對數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一組織管理和集成共享造成一定的困難。

6)異構性。砂巖型鈾礦多源數(shù)據(jù)的結構差異巨大，數(shù)據(jù)類型多樣，紙質文件與電子數(shù)據(jù)并存，結構化數(shù)據(jù)、半結構化數(shù)據(jù)與非結構化數(shù)據(jù)并存，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)并存。同時，各種終端采集的不同格式數(shù)據(jù)、各種軟件加工處理的數(shù)據(jù)等造成數(shù)據(jù)的異構性以及數(shù)據(jù)的異構程度復雜。

7)繼承性。砂巖型鈾礦業(yè)務流程每一階段所產(chǎn)生的業(yè)務數(shù)據(jù)均有所不同；但又有強烈的內(nèi)在聯(lián)系，每一階段的工作成果均為下一階段工作的開展奠定了決定性基礎。很多數(shù)據(jù)資源繼承自上一階段的工作成果，又用于指導下一階段工作的開展，并非只在本業(yè)務階段發(fā)揮作用。比如鉆孔資料是貫穿地質勘查、技術經(jīng)濟評價、設計建設、采冶生產(chǎn)、退役治理全業(yè)務流程來使用的，數(shù)據(jù)資源在業(yè)務閉環(huán)的基礎上形成一個完整的數(shù)據(jù)鏈閉環(huán)。

總體上，砂巖型鈾礦數(shù)據(jù)資源是一種復雜的多源數(shù)據(jù)體系，對其進行科學合理的數(shù)據(jù)分類和編碼，是進行數(shù)據(jù)標準化的前提，也是一體化數(shù)據(jù)組織管理和共享的基礎工作。

2 數(shù)據(jù)分類

為建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)協(xié)同環(huán)境,需要將砂巖型鈾礦全周期數(shù)據(jù)資源看作一個整體進行統(tǒng)一分類和編碼。數(shù)據(jù)分類與編碼是在考慮數(shù)據(jù)本質屬性與特征的基礎上，本著數(shù)據(jù)源唯一原則,對數(shù)據(jù)進行一系列區(qū)分和歸類，形成一定規(guī)則的排列順序以及分類框架，實現(xiàn)數(shù)據(jù)科學管理和規(guī)范使用。

2.1 分類方法

為建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分類框架，基于砂巖型鈾礦業(yè)務工作流程，提出砂巖型鈾礦多源數(shù)據(jù)五層級分類方法：門類、亞門類、大類、中類、小類，不同類之間組成的樹狀結構見圖1。

圖1 砂巖型鈾礦多源數(shù)據(jù)分類層次結構示意圖

2.2 分類方案

為避免重復分類和定義數(shù)據(jù)，將在不同業(yè)務階段貫穿使用的同類數(shù)據(jù)提取出來作為基礎管理專題類別，以規(guī)范數(shù)據(jù)采集和使用，確保數(shù)據(jù)源的唯一性；結合地浸采鈾5個業(yè)務階段，砂巖型鈾礦多源數(shù)據(jù)可形成6個專題內(nèi)容。根據(jù)多源數(shù)據(jù)分類方法，可對應劃分為6個專題門類，分別為基礎管理、地質勘查、技術經(jīng)濟評價、設計建設、采冶生產(chǎn)、退役治理，見圖2。

圖2 砂巖型鈾礦多源數(shù)據(jù)專題門類組成

2.2.1 基礎管理門類

綜合分析砂巖型鈾礦各個階段多源數(shù)據(jù)來源與特征，將基礎管理專題門類劃分為5個亞門類，分別為組織機構、項目信息、礦區(qū)(工作區(qū))信息、采區(qū)信息、鉆孔信息，見圖3。

圖3 基礎管理數(shù)據(jù)分類

2.2.2 地質勘查門類

將地質勘查專題門類劃分為7個亞門類，分別為地質、水文地質、地球物理勘探、地球化學勘查、測繪、儲層精描、分析化驗等方面，見圖4。

圖4 地質勘查數(shù)據(jù)分類

2.2.3 技術經(jīng)濟評價門類

將技術經(jīng)濟評價專題門類劃分為5個亞門類，分別為工藝礦物學、室內(nèi)浸出試驗、地浸條件試驗、分析化驗、礦床開發(fā)綜合評價，見圖5。

圖5 技術經(jīng)濟評價數(shù)據(jù)分類

2.2.4 設計建設門類

將設計建設專題門類劃分為3個亞門類，分別為立項、設計、工程建設，見圖6。

圖6 設計建設數(shù)據(jù)分類

2.2.5 采冶生產(chǎn)門類

將采冶生產(chǎn)專題門類劃分為5個亞門類，分別為鉆孔工程、生產(chǎn)信息、環(huán)境監(jiān)控、分析化驗、物聯(lián)網(wǎng)體系，見圖7。

圖7 采冶生產(chǎn)數(shù)據(jù)分類

2.2.6 退役治理門類

將退役治理專題門類劃分為4個亞門類，分別為井場控制、水體修復、環(huán)境監(jiān)測和分析化驗，見圖8。

圖8 退役治理數(shù)據(jù)分類

3 數(shù)據(jù)編碼

數(shù)據(jù)分類編碼是對一些常用的、重要的數(shù)據(jù)元素進行分類和代碼化，數(shù)據(jù)編碼是否規(guī)范和標準將影響和決定數(shù)據(jù)的交流與共享等性能與效率。

3.1 編碼原則

數(shù)據(jù)分類編碼除了遵循GB/T 7027—2002《信息分類編碼的基本原則與方法》中唯一性、合理性、可擴展性、簡明性、適用性和規(guī)范性等一般信息編碼原則外；還應遵守現(xiàn)行的砂巖型鈾礦的業(yè)務規(guī)范和標準，并參考行業(yè)統(tǒng)一規(guī)范和國際或國家標準、以及面向數(shù)據(jù)庫優(yōu)化設計等原則，以滿足砂巖型鈾礦多源數(shù)據(jù)交流與共享的需求；從一體化數(shù)據(jù)組織管理的角度出發(fā)，達到砂巖型鈾礦全周期數(shù)據(jù)資源全局優(yōu)化效果。

3.2 編碼方法

在砂巖型鈾礦多源數(shù)據(jù)的6個專題門類中，結合各專業(yè)數(shù)據(jù)自身本質特征，繼續(xù)依次劃分為若干亞門類、大類、中類、小類。在具體業(yè)務數(shù)據(jù)詳細分類編碼時要使業(yè)務專家充分參與，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分類編碼體系，嚴禁重復定義各類數(shù)據(jù)。

分類編碼可根據(jù)實際需要進行擴展。

分類代碼采用8位字符碼，分別按順序排列門類、亞門類、大類、中類、小類。左起第1位為門類，用英文字母A～Z表示，將砂巖型鈾礦6個專題門類按順序排列，如基礎管理為A、地質勘查為B、技術經(jīng)濟評價為C、設計建設為D、采冶生產(chǎn)為E、退役治理為F。左起第2位為亞門類，在門類基礎上細分形成的要素類，用英文字母A～Z表示。左起第3～4位為大類，在亞門類基礎上細分形成的要素類，用兩位數(shù)字00～99表示。左起第5～6位為中類，在大類基礎上細分形成的要素類，用兩位數(shù)字00～99表示。左起第7～8位為小類，在中類基礎上細分形成的要素類，用兩位數(shù)字00～99表示。數(shù)據(jù)分類編碼結構見圖9、表1。

圖9 數(shù)據(jù)分類編碼結構圖

表1 數(shù)據(jù)分類編碼結構表

從砂巖型鈾礦一體化數(shù)據(jù)組織管理的角度考慮數(shù)據(jù)分類和編碼，具有以下優(yōu)點：1)以業(yè)務數(shù)據(jù)的自然屬性作為分類編碼的依據(jù)，便于面向業(yè)務生產(chǎn)職能需求的功能擴展[10]，符合業(yè)務管理職能的需求，更有利于數(shù)據(jù)一體化管理和擴展；2)打破業(yè)務應用系統(tǒng)各自為政的現(xiàn)狀，避免專業(yè)數(shù)據(jù)的分離存儲和管理，促進數(shù)據(jù)交流和融合，消除各個層面上的數(shù)據(jù)孤島[11]；3)從行業(yè)管理的基本業(yè)務出發(fā)，關注數(shù)據(jù)本身，使得數(shù)據(jù)的組織管理不受日常行政事務管理的影響，有利于建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心和以數(shù)據(jù)為驅動的一體化數(shù)據(jù)集成平臺[12]。

4 數(shù)據(jù)標準化

在傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫的設計從應用系統(tǒng)處理的局部業(yè)務出發(fā)，應用系統(tǒng)之間缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)語義差異、多重定義和嚴重不一致等問題，導致無法統(tǒng)一管理和共享[13]。要克服異種數(shù)據(jù)庫環(huán)境對多源數(shù)據(jù)交流和共享所形成的障礙，首要任務就是要進行數(shù)據(jù)標準化操作。

砂巖型鈾礦數(shù)據(jù)標準化是對地浸采鈾各業(yè)務流程的多源數(shù)據(jù)資源進行分類、編碼、組織、入庫和交換，進行標準化處理的過程。在砂巖型鈾礦一體化數(shù)據(jù)組織管理的指導思想下，遵照數(shù)據(jù)分類編碼的基本原則和方法，編制砂巖型鈾礦數(shù)據(jù)標準體系，構建數(shù)據(jù)池架構，建立數(shù)據(jù)入庫、出庫等交換模式，為多源數(shù)據(jù)資源的共享利用提供技術支持，為生產(chǎn)運行提供決策支持。因此，砂巖型鈾礦數(shù)據(jù)標準化對數(shù)據(jù)體系形成完整的數(shù)據(jù)鏈閉環(huán)具有十分重要的作用。砂巖型鈾礦一體化數(shù)據(jù)組織管理框架見圖10。

圖10 一體化數(shù)據(jù)組織管理框架

根據(jù)砂巖型鈾礦數(shù)據(jù)組織結構可知，數(shù)據(jù)主要以非空間數(shù)據(jù)為主。非空間數(shù)據(jù)主要包括結構化數(shù)據(jù)、半結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)。在建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準前提下，數(shù)據(jù)標準化主要通過以下3方面實現(xiàn)：1)針對空間數(shù)據(jù)和結構化數(shù)據(jù)，參照數(shù)據(jù)標準，通過數(shù)據(jù)分析、歸納、整理、直接入庫；2)針對半結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)工作者會同業(yè)務工作者對數(shù)據(jù)進行分析整理，將分散的、零碎的聲音、圖形、圖像、動畫、視頻、照片、文檔、報表等數(shù)據(jù)進行處理，通過“數(shù)據(jù)治理”后進行入庫；3)針對新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)源的采集就要符合統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，使數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的格式通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)直接入庫，形成數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)資源通過數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)統(tǒng)一管理，并通過數(shù)據(jù)云服務平臺，采用大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術，使數(shù)據(jù)賦能，最終為各業(yè)務流程提供業(yè)務監(jiān)控、數(shù)據(jù)挖掘、智能預警和決策支持。

5 結論

從砂巖型鈾礦資源開發(fā)的業(yè)務流程入手，通過梳理和分析砂巖型鈾礦數(shù)據(jù)來源及其特征，提出了多源數(shù)據(jù)分類框架和編碼方法。該分類和編碼方法為砂巖型鈾礦一體化數(shù)據(jù)組織管理和建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準體系奠定了基礎，有利于使多源數(shù)據(jù)體系在業(yè)務閉環(huán)的基礎上形成完整的數(shù)據(jù)鏈閉環(huán)，為多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、傳輸、存儲、管理和共享應用奠定了重要的技術基礎。