徐剛強，劉艷紅，李文新

(1.湖南工程職業(yè)技術(shù)學院， 湖南 長沙 410151； 2.長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司， 湖南 長沙 410014； 3.湖南有色環(huán)保研究院有限公司， 湖南 長沙 411499)

礦山地測工作是一項理論與實踐相結(jié)合的重要技術(shù)基礎(chǔ)工作，是礦山地質(zhì)信息揭露和儲量動態(tài)管理的重要手段，其任務(wù)是系統(tǒng)地研究礦山地層、構(gòu)造、巖石、礦產(chǎn)等地質(zhì)特征，為找探礦、水文及工程地質(zhì)、資源綜合利用等提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料，貫穿于礦產(chǎn)資源勘查、礦山基建、開采運營及閉坑的全生命周期[1]。

1 地測工作中常見的問題

礦山地測工作包括地測設(shè)計、現(xiàn)場作業(yè)、成果整理三個階段[2]?，F(xiàn)有礦山地測工作的各階段都存在一些問題，較大地制約了礦山的生產(chǎn)和發(fā)展。

（1）地測設(shè)計階段存在的常見問題。地測設(shè)計階段的主要任務(wù)是編制設(shè)計方案，明確地測任務(wù)及目的，需要收集與項目有關(guān)的所有地質(zhì)資料、原有研究成果及必要的實地考察。然而，現(xiàn)有的一些地測設(shè)計方案內(nèi)容敘述往往千篇一律，針對性不強，對已有資料收集不全或分析不足，可靠度受人為因素制約較大。

（2）現(xiàn)場作業(yè)階段存在的問題。現(xiàn)場作業(yè)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)以下問題：地測工作量估計不足，工作比較被動，整體工作量增加；地測結(jié)果誤差較大，不能滿足工程的要求；現(xiàn)場作業(yè)人員未嚴格執(zhí)行作業(yè)規(guī)程，或井下作業(yè)環(huán)境昏暗、嘈雜等因素影響，造成現(xiàn)場記錄錯誤。

（3）成果整理階段存在的問題。地測信息包括各種原始測量和觀測數(shù)據(jù)，以及各種礦圖、報表和計算成果等，是地測工作的集中反映，是礦山生產(chǎn)和管理工作的重要依據(jù)。其數(shù)據(jù)量大、覆蓋面廣，目前大多以紙質(zhì)資料、文檔、表格、CAD圖件、三維模型、信息系統(tǒng)等多種形式，分散在不同的機構(gòu)或個人手里，以“碎片化”的形式存在，數(shù)據(jù)難以管理和利用。

此外，各專業(yè)軟件間相互獨立，各自為政，不同軟件間存在數(shù)據(jù)重復錄入情況[3]，成果難以延續(xù)和共享。

因此，目前礦山地測采等專業(yè)間協(xié)同性差，礦山工作質(zhì)量和效率不高等問題突出。

2 地測數(shù)字化進展

近幾年來，隨著計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，云計算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、三維可視化等新一代信息技術(shù)與礦山的融合發(fā)展，地測工作數(shù)字化、智能化建設(shè)也得到了長足的進步。

劉艷紅[4]研發(fā)的超深井多源信息集成與安全管控平臺實現(xiàn)了超深井工程建設(shè)過程中多源異構(gòu)數(shù)據(jù)（感知數(shù)據(jù)、工程管理數(shù)據(jù)）的集成與融合，實現(xiàn)了某超深井工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程管理等多源信息的可視化與安全管控，但在地測信息管理方面，主要是對已有地測工作成果的應(yīng)用，其前端地測信息采集、處理等過程并未涉及。陳鑫等[5]在地測采業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)標準化、地測采工作流程規(guī)范化的基礎(chǔ)上，基于數(shù)據(jù)中心研發(fā)了礦山生產(chǎn)技術(shù)協(xié)同平臺，實現(xiàn)了礦山生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)的高效流轉(zhuǎn)和共享，不足之處是該平臺地測采信息仍以電子文件形式傳遞，應(yīng)用范圍受限。柳波[6]將礦山地測數(shù)據(jù)劃分為空間數(shù)據(jù)、三維圖件、二維圖件和傳統(tǒng)附件4種類型，基于PostgreSQL數(shù)據(jù)庫建立了礦山空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理，但仍限于文件形式，尚未實現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)應(yīng)用。

為了有效地利用礦山各階段的地測信息，為礦山生產(chǎn)計劃和高效管控提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與協(xié)同高效工作，有必要從地測工作源頭開始，開展以“礦產(chǎn)資源”信息流為主線的數(shù)字化管理，將這些多維信息基于統(tǒng)一標準進行集成融合[7]。

3 地測數(shù)字化平臺設(shè)計

3.1 建設(shè)原則與思路

地測數(shù)字化平臺應(yīng)該遵循以下5個原則：①以 地測工藝為核心，基于地測工藝分解進行功能規(guī)劃；②充分利用礦山地測信息化現(xiàn)有成果和已有成熟的專業(yè)化軟件；③數(shù)據(jù)交付標準、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交換規(guī)則統(tǒng)一；④平臺支持擴展、二次開發(fā)與整合；⑤平臺支持礦山全生命周期信息的快速積累與集成。

目前大部分一般非繼承性的信息化平臺都是在礦山全生命周期的節(jié)點處進行數(shù)據(jù)交付，數(shù)據(jù)以一種割裂式的方式積累，不同階段數(shù)據(jù)之間缺少關(guān)聯(lián)，從而導致數(shù)據(jù)協(xié)同困難，無法實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用。而數(shù)字化平臺，則以“礦產(chǎn)資源”數(shù)字化為主線，跨平臺實現(xiàn)多源信息集成融合，支持全生命周期不同階段的數(shù)據(jù)累積式增加，見圖1。

遵循上述建設(shè)原則，建立一套貫穿礦山全生命周期的系統(tǒng)平臺，打破各階段、各工具軟件、各專業(yè)之間的“信息壁壘”，確保地測數(shù)據(jù)的完整性、一致性，為礦山全生命周期數(shù)據(jù)協(xié)同提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可為礦山數(shù)字化、智能化、智慧化建設(shè)提供工程數(shù)據(jù)底座，見圖2。

圖1 礦山全生命周期數(shù)據(jù)累積

圖2 建設(shè)思路

3.2 平臺架構(gòu)

按照建設(shè)原則及思路，建立礦山地測數(shù)字化平臺，見圖3。

（1）數(shù)據(jù)來源：按照工作階段劃分，包括地測設(shè)計數(shù)據(jù)、地測作業(yè)數(shù)據(jù)、地測成果數(shù)據(jù)；按照地測工作手段劃分，包括物化探數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、取樣工程數(shù)據(jù)；按照數(shù)據(jù)形式劃分，包括三維模型、二維結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)加工處理：對于各種專業(yè)軟件輸出的二三維結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，就其屬性信息進行檢查和補充，對象模型編碼補充等；對掃描件等文檔進行OCR自動識別；對三維模型進行輕量化處理；對數(shù)據(jù)清洗校驗規(guī)則進行定義，達到自動處理。

（3）數(shù)據(jù)存儲：根據(jù)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)類型，建立專項分類數(shù)據(jù)庫，將地測數(shù)據(jù)分類存儲，同時實現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的高速互通。

（4）業(yè)務(wù)應(yīng)用：建設(shè)各個應(yīng)用系統(tǒng)，包括云協(xié)同系統(tǒng)、項目管理系統(tǒng)、數(shù)字化移交系統(tǒng)、三維看板系統(tǒng)、數(shù)字資產(chǎn)管理系統(tǒng)，通過綜合集成實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心各類數(shù)據(jù)的動態(tài)分析與應(yīng)用，最后將數(shù)據(jù)應(yīng)用結(jié)果推送到各類終端（如：智能移動設(shè)備、PC端、大屏顯示系統(tǒng)等）進行展示。

圖3 平臺架構(gòu)

3.3 平臺功能特點

平臺以數(shù)字化交付標準為基礎(chǔ)，涉及設(shè)計、設(shè)備材料采購、現(xiàn)場施工、成果整理等不同階段數(shù)據(jù)的采集與交付。平臺功能特點主要包括以下幾個方面。

（1）標準內(nèi)置。參照ISO15926、CFIHOS等國際標準，以及石油化工[8]、電力行業(yè)[9-10]等國內(nèi)標準，結(jié)合礦山行業(yè)特點編制企業(yè)內(nèi)部標準，形成數(shù)字化交付標準體系，并內(nèi)置于平臺中，交付標準包括管理規(guī)范、技術(shù)規(guī)范、基礎(chǔ)定義等（見圖4）。功能包括對象分類、屬性組、屬性等。

圖4 數(shù)字化交付標準

（2）數(shù)據(jù)采集與展示。設(shè)計數(shù)據(jù)采集：強大的數(shù)據(jù)格式兼容能力，可以對不同專業(yè)軟件輸出的三維模型進行采集，文檔與邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)也可實現(xiàn)采集?，F(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)采集：結(jié)合現(xiàn)場APP應(yīng)用以及巖芯快速掃描等設(shè)備，實時將現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)采集、傳輸至云數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[11]。多源結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采集：對于數(shù)據(jù)不同的來源（其他信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、表格等），通過數(shù)據(jù)處理工具，進行自動抽取、清洗與轉(zhuǎn)換，以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。紙質(zhì)文件采集：基于OCR識別技術(shù)，快速建立索引以供檢索。

（3）關(guān)聯(lián)關(guān)系?；陉P(guān)系圖譜實現(xiàn)三維模型、邏輯關(guān)系、文檔、實時數(shù)據(jù)等之間的關(guān)聯(lián)，見圖5。

圖5 關(guān)系圖譜

（4）成果檢審。地測采各專業(yè)通過云協(xié)同平臺隨時查看輸出的成果（模型/文件），并實現(xiàn)成果審查，成果檢審流程見圖6。

平臺提供審閱批注、在線評論、信息查閱、協(xié)同流程等功能。

（5）二三維聯(lián)動。平臺支持成果可視化，智能二三維聯(lián)動。如點擊某鉆孔工程某取樣段，則該鉆孔工程該取樣段的剖面圖信息對應(yīng)呈現(xiàn)。

（6）數(shù)據(jù)總覽。通過一個界面，將對象的屬性數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)文件、三維模型、邏輯關(guān)系圖，關(guān)聯(lián)對象等信息集中展示。

圖6 成果檢審流程

（7）全局信息檢索。通過關(guān)鍵字，對系統(tǒng)中的內(nèi)容（模型、關(guān)聯(lián)關(guān)系、圖紙、文檔、屬性）進行快速檢索查詢，支持全文檢索及對檢索的結(jié)果進行二次檢索過濾。

（8）APP應(yīng)用。通過移動端APP，可便捷采集現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，也可隨時查看地測工作進度和成果質(zhì)量等。

3.4 預期效果

（1）各專業(yè)軟件重構(gòu)集成。平臺支持多種軟件重構(gòu)集成，統(tǒng)一各軟件的數(shù)據(jù)庫為一體化數(shù)據(jù)庫，去掉重復部分，保證數(shù)據(jù)源的準確性、一致性[11]，可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為礦山數(shù)字化、智能化建設(shè)提供工程數(shù)據(jù)底座。

（2）可視化管理。二三維聯(lián)動使得設(shè)計審查、現(xiàn)場作業(yè)管理、成果檢審實現(xiàn)可視化管理，如通過工程項目管理與三維模型關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)不同階段模型變色，動態(tài)直觀地顯示不同階段的完成情況，使相關(guān)人員及時準確地了解工程的進度和總體情況。

（3）綜合信息集成。平臺本質(zhì)上是一個數(shù)字化集成平臺，可有效搜集、管理、共享工程信息。隨著地質(zhì)工程的不斷揭露，以“礦產(chǎn)資源”數(shù)字化為主線的礦山資源環(huán)境及其開采利用過程一目了然，不僅可以實現(xiàn)工程可追溯管理，且所有數(shù)據(jù)基于云平臺協(xié)同共享，大大提高了礦山工作質(zhì)量和 效率。

（4）二三維一體化監(jiān)控?；陉P(guān)聯(lián)性處理和強大的信息檢索，能更精準地進行工程項目任務(wù)下 達、人員和設(shè)備管理、數(shù)據(jù)采集、成果整理等一體化管控。

4 結(jié)論

針對礦山地測工作中常見的問題，設(shè)計了以“礦產(chǎn)資源”數(shù)字化為主線的、面向礦山全生命周期的地測數(shù)字化平臺。

（1）數(shù)字化交付標準是礦山地測數(shù)字化平臺的基礎(chǔ)和根據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)處理與加工保證了數(shù)據(jù)源的準確性、一致性，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)累積式增加，為礦山數(shù)字化、智能化建設(shè)提供工程數(shù)據(jù)底座。

（3）關(guān)聯(lián)關(guān)系處理實現(xiàn)了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的重構(gòu)與集成融合，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動流轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。

（4）地測數(shù)字化平臺本質(zhì)是多源信息綜合集成，其基于統(tǒng)一標準實現(xiàn)了跨平臺的融合，可為各專業(yè)數(shù)據(jù)共享與協(xié)同提供支撐。