3D Mine軟件在非法開采礦產資源量計算中的應用

張琪　劉興龍　孟冬青　龍承濤　鄭琴　郝河

摘 要：目前，在北京市域內非法開采礦產資源量計算工作中，普遍使用的計算方法有CASS軟件DTM土石方計算法和垂直縱投影（水平投影）法，但在實際運用中這兩種方法均存在一定缺陷，前者運算過程復雜，且難以查錯，后者計算結果誤差較大。利用3D Mine軟件，計算北京市某村非法開采礦產資源量，計算結果經過相關部門證實與實際情況高度吻合，證明3D Mine軟件計算結果真實可靠。該方法具有操作簡便、易于查錯、三維可視化、成果直觀等優勢。

關鍵詞：非法開采；礦產資源；3D Mine軟件；資源量計算

3D Mine software for mineral resources calculation of illegal mining

ZHANG Qi， LIU Xinglong， MENG Dongqing， LONG Chengtao， ZHENG Qin， HAO He

（Beijing Institute of Mineral Resources and Geology， Beijing 101500， China）

Abstract： At present， two common calculation methods i.e. Cass DTM two-period earthwork calculation and vertical longitudinal projection （horizontal projection） are available for calculation of illegal mining mineral resources in Beijing. However， in practical application， both methods have defects. The former is too complicated and difficult for error check， while the latter is not accurate and often produces wrong results. This paper uses 3D Mine software to calculate the amount of illegal mining mineral resources at a certain village in Beijing and systematically describes its technical principle and application process. The calculation results have been confirmed and proved to be true， reliable and highly consistent with the actual situation. This method has the advantages of simple operation， fast error-checking， 3D visualization and intuitive results.

Keywords： illegal Mining; mineral resources; 3D Mine software; resource calculation

近年來北京市對非法開采礦產資源一直保持高壓態勢，堅決嚴厲打擊，但發生非法開采礦產資源案件趨勢仍然有所升高。僅2022年上半年，北京市已發生非法開采礦產資源案件十余起。目前，在北京市域內非法開采礦產資源破壞價值鑒定中，計算非法開采礦產資源量常用的計算方法主要有CASS軟件DTM土石方計算法和傳統的垂直縱投影（水平投影）法。

傳統的垂直縱投影（水平投影）法多用于固體金屬礦產資源非法開采資源量計算。由于發生非法開采后很難對原地形地貌、礦體規模形態等進行詳細確認，只能是依據相關地形地質資料、開采現狀情況以及相關人員的范圍指認、開采描述等信息，結合地形、地質礦產專業知識進行復原推測，再運用傳統的垂直縱投影（水平投影）法進行開采礦產資源量的計算。此計算方法需將礦體認定為規則形態，而現實中的礦體多為不規則形態，計算結果可能與實際情況存在較大誤差，故本文中不對該方法進行對比分析。

CASS軟件DTM土石方計算法多用于砂石料礦及建筑用石料礦等露天非法開采礦產資源量的計算。此計算方法是以野外采集的地形特征線和細部地形點測量數據為基礎，通過建立DTM模型生成三角網（即相鄰的3個點連成互不重疊的三角形）來計算每一個三棱柱或三棱錐的挖填方量，最后累積得到指定范圍內的土石方挖方量與填方量（王斌強等，2016）。DTM法與傳統的土石方計算方法相比，已經大大減少了計算工作量和野外施測工作量，目前大量的研究和實踐表明DTM 法在計算土石方工作中具有可靠的精度和廣泛的應用性（吳清海，2008；陳黎陽，2010；李英龍等，2005；馮瓊瑛等，2014；常青，2013；李志林等，2000）。但CASS軟件DTM土石方計算法不具三維可視化，計算過程出錯不易檢查和糾正，使用過程需要借助CAD軟件（程亮等，2021）。

近年來3D Mine軟件以其三維可視化、操作簡便、成果直觀、易于查錯等明顯優勢，廣泛應用于礦山三維建模及礦產儲量估算等領域，但在非法開采礦產資源破壞價值鑒定中的運用尚不多見。本文選取北京市2022 年上半年非法開采礦產資源典型案例，運用3D Mine軟件計算非法開采礦產資源量，分析計算原理，詳細介紹計算過程，論述3D Mine軟件三角網法在非法開采礦產資源量計算工作中的優勢及應用前景。

1? 3D Mine三角網法體積計算

3D Mine軟件三角網法基本原理是將上表面三角網投影到下表面，形成新的結點，新結點連接成的三角網向上延伸成為三棱柱，將三棱柱作為計算單元（甘能儉等，2021），累加算出總體積（北京東澳達科技有限公司，2019）。

1.1? DTM與DEM

DTM（digital terrain model）數字地形模型是一個表示地面特征空間分布的數據庫，一般用一系列地面點坐標（x、y、z）及地表屬性絎成數據陣列，以此組成數字地面模型（白曉慧等，2020）。當DTM地形特征點僅表示地面點的高程，就將這種數字地形描述稱為DEM（digital elevation model）數字高程模型（胡昌龍等，2004）。

DEM以三維的形式呈現所測區域的地貌特征，通過高差的對比得到地表形態的微弱變化，從專業技術方面來講，DEM 點位高程數據直接由外業實際觀測數據得到，該數據具有精度高、密度大等優點，利用此數據形成的剖面圖具有較高的可靠性（陸全輝等，2016）。

1.2? 數據采集及計算原理

地質及測量技術人員根據野外采場實際情況，選取合理測量點位、規范布設測量點密度，由測量技術人員實地測量各點位坐標（x、y）和高程（z）數據，獲取開采前原地形DEM數字高程模型和開采后現狀地形DEM數字高程模型，根據執法人員和嫌疑人提供信息，測量獲取非法開采范圍數據。利用測量獲取的DEM數據和非法開采范圍數據，直接生成原狀DTM表面模型、現狀DTM表面模型以及非法開采范圍線文件。

3D Mine軟件三角網法體積計算原理是將原狀DTM表面三角網垂直向下投影到現狀DTM表面上。在現狀DTM表面上，兩期三角網相交處形成新的結點，新結點與現狀DTM表面三角網結點連接成疊加的新的三角網，新三角網垂直向上延伸至原狀DTM表面成為若干個三棱柱體，將每個三棱柱體作為一個計算單元（甘能儉等，2021），分別計算體積，最后將所有體積累加計算開采范圍內的總體積，即為非法開采礦產資源量。

分臺階計算不同高程范圍內非法開采礦產資源量，其原理與上述原理相同，只是軟件在不同高程虛擬一個水平的中間DTM表面，以這個虛擬的水平DTM表面分別參與其上下相鄰的DTM表面間的體積計算，并按照不同臺階報出非法開采礦產資源量計算結果。

2? 數據準備及計算過程

研究區位于北京市P區D村，進行現場調查的非法開采礦產資源為建筑用白云巖。根據涉案嫌疑人現場指認的開采范圍實地測量獲得了非法開采范圍邊界，采場范圍較大，呈東西向展布，東西長80～90 m，南北寬20～50 m，采場底部為平臺，邊部為斜坡。

2.1? 數據采集及準備

通過現場地質調查，結合1∶500地形測量，獲得研究區地形、地質數據。為保障數據采集的科學性、真實性和有效性，首先應確定非法開采范圍，非法開采范圍須由執法人員及嫌疑人現場指認確定，由技術人員進行現場標記；在確定非法開采范圍后，由測量員采用中海達網絡RTK與全站儀結合的方法測量地形，比例尺1∶500，測量精度平面2～3 cm、高程3～4 cm；再由地質人員運用穿越法和追索法開展地質測量，形成1∶500地形地質測量成果。測量結果能夠真實反映調查區現狀，滿足調查要求，符合相關規范、規程要求。

將野外測量數據直接導入3D Mine軟件中，根據測量數據生成開采范圍，開采范圍應為閉合多段線或閉合曲線。對測量點進行篩選，分別生成開采前原狀DTM表面模型（圖1-a）和現狀地形DTM表面模型（圖1-b）。

將生成的開采范圍、開采前原狀DTM表面模型和現狀地形DTM表面模型，分別保存為開采范圍.3ds文件、原狀.3dm文件、現狀.3dm文件。

2.2? 計算過程及操作步驟

將準備好的數據調入圖形區，選擇【表面】→【體積計算】→【三角網法】，彈出兩個DTM之間體積計算對話框（田昌貴等，2013），如圖2。

圖2中需要設置如下內容：

【生成實體】指生成挖方部分的實體模型。

【垂直移動距離】是將生成的實體沿Z軸方向移動的距離。

【打印報告】是將計算出的高程、三角網面積、工程量等參數和圖形發送到3D Mine圖軟件中，用于查看、編輯和打印等。

【按臺階分類匯報】指分不同的高度區間進行報量。表達式格式為枚舉型、步距型、混合型。其中：枚舉型：數字之間以“，”（英文半角，下同）間隔，如“0，1，3”表示從0-1，1-3段的信息；步距型：數字之間以“，”間隔，如“1，300，5”，表示以1為起點，3為終點，5為步距的分段信息； 混合型：是以上兩種類型的混合。

【計算閉合線內的量】是指報告內容選擇挖方量。

【網格圖報量】是將計算區域劃分為若干網格，分別為每個網格報量。

設置完畢，點擊“確定”，根據狀態欄提示，單擊或框選開采邊界線，點擊右鍵選擇完畢，再依次點擊開挖前原狀DTM表面模型，開挖后現狀地形DTM表面模型，操作完成，生成挖方部分實體模型（圖3）、工程量驗收單及分類報告。

3? 計算成果及可靠性分析

經過前期數據采集和數據處理準備工作，運用3D Mine軟件三角網法按照簡單的操作步驟，計算出非法開采的白云巖資源量為7 021.55 m3，20～30 m高程挖方體積為7 021.32 m3，30～40 m高程挖方體積為0.23 m3。通過與執法人員確認，此計算成果與實際情況非常吻合。

為了更加準確地驗證3D Mine軟件三角網法資源量計算的可靠性，本文運用CASS 9.1軟件DTM土石方計算法（圖4）對上述計算結果進行驗證。CASS軟件DTM土石方計算法在非法開采礦產資源量計算項目中已經運用多年，業內專家普遍認可。經核算，北京市P區D村涉嫌非法開采量為7 022.2 m3。對3D Mine軟件三角網法、CASS軟件DTM土石方計算法2次計算結果進行對比分析，發現兩次計算結果非常相近，誤差不足萬分之一。實踐證明3D Mine軟件在非法開采礦產資源量的計算中，計算結果真實可靠。

CASS軟件DTM土石方計算法，需要先用CAD軟件進行前期的數據處理加工，再將加工過的多張矢量圖件進行存儲，最后導入CASS軟件中進行計算，計算過程比較復雜。相比之下，本文所述的3D Mine軟件三角網法更具有簡單、高效、直觀等優勢。

4? 結論與建議

1）利用3D Mine軟件三角網法計算北京市某村涉嫌非法開采白云巖資源量，計算結果為7 021.55 m3，與實際情況非常吻合。對比CASS軟件DTM土石方計算法，3D Mine軟件三角網法計算結果真實、準確、可靠，方法可行。

2）3D Mine軟件三角網法操作過程簡便，簡單易學，并且三維可視，更易查錯，成果更具說服力。將其應用于非法開采礦產資源量計算，可以提高工作效率和計算結果的準確性。

3）3D Mine軟件三角網法在非法開采礦產資源量計算工作中，計算成果的精度與選取測量點的可靠性和測量點的密度相關，原則上測量點位的選取越合理、測量點的密度越大，計算成果越接近真實值。

聲明：本文僅利用北京市P區D村案例探討交流技術方法，不作為任何證據或佐證依據。

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收稿日期：2023-01-06；修回日期：2023-02-27

第一作者簡介：張琪（1989- ），男，學士，高級工程師，主要從事礦產地質調查、地質災害調查等研究工作。E-mail：877840928@ qq.com

引用格式：張琪，劉興龍，孟冬青，龍承濤，鄭琴，郝河，2023.3D Mine軟件在非法開采礦產資源量計算中的應用［J］.城市地質，18（1）：117-121