单工程矿体自动化圈定规则解析器的设计与实现

2014-01-30李丰丹倪平泽李超岭

中国矿业 2014年2期

李丰丹，倪平泽，李超岭，刘畅

（1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083；2.中国地质调查局发展研究中心，北京100037；3.有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院，江苏南京 210007）

李丰丹1，2，倪平泽3，李超岭2，刘畅2

单工程矿体圈定是矿产勘查成果编制的基础，本文针对矿产勘查详查、勘探阶段矿体圈定工业指标要求多，圈定判断复杂的特点，设计了一种基于条件表达式解析的单工程矿体自动化圈定规则解析器。该规则解析器通过条件表达式对矿石的品级圈定条件进行分类组织，然后根据条件表达式、矿石开采指标进行矿石品级自动分类判断和矿段合并。将该解析器集成到数字地质调查系统中，作为资源储量估算流程中的一个基础模块，通过提供的自动化处理步骤，提高了矿体单工程圈定的效率。

矿产勘查；单工程矿体自动化圈定；表达式解析；数字地质调查系统

我国矿产勘查主要分为四个阶段：预查、普查、详查和勘探，每个阶段都要根据勘查研究程度确定合理的工业指标对矿体进行边界圈定和资源储量估算。单工程矿体圈定是矿产勘查剖面矿体绘制及资源储量估算的基础，传统的单工程圈定过程主要依靠人为判断及手工计算，工作量大且易出错，因此研究自动化的工程矿体圈定流程提高勘查成果编制效率和研究精度有重要的意义。

目前已有一些学者针对单工程矿体自动化圈定做了相关的研究，如徐兵等（2006）提出通过递归算法来完成单工程矿体圈定的自动化［1］，陈国旭（2008）提出利用规则判断来实现矿体的自动圈定［2］，同时一些国内外矿业软件也都具有自己的矿体圈定模块［3］。但这些方法与功能模块基本适用于一些矿体有益元素较为单一或勘查程度比较低（如普查、预查阶段）的情况，仍然无法完全解决共生矿床、多金属矿床的自动化圈定问题；同时针对矿体矿石品级的划分，目前也没有自动化的解决方案，而矿石品级划分是详查与勘探阶段矿体圈定主要需要完成的工作。因此针对上述问题本文提出一套基于条件表达式解析及多矿石品级分类的综合矿体自动圈定的解决方法，将每种矿石品级的圈定条件用条件表达式的方式进行组织，利用程序的自动解析来完成样品所属的矿石类型和矿石品级的判断，最后基于勘探参数、岩石属性等条件来进行自动化的矿体圈定。

基于上述解决方案，作者应用C＋＋开发语言对单工程矿体自动化圈定规则器进行了实现，并集成到数字地质调查系统（DGSS）［4－5］的资源储量估算与矿体三维建模信息子系统中，成为资源储量估算从工业指标设置、单工程矿体圈定、剖面间矿体圈连、资源储量估算与三维建模流程中的一个基础模块，提高了矿体单工程圈定的效率。通过多个矿区的实践应用，取得了较好的应用效果。

1 单工程矿体圈定需求分析

单工程矿体圈定的目的是为了区分出矿石品级和类型，计算出矿石中有用组分的含量，充分展示出矿体的连续性，为在勘探线剖面上进行矿体连接做准备。其主要圈定思想是利用矿体最低工业和边界品位值，基于矿体最小可采厚度和夹石剔除厚度将符合品位和开采技术要求的样品合并在一起，形成连续的矿段。在整个圈定过程中，同时还要考虑矿石类型与品级的自动划分、共生矿体的品位确定和综合矿石折算等三个方面［6］。

1）矿石类型及矿石品级划分。由于矿石开采和选矿工艺的需要，很多矿区必须在矿体圈定时区分出矿石的自然类型和工业类型。例如在圈定铁矿时，需要按矿石类型划分出磁铁矿体、赤铁矿体、及其它的共生矿体。在区分出各类不同矿体类型的基础上，再根据工业/低工业矿体的品位边界值进行工业/低工业矿体的圈定。

2）共生矿体的圈定与处理。由于矿石之间的共生关系，很多有色金属矿在圈定矿体时加入很多的判断条件来进行矿体筛选和圈定。如一些铁矿和硫铁矿共生的铁矿床，由于硫铁矿中的铁无法综合利用，所以在统计和圈定铁矿体时，必须先根据一定的规则扣除掉硫铁矿中铁的含量，再按照圈定指标进行矿体的圈定。

3）矿石综合折算处理。由于需要对矿床中多个有益元素进行综合评价，在圈定矿体时要考虑通过折算公式统一计算矿体的综合利用价值。

从上述分析可以看出，单工程矿体的圈定是一个约束指标多、判断条件复杂的流程。而通过将各级矿石品级或矿体的圈定时涉及的众多复杂条件与规则转化为表达式的方式，即可以直观的对矿体圈定条件进行显示，同时也有利于进行数字化的解析和自动化流程的实现。下面本文将详细阐述条件表达式的组织与求值以及自动化的矿体圈定过程。

2 单工程矿体自动化圈定规则解析器的设计

将每一种矿体（或品级）的圈定规则转化为计算机能够识别的语言是解决复杂条件下单工程矿体自动化圈定的关键，通过正则表达式的组织，对某一种矿体（或品级）的圈定规则进行准确而快速的归纳，从而利用表达式判断当前样品的品位或属性参数是否符合该圈矿条件。整个圈定流程可以设计为以下几个关键步骤：①圈定数据预处理；②圈定表达式组织与求值；③矿体自动化圈定。具体的流程见图1。

图1 单工程矿体自动化圈定总体流程设计图

2.1 圈定数据预处理

圈定数据预处理的目的是将矿体品位数据进行标准化，剔除一些异常数据对圈定结果的影响，其内容主要包括三方面内容。

1）综合折算元素的生成。针对一些品位普遍偏低的多元素矿床，可能单个矿床元素无法直接利用，因此可以通过当量折算的方式将几种指定元素的品位与折算系数生成新的折算值对矿床元素进行综合利用。

2）特高品位的处理。样品的特高品位值通常会对矿体的加权平均品位值统计产生很大的影响，因此通过设置元素品位的上限或者一些经验公式来对样品进行约束，可以将特高值对其它样品品位的估计影响降到最小，例如：如果样品的品位高于某个上限值就可进行按上限值替换或剔除等处理。

3）伴生元素有用金属量统计规则。在一些有色金属矿矿体圈定与品位统计中，样品中的伴生金属元素品位只有达到了一定含量才会参与有益金属量的统计。

2.2 圈定表达式的组织与求值

将所有的圈定判断条件以圈定的矿石品级或矿体为单位进行组织并转化为表达式语句。针对多元素折算、共生矿物含量扣除等要求，生成的条件表达式不但要包含逻辑判断语句，还必须支持计算式的求值。表达式的求值可以应用基于栈结构的“算符优先法”实现。其算法的基本思想如下［7］。①首先定义两个操作栈，一个用于运算符的暂存，称为Operator；另一个用于暂存操作数及求值结果，称为Operand。②设置栈Operand为空，表达式起始符（如“＃”）为运算符栈Operator的栈底元素。③顺序读入表达式中的各个字符，若是操作数则进Operand栈，若是运算符则要和Operator栈中的栈顶运算符进行优先级的比较。④对运算符的优先级比较结果进行处理，若插入元素优先级高于栈顶元素，则将插入元素压入栈中；若优先级相等则脱括号并接受下一个字符；若优先级低，则退栈并将运算结果入栈。⑤重复上述流程，直至整个表达式的值计算完毕。

2.3 自动化圈定流程

通过条件表达式的判断，只是初步确定了样品是否符合矿石品级要求，还要对矿体进行矿段长度、连续取样时允许的夹石的剔除厚度等参数进行判断，最后生成连续的圈定矿段。具体的圈定流程（图2）：①首先基于条件表达式判断样品品位是否符合要求；②判断是否为连续取样、两段矿之间的间隔是否小于夹石剔除厚度、合并后矿段品位是否符合当前圈定品级要求；如果是，则合并圈定矿段；如果否则新建矿段或不合并；③循环上述操作至所有样品都完成判断；④按最低可采厚度对所有矿段长度进行判断，如果矿段长度小于最小可采厚度且品位×长度小于米百分值，则删除该矿段，反之则保留；⑤更换圈定表达式，重复①～④步骤，进行下一品级矿石的圈定。

3 单工程矿体自动化圈定规则解析器在DGSS中的实现

图2 单工程矿体自动圈定流程图

图3 圈定指标向导

由于实际工作中的圈定指标涉及的条件较多，需要在圈定矿体的同时划分出矿石类型及工业品级、针对不同的矿石类型或矿石品位设置不同开采指标等，因此DGSS系统中通过“圈定指标”向导（图3）来引导矿区工作人员完成这一系列圈定指标的设置，并通过方案管理不同的工业指标。

1）输入预赋矿体产状。圈定矿体时，如果已经对矿体的整体产状有了一定的了解，可以输入矿体的倾向、倾角用于计算矿体的真厚度；如果在圈定矿体前对矿体的整体产状还不了解，可以暂时用0度代替，在圈定完矿体之后统一更新。

2）划分矿石工业品级。如果要在圈定矿体的时候同时划分出不同的矿石类型和工业品级，则可以选中该选项，选中该选项之后，点击“下一步”之后进入矿石品级划分指标设置，圈定矿体时，系统会根据设置的划分条件来进行矿石品级的划分（图4）。

其中品级等级表示的是矿体圈定的优先级，数值越小优先级越高（图5）。每个工业品级的条件表达式见图6。完成所有的品级设置见图7。用户可查看圈定方案，浏览各工业品级的圈定指标表达式（图8）。图9是根据工业指标自动执行单工程矿体圈定步骤并进行可视化的界面。在三维下，可以基于条件表达式展示样品品位信息。

图4 矿石品级划分设置界面

图5 设置矿石工业品级信息

图7 品级划分完成示意

图8 根据工业指标自动执行部分单工程矿体圈定

图9 根据工业指标自动执行部分单工程矿体圈定

4 结论

单工程矿体自动化圈定规则解析器作为数字地质调查系统的资源储量估算与矿体三维建模信息自系统的一个基础模块，服务于固体矿产勘查资源储量估算与成果表达的业务流程，符合业务环节的具体需求，为矿山勘查项目成果报告编制提供了数字化、可视化、自动化的辅助工具，提高了地质人员进行单工程矿体圈定的效率。目前已广泛应用于矿产资源调查评价、全国危机矿山接替资源调查等项目，涉及全国地质、煤炭、冶金、有色、武警黄金、化工、建材等部门。

［1］徐兵，马小刚，田宜平.递归算法在单工程矿体边界圈定中的应用［J］.有色金属：矿山部分，2006，58（6）：21－24.

［2］陈国旭.垂直剖面法矿产资源储量估算软件实现技术及自动分类方法研究［D］.武汉：中国地质大学（武汉），2008.

［3］姜华，秦德先，陈爱兵，等.国内外矿业软件的研究现状及发展趋势［J］.矿产与地质，2005，19（110）：422－425.

［4］李超岭，杨东来，李丰丹，等.中国数字地质调查系统的基本构架及其核心技术的实现［J］.地质通报，2008，27（7）：923－944.

［5］李超岭，李丰丹，刘畅，等.数字地质调查技术理论研究与应用实践［M］.北京：地质出版社，2012.

［6］《矿山地质手册》编辑委员会.矿山地质手册（上）［M］.北京：冶金工业出版社，1995.

［7］严蔚敏，吴伟民.数据结构（C语言版）［M］.北京：清华大学出版社，1997.

Design and achievement about a rule parser of single engineering ore－body automatic delineation

LI Feng－dan1，2，NI Ping－ze3，LI Chao－ling2，LIU Chang2
（1.School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences（Beijing），Beijing 100083，China；2.Development and Research Center of China Geological Survey，Beijing 100037，China；3.Institute of Geochemical Exploration and Marine Geological Survey，ECE，Nanjing 210007，China）

Single engineering ore－body delineation is the foundation of mineral exploration data management.This research advances a rule parser of automatic delineation for single engineering ore－body delineation in mineral exploration of detailed and exploration stages while ore－body delineation industry guideline is complicated.This rule parser organizes each industrial delineation request of pending ore into logical expression，and then bases on an automatic logic estimation process to delineating ore－body of single engineering automatically.This rule parser has been integrated in Digital Geological Survey System（DGSS），and provided some automated processing steps which improve the efficiency of Single Engineering Ore－body Delineation.

mineral exploration；single engineering ore－body automatic delineation；expression evaluation；digital geological survey system

倪平泽（1981－），男，高级工程师，博士，主要研究方向为地质业务信息化、矿床资源储量定量估算等。E－mail：jeffnpz＠163.com。

P62

1004－4051（2014）S2－0164－04

2014－07－11

全国危机矿山接替资源找矿项目“危机矿山勘查项目成果报告编制GIS系统研究”资助（编号：200799096）；全国危机矿山接替资源找矿项目“危机矿山勘查信息系统建设及推广”资助（编号：20109909）；中国地质调查局矿产资源调查评价项目“矿产资源调查数据处理与综合分析子系统”资助（编号：1212010551001）

李丰丹（1980－），男，高级工程师，博士生，从事地质调查主流程信息化技术研究。E－mail：lfengdan＠mail.cgs.gov.cn。