固體礦產儲量三維輔助評審系統設計與實現

彭 斌，陳志曉

(福建省地質測繪院，福建 福州 350011)

0 引言

儲量評審是礦政管理的基礎工作，是掌控資源家底的入口關，評審的質量直接關系到資源儲量數據的真實性、準確性。但該項工作技術性強、工作量大，目前仍存在以下問題：(1)審查效率較低：提交儲量評審的礦山儲量報告由不同地質勘查單位編制，使用的制圖軟件也不盡相同，儲量報告格式、圖式、圖例等很不規范。專家審查時，在審閱相關地質資料、校對地質報告、核算儲量數據等重復勞動中耗費了大量的時間和精力，評審工作效率受到很大影響[1-2]。(2)會審效果不理想：召開儲量評審會時，通過展示的少數主要紙質圖件，每個專家根據自身的認識在頭腦中形成各自的礦山空間模型，專家之間缺乏一個共同、直觀、可視的三維模型，難以針對礦體的某一具體地質現象進行討論并形成一致意見，會審效果不甚理想。(3)核實資料真實性難度大：目前，在進行儲量評審時，因缺乏礦山地質礦產儲量資料數據庫，評審專家難以快速查詢、調用礦山勘查開發中形成的歷史地質資料及數據，對少數勘查單位篡改地質資料、虛報儲量數據的現象很難進行有針對性的對比與核實[3-4]。為適應綠色礦政管理要求，提升礦產資源儲量管理水平，促進儲量管理方式的根本性轉變，應用三維空間信息技術已成為礦政管理信息化的必然選擇。本文開展了福建省固體礦產儲量三維輔助評審系統的設計及應用研究，致力于實現資源儲量估算、數據空間分析、儲量評審的三維可視化、便捷化和精細化。

1 系統設計

1.1 系統建設思路

針對目前礦產資源儲量評審工作中存在審查效率低，評審分歧大，核實資料真實性難度大的問題，結合儲量評審管理部門的工作需求，基于礦山地質礦產儲量三維數據庫，以三維虛擬空間為背景開發固體礦產儲量三維輔助評審系統。系統以滿足儲量管理及評審工作需要為前提，建立空間模型與相關技術規范之間的自動關聯關系，實現對儲量報告及相關圖表的智能審查，同時以主流三維礦業軟件生產的三維模型為主要輸入數據，兼容AutoCAD、南方CASS、MapGIS等礦山常用軟件的數據格式。

系統首先需建立礦山地質礦產儲量三維空間數據庫：通過建立儲量三維空間數據庫，實現對探(采)礦工程、分析數據、礦區地層、巖性、構造等數據的快速查詢、對比與分析；實現對礦山勘查開發中形成的歷史地質資料的快速查閱，并通過對比分析，核實送審地質資料的真實性。其次要建立礦產儲量空間模型：在對礦區地質數據解譯分析的基礎上，通過人工監督方式，建立礦山儲量三維空間信息模型，直觀展現礦區地形、地質、構造及礦體形態等空間分布特征，輔助評審專家客觀評判礦體圈連、儲量類型確定、塊段劃分等具復雜性、多解性的問題,進一步提高評審工作質量。最后應建立相關空間關系：建立礦山儲量三維空間模型與相應礦區地質資料、區域標準地層、相應礦種工業指標、勘查網度等規范標準信息的關聯關系，實現對資源儲量報告及相關圖表的智能查錯、糾錯，減少重復勞動，以提高評審工作效率，確保評審質量。

1.2 系統體系架構

面向儲量評估中心、儲量處等相關管理部門的需求，基于三維地質建模與可視化技術，依托計算機軟硬件環境與網絡通信平臺，以信息化標準規范體系及安全體系為保障，采用3DMine和ArcGIS平臺開發福建省固體礦產儲量三維輔助評審系統。如圖1所示，系統采用網絡層、數據層、平臺層、應用層多層構架設計開發[4-5]。系統建設采用管理維護為主、共享應用為輔的網絡模式。為保證系統安全性，系統以政務網為基礎運行平臺和內部業務辦公環境。系統數據庫和應用系統部署于Windows Server 2008 64位操作系統中，采用ArcGIS平臺統一生產、管理空間數據庫，采用主流關系型數據庫Oracle存儲空間、非空間數據。系統基于SOA架構實現異構系統之間的通信及數據交換，通過C/S模式提供儲量評審項目流程化管理、數據匯交入庫、圖形操作等功能，同時集成數據三維可視、儲量計算及空間分析等核心功能，提供較為豐富的儲量數據檢查功能，以滿足儲量評審及礦政管理工作的需要。系統同時兼容其他國內外主流三維建模軟件生產的數據，解決礦山企業不同軟件生成的數據格式不兼容問題。

圖1 系統體系結構

1.3 系統功能

系統提供儲量評審項目管理、圖形操作、數據檢查、儲量計算、空間分析、評審記錄6大功能。(1)項目管理：對具有數據管理權限的用戶提供新建評審項目、創建評審初始流程、數據匯交入庫功能，對具有數據下載權限的用戶提供數據下載功能，對評審項目歷史數據提供補錄和管理功能，支持對相關地質編寫標準規范、勘查技術標準規范、地層標準、圖示圖例標準的查詢；(2)圖形操作：提供圖形瀏覽、圖層管理、剖面切割及點線編輯等操作；(3)數據檢查：這是系統的核心部分，提供數據完整性檢查、圖文一致性檢查、礦權范圍檢查等數據檢查功能，輔助專家開展儲量評審工作；(4)儲量計算：提供基于礦床儲量三維空間模型的儲量估算功能，可快速計算礦體儲量，并支持計算結果輸出；(5)空間分析：提供勘查類型參數分析、工業指標分析、涌水量分析等空間分析功能，為專家作出合理的判斷提供參考；(6)評審記錄：支持在評審的過程中對評審項目記錄建議或意見，并對評審項目進行評分，支持對歷史的評審記錄進行查詢。系統功能結構如圖2所示。

圖2 系統功能結構

2 系統實現及應用

2.1 系統實現

以計算機軟硬件環境與網絡通信平臺為依托，以信息化標準規范體系、數據交換體系及安全體系為保障，采用C/S模式，以三維虛擬空間為背景，基于3DMine和ArcGIS平臺開發了固體礦產儲量三維輔助評審系統[6-11]。圖2中涉及的系統功能模塊均已實現。

圖3 固體礦產儲量三維輔助評審系統應用示例

2.2 系統應用效果

針對儲量評審工作中審查效率低、評審分歧大、核實資料真實性難度大的問題，系統基于三維空間可視環境提供了一系列儲量數據檢查、計算分析功能輔助專家進行儲量評審，此外實現了儲量評審項目的流程管理、評審記錄等業務功能。

(1)實現儲量數據三維可視化：實現礦山地質體、探礦工程、礦區地形、開拓系統、礦床資源儲量、礦石品位等空間信息的可視化展現，可直觀地查看礦山整體地質情況，圖3(a)所示為某鐵礦2007年勘探礦體模型、鉆孔工程及礦區地形模型。

(2)實現儲量數據匯交入庫及完整性檢查：根據地質報告和儲量數據匯交有關規定，系統提供將礦山企業構建的儲量三維空間數據庫匯交至服務器數據庫中(圖3(b))，數據上傳過程中按照統一的匯交標準對該儲量三維空間數據庫進行資料完整性檢查，并輸出檢查報告，如果提交的數據有缺失，數據入庫流程中斷，并向用戶輸出數據補充清單。

(3)實現儲量數據精細核查：系統基于建立的儲量三維空間數據庫，集成空間疊合檢查、剖面數據檢查、圖文一致性檢查等豐富的數據檢查功能，實現探(采)礦工程、分析數據、礦區地層、巖性、構造等數據的便捷檢查、對比與分析，從不同專業角度輔助評審專家進行資料數據核實。如圖3(c)所示為將礦體三維模型與中段平面圖疊加，礦區F10斷層對于礦體起到破壞作用，將礦體錯斷，如果發現礦體連接穿越斷層，應引起檢查人員的注意；圖3(d)所示為剖面檢查，針對以往剖面檢查存在重復性檢查的問題，借助系統提供的自動切割剖面和點擊聚集功能，可以方便地檢查探礦工程信息與地質解譯之間的對應關系。由于數據間關系緊密，原始化驗結果表、剖面顯示的鉆孔樣品化驗結果與地質解譯之間如果出現不一致的地方，亦應引起注意。通過空間對比，結合系統提供的數據檢查工具進行數據相互驗證、檢查，從而提高了數據可靠性。

(4)實現資源儲量便捷計算：系統通過儲量三維模型的空間運算，實現礦床儲量的自動快速計算(如圖3(e)所示)，可按照礦體、儲量類型、水平中段等屬性輸出儲量計算表，并與礦山經過蓋章認可的資源儲量數據報表進行自動比對，核實匯交數據的真實性與準確性，使評審專家從一步一步的檢查計算中解放出來。

(5)實現儲量三維空間分析：系統將事務性工作與專業評審相結合，提供勘查類型參數分析、工業指標分析、工程間距分析、涌水量分析等功能。以往這些工作是在文本和圖件之間來回計算、分析進行的，常以一維的報告描述、二維的圖件來表達三維的空間對象，相對比較抽象，且由于人與人之間的理解有一定偏差，因此容易造成評審分歧。利用系統提供的三維空間分析功能，節省了一些基本參數的計算時間，直接將評審所關注的數據以圖形或表格的形式輸出，為專家作出合理判斷提供直觀、統一的參考依據，減少評審分歧，提高評審工作效率。圖3(f)為工程間距計算分析示意圖，結合儲量分類三維投影圖和鉆孔數據庫，將礦體見礦點位置投射到分類投影圖的法平面上，根據不同礦種按照儲量分類標準檢查投影圖上鉆孔的工程間距，對超出規范工程間距要求的儲量類型高亮顯示，為評審專家提供直觀的超距情況及針對性的討論位置，較好地輔助專家評估儲量分類的合理性。

3 結論

礦產資源儲量基礎數據是真三維、多源異構、動態變化的信息，具有極高的幾何形態和空間關系復雜性，依靠常規手段，難以達到直觀、精細化和規范化的儲量評審效果。目前數字礦山逐步由二維向三維發展，三維地質建模與可視化技術是構建數字礦山的關鍵技術之一。本文針對礦產儲量評審工作中審查效率低、評審分歧大、核實資料真實性難度大的問題，根據儲量評審管理部門的工作需求，以三維虛擬空間為背景開發建設了具有實用化前景的固體礦產儲量三維輔助評審系統，提供儲量三維空間數據的匯交入庫及管理，支持三維空間環境下對圈定的礦體進行全方位的空間和屬性檢查、計算與分析，利用地質統計學和資源儲量塊體模型技術保證儲量數據審查的精細度和準確性，同時系統較好地確保了對外部數據的兼容性。系統拓寬了儲量報告評審思路，提高了儲量評審工作效率，達到了地質礦產數據三維可視、儲量估算便捷、審查分析高效的應用效果。

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