國內(nèi)外礦業(yè)軟件的對比研究

摘要：文章對四款常見的國內(nèi)外礦業(yè)軟件進行系統(tǒng)的對比，通過對其數(shù)據(jù)兼容性及數(shù)據(jù)庫管理、集成建模、地下采礦設(shè)計和露天采礦設(shè)計等主要功能進行對比，從而分析各款軟件在各項功能方面的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：礦業(yè)軟件；功能；比較

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）20-0074-02

1國內(nèi)外可視化礦業(yè)軟件發(fā)展現(xiàn)狀

三維可視化礦業(yè)軟件是根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計學原理，采用定量化、自動化和可視化的方式對客觀地質(zhì)體進行快速解析。通過礦業(yè)軟件的應(yīng)用，能夠快速掌握礦體的厚度、品位及組分的三維空間分布特點和規(guī)律，及時反映礦體的礦化程度、空間形態(tài)及品位——礦量的變化情況，實現(xiàn)礦體的數(shù)字化、可視化及礦山生產(chǎn)技術(shù)動態(tài)管理。

國外礦業(yè)軟件的研究和開發(fā)始于20世紀70年代，當前的礦業(yè)軟件已經(jīng)形成了相當?shù)囊?guī)模和相對較完善的功能。歷屆APCOM會議資料顯示，以礦床模型為代表的礦業(yè)軟件發(fā)展迅速，西方采礦大國相繼推出了用于地質(zhì)資料處理、礦床建模、采礦設(shè)計、測繪圖形處理等方面的商業(yè)礦業(yè)軟件，如：Surpac、Micromine、Datamine、Mintec、Lynx等。在國內(nèi)，從20世紀80年代起，一些有識之士開始探索和研發(fā)國產(chǎn)軟件；一些礦山企業(yè)與科研院所、大專院校開始合作將計算機技術(shù)應(yīng)用于礦山設(shè)計和生產(chǎn)中。90年代后，很多國外礦業(yè)企業(yè)進入中國，帶來了國外的軟件及實質(zhì)性成果，從而帶動了礦業(yè)軟件在國內(nèi)的應(yīng)用。同時，國外礦業(yè)軟件商也瞄準了中國市場，在國內(nèi)聯(lián)合了礦業(yè)軟件代理商，使得國內(nèi)礦業(yè)軟件市場出現(xiàn)了今日的“繁榮”景象。在這些國產(chǎn)軟件中，具有代表性的有：Dimine、3DMine、龍軟GIS、采礦CAD等。

2國內(nèi)外可視化礦業(yè)軟件的對比

本文將從數(shù)據(jù)兼容性及數(shù)據(jù)庫管理、集成建模功能、地下采礦設(shè)計功能和露天采礦設(shè)計功能等方面對國內(nèi)市場中使用較多的四款軟件（Dimine、3DMine、Micromine、Surpac）進行系統(tǒng)的對比，從而分析各款軟件在各功能方面的優(yōu)劣。

2.1數(shù)據(jù)兼容性及數(shù)據(jù)庫管理

{1}數(shù)據(jù)兼容性。在數(shù)據(jù)兼容性方面，Dimine兼容各種數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、Excel表數(shù)據(jù)、AutoCAD數(shù)據(jù)、MapGIS數(shù)據(jù)，同時還兼容Micromine、Datamine、Surpac等其他礦業(yè)軟件。3DMine可兼容AutoCAD、MapGIS、南方CASS、MSOffice、ArcInfo和Datamine等國外礦業(yè)軟件，并提供了AutoCAD、MAPGIS等多種軟件的接口，可以很方便的將礦山的各種原有的平面圖件導人3DMine內(nèi)進行編輯處理。Micromine的數(shù)據(jù)輸入雖然適應(yīng)于Mapgis、ODBC（Excel、Acess、Foxpro、DBASE）、DEM、DXF、Surpac等形式的資料；但其對于MapGis數(shù)據(jù)，只能兼容明碼格式的點、線數(shù)據(jù)；AutoCAD平剖面數(shù)據(jù)導入復雜，不能保留原有圖層。Surpac軟件系統(tǒng)與Mapgis不兼容，須將數(shù)據(jù)導人AutoCAD中進行處理，然后將經(jīng)過AutoCAD處理的dxf文件導入Surpac中。

{2}數(shù)據(jù)庫管理。在數(shù)據(jù)庫管理方面，Dimine采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)集中管理用戶數(shù)據(jù)，一個礦山維護一套數(shù)據(jù)，并且系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交換功能，充分實現(xiàn)企業(yè)各種數(shù)據(jù)的共享與交換。3DMine、Micromine、Surpac這三款軟件的數(shù)據(jù)并非存放在軟件本身中，而是存放在數(shù)據(jù)庫軟件（Excel，Acess，F(xiàn)oxpro，DBASE）中，用戶可利用礦業(yè)軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，將地質(zhì)數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫中。然而3DMine只能使用Accessh和Excel數(shù)據(jù)庫。

2.2集成建模功能

礦業(yè)軟件的建模功能是其基本的核心功能。過去使用傳統(tǒng)方法圈定礦體和地質(zhì)構(gòu)造容易產(chǎn)生一些錯誤和偏差，并且這些錯誤在平面圖上或剖面圖上不易發(fā)現(xiàn)。而在真實的二三維空間里，就很容易被識別還可以通過在三維空間中對礦體的圈定，加深技術(shù)人員、理場管理人員對礦體形態(tài)、品位情況等認識，更有效指導生產(chǎn)。礦業(yè)軟件建模功能包括地表模型、礦體模型和塊段模型的建立。

2.2.1地表模型（DTM）建立

地表模型建立是三維地質(zhì)建模一項重要的內(nèi)容。三維地表不僅直接影響到地表工程的設(shè)計、施工，而且對于選廠、排土場、鉆孔孔口等的最優(yōu)布置有很大的影響。同時，地表模型作為邊界約束條件，還直接影響到露天境界優(yōu)化的技術(shù)經(jīng)濟指標和工程量的計算。在這四款軟件中，地表模型的建立方式大同小異，都是將現(xiàn)有地形圖里所含的測量數(shù)據(jù)導入到軟件中進行相應(yīng)的修改，從而創(chuàng)建地表模型。

2.2.2礦體模型建立

礦體模型的建立是整個模型建立過程中最重要的部分，它們都是為礦體的開采服務(wù)的。建立礦體模型除了可視化、體積計算、在任意方向上產(chǎn)生剖面、與來自于地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)相交四種功能外，還有一個極其重要的功能，就是為之后的品位估值和塊段分析提供線框約束的基礎(chǔ)。

在礦體模型建立功能方面，四款軟件各自具有不同的特點:

在Dimine中，礦體模型生成后，可以在任意方向切削面，生成剖面圖（含地層情況、礦厚）。還可以將地勘部門所遞交的勘探線剖面圖與地質(zhì)模型所生成的剖面圖進行比較分析，以控制開采過程中的經(jīng)濟性與風險性。

3DMine中帶有“擴展外推線”功能，這項功能能夠很好的解決根據(jù)所建立的模型得到的各個品級的儲量報告和礦山原有資料之間存在一定的誤差的問題。問題的原因是在建模的過程中，圈定礦體時只截止到兩端的勘探線，而礦體的實際賦存情況大多不會是在勘探線處戛然而止，而是有所延伸。因此“擴展外推線”的功能將兩端的勘探線根據(jù)經(jīng)驗按一定的比例向外做了延伸，再重新建立了實體模型。

Micromine和Surpac同樣具有上述建立礦體模型的功能，并且這兩款國外軟件在處理體之間、體與面之間的并、交差運算，實體布爾運算和快速計算出閉合實體體積這些方面的功能更為強大。然而這兩款軟件在實際操作方面，與國產(chǎn)軟件差異較大，國內(nèi)工作人員較難適應(yīng)。

2.2.3塊段模型建立

通過塊段模型可以完成對平均品位統(tǒng)計及儲量計算等工作，還可以結(jié)合地表模型、地質(zhì)數(shù)據(jù)庫生成任意剖面品位分布圖，了解各個剖面的品位分布情況。

Dimine、3DMine為礦體品位估值提供了許多方法，主要有普通克立格法、指示克立格法、多邊形剖面估值法、多邊形線框估值法、距離反比法等。根據(jù)礦體的不同特性可以選擇不同的估值方法，也可以針對同一礦床使用不同的估值方法來進行對比研究和檢驗估值的準確度。

Micromine塊段模型是一個強大而靈活的資源建模系統(tǒng)。它可以分別和礦體模型、地表模型、采石場或者露天采礦設(shè)計中組合“約束條件”，能夠在“約束條件”下，根據(jù)用戶的定義，在限定的區(qū)域內(nèi)快速生成礦塊的體積、噸位、品位等方面的報告。

Surpac的塊段模型是數(shù)據(jù)庫的一種格式，意味著其結(jié)構(gòu)不僅可以存儲和操作數(shù)據(jù)，還能修補來自于數(shù)據(jù)中的信息，存儲的時候更像內(nèi)插替換一個值，而不是度量一個值。而且Surpac塊段模型的打開的時候完全放在了內(nèi)存中，實現(xiàn)了動態(tài)操作。

2.3地下采礦設(shè)計功能

礦業(yè)軟件的地下采礦設(shè)計主要包括井巷工程設(shè)計、地下礦山設(shè)計、爆破設(shè)計。就目前的三維礦業(yè)軟件來說，還沒有達到包含全部采礦設(shè)計的要求。不過這四款軟件在地下采礦設(shè)計方面都有各自的優(yōu)劣。

{1}井巷工程設(shè)計。Dimine、3DMine提供了豎井、斜坡道、巷道、彎道、道岔、斷面等工程參數(shù)化的設(shè)計功能，巷道生成實體方便。Dimine采用參數(shù)化、可視化的設(shè)計思想，類AUTOCAD的操作風格，設(shè)計完后，能自動標注、自動計算，自動生成帶有控制點表和工程量表的設(shè)計施工圖。Micromine和Surpac沒有提供彎道、道岔等常用工程的設(shè)計工具。

{2}采場設(shè)計。Dimine和Surpac軟件不僅具有地下采場設(shè)計功能（包括出礦巷道、漏斗、鑿巖巷道、切割天井，天溜井設(shè)計），而且都帶有無底柱采場設(shè)計功能，極大的方便了礦業(yè)公司的使用。由于3DMine和Micromine軟件不能進行精確化的采場設(shè)計，因此目前通用的做法還是先在AutoCAD軟件中先進行二維設(shè)計，然后再導入軟件中進行三維實現(xiàn)。

2.4露天采礦設(shè)計功能

2.4.1采剝計劃設(shè)計

Dimine軟件采剝順序優(yōu)化功能根據(jù)國內(nèi)做中長期計劃主要考慮的因數(shù)——礦石量、均衡剝采比、均衡品位為條件，應(yīng)用線性規(guī)劃理論進行優(yōu)化。

3DMine可以設(shè)置塊體模型報告參數(shù)對采剝計劃初始化，進而設(shè)置采掘帶和斜坡道參數(shù)，從而劃定采掘體。同時帶有統(tǒng)計所有采掘帶的臺階范圍、品位、巖量、礦量等屬性的功能，可為設(shè)計人員提供數(shù)據(jù)參考。

Micromine采場和工作面也可以分配到塊段模型中形成各采場和工作面的儲量，并以此來確定開采計劃。如果已有礦山設(shè)計的圖紙，也可以先把圖紙掃描成圖像，將掃描圖像導人，在圖像上面進行數(shù)字化。

Surpac的采剝計劃設(shè)計過程與3DMine類似，但操作較為復雜。

2.4.2露天境界優(yōu)化

露天境界優(yōu)化是露天礦山設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，是露天礦山生產(chǎn)經(jīng)營決策的重要依據(jù)，對露天礦進行開采設(shè)計，首先要進行境界優(yōu)化。本研究所選擇的四款軟件在露天境界優(yōu)化方面的功能基本相同——工作程序如下：首先，建立礦床數(shù)學模型，包括地表模型、礦體模型、塊段模型。其次，建立礦床價值模型，根據(jù)計算或選取的經(jīng)濟技術(shù)參數(shù)分別對礦巖塊體進行成本和收益計算求取塊體凈值，形成境界優(yōu)化直接運算的對象——礦床價值模型。再次，確定露天境界優(yōu)化的邊界約束條件，包括最終幫坡角、地表限制模型、底部限制模型或標高及其它限制邊界條件。最后，實現(xiàn)境界優(yōu)化，先選擇優(yōu)化方法，確定優(yōu)化參數(shù)后進行境界優(yōu)化自動運算，形成優(yōu)化境界。

3結(jié)論

通過上述比較，可以得出如下幾點結(jié)論：

①上述四款礦業(yè)軟件通過其可視化建模和采礦設(shè)計功能，都能更為直觀地顯示礦山各項信息，并為生產(chǎn)提供最優(yōu)的決策和方案，使礦山獲得更大的經(jīng)濟效益。

②在數(shù)據(jù)兼容性及數(shù)據(jù)庫管理方面，Dimine和3DMine表現(xiàn)較優(yōu)秀，都可兼容大部分常用數(shù)據(jù)和一些同類礦業(yè)軟件并且Dimine的礦山數(shù)據(jù)的共享性和安全性更好；Micromine和Surpac除了對MapGis數(shù)據(jù)兼容性不佳，數(shù)據(jù)兼容性也表現(xiàn)不俗。

③在集成建模功能和采礦設(shè)計方面，兩款國產(chǎn)軟件的操作更符合中國工程師的操作習慣，其功能設(shè)計也更加符合中國礦山的實際情況，實用性較強。兩款外國軟件的功能也能很好的滿足設(shè)計和生產(chǎn)的需要，并且都有其獨特的功能設(shè)計；但其采礦設(shè)計功能及理念與國有一定的差異，而且其繪圖操作繁瑣，建立模型比較費時，導致修改困難，工作量較大。

參考文獻:

[1] 吳立新.數(shù)字礦山技術(shù)[M].長沙:中南大學出版社，2009.