基于三维矿业软件的矿产资源管理系统设计与实现

张庆浩

（紫金矿业集团股份有限公司 福建省厦门市 365001）

矿产资源管理系统是矿产资源管理重要工具和手段，其科学研发与有效应用，利于矿产资源管理质量、效率、水平提升。以下是笔者基于经验归结对三维矿业软件应用下矿产资源管理系统的基本认知，意在抛砖引玉。

1 对三维矿业软件与矿产资源管理系统的基本认知

1.1 三维矿业软件

三维矿业软件是基于计算机与网络技术、通信技术、可视化显示技术、软件开发技术、自动化控制技术、图形处理技术、数据挖掘与分析技术等创新发展与结合应用下形成的地质分析与处理工具[1]。运用三维矿业软件能够准确、高效采集地质信息，掌握矿体三维空间分布情况，了解矿体厚度、品位、形态、成分等，从而为矿产资源评价、开发、管理、利用等提供有价值三维信息依据。基于近些年我国矿业公司信息化、现代化建设进程的不断推进，各类型国际知名度较高的三维矿业软件得以引进和应用。目前，Minesight三维矿业软件、Datamine 三维矿业软件、3DMine 三维矿业软件、Dimine 三维矿业软件、Surpac 三维矿业软件、Micromine 三维矿业软件、Vulcan 三维矿业软件在我国矿业企业中的应用较为广泛[2]。就Minesight 三维矿业软件而言，具备矿山数据采集、矿产资源生产信息管理、地址资源模型建立、矿产资源相关统计分析、矿产资源生产计划编制等功能，且拥有多个数据接口，能够实现与其他软件对接，进行数据分享利用。以矿山规划为例，Minesight 三维矿业软件的应用过程如图1 所示。就Datamine 三维矿业软件而言，具备矿产测量、地质统计、矿床模型构建、矿山储能资源评估、矿产资源露天开采规划、矿产资源结构分析、生产仿真、地下采掘规划等多种功能。3DMine 可将二维界面与三维界面有机结合，具备质勘探数据管理、矿产资源开采计划编制、地质储能统计、模型构建、生产进度规划等功能，可有效满足矿产资源开发、管理与利用需求。总之，三维矿业软件功能较多，均可用于矿产资源评价、管理与利用。

1.2 矿产资源管理系统

矿产资源管理系统是现代技术成果在矿产资源管理中的具体体现，是矿业企业进行矿产资源自动化、数字化、信息化管理的重要工具。在驱动矿产资源开发利用节能化、智能化、现代化、科学化、高效化、集约化发展中存在积极影响。目前，所应用矿产资源管理系统，含有矿区信息、矿业权信息、矿产资源规划信息、矿产资源保护信息等数据资源，能够在一定程度上满足矿产资源管理需求。但由于矿山地质储量处于不断变化状态，需要系统能够及时获取地质资源信息，用以满足企业资源管理与规划要求。因此，可通过三维矿业软件应用进行系统优化，完善矿产资源管理系统功能，提高矿产资源管理工作质量和水平。

2 三维矿业软件下矿产资源管理系统的设计与实现

2.1 系统设计

2.1.1 系统功能需求分析

矿产资源管理系统应用的目的是：进行矿产资源全生命周期动态管控，包括资源勘探、资源开发、资源利用等，以提高矿产资源管理质量，改善矿产资源高耗损、低利用问题。因此，所设计矿产资源管理系统需要具备以下功能：

（1）矿山资源管理功能：即系统能够对矿产基本信息、变化信息等进行系统化管控，使系统使用者能够通过系统查询对矿产资源各方面情况具有全面、准确了解，包括矿山类型、矿产资源储量、矿产结构、地质地形特征、生产计划、开采进度等。并将新增资源信息准确录入与登记[3]。

（2）采矿权限管理功能：侧重于矿产资源开发企业权限审批与管理。即开发企业能够通过系统向相关部门提出矿产资源开采申请，经相关部门调查审核后进行申请批复，以保证矿产资源开采的合法性、合规性；开发企业能够根据相关要求和规定完成采矿权年检报表填写、上传，经监察机关审批通过后备案；相关部门能够通过系统对开发企业采矿权资质进行定期或不定期核查，了解矿产资源开发具体情况，以促进矿产资源开发质量持续性改进[4]。

（3）公共行政管理功能：系统能够对公共行政信息资源进行管理，包括档案资源、采矿权相关数字化文件、日常办公数据表报、矿产资源勘探与开发工程台账、系统管理日志、系统人员登录信息等。

（4）资源图标管理功能：以图标、表格、图形等方式进行矿产资源信息展示，满足矿产资源统计及及其管理要求。

2.1.2 系统总体设计方案

图1：Minesight 三维矿业软件的应用过程

图2：矿产资源管理系统整体业务流程图

根据矿产资源管理系统功能需求分析可知，系统的开发应用需要对矿产资源进行多方位、全面化、精细化、动态化管控，能够解决各管理部门工作要求，解决资源信息化水平低、资源交换渠道不通畅、数据共享能力差等问题，便于工作人员利用资源进行矿山企业管理内容调整，最终实现综合效益提升。故系统需要以矿产资源管理为核心，在三维矿业软件支持下，实现矿产资源三维可视化管理；在采矿权限管理模块、公共行政管理模块、资源图标管理模块等支持下，为矿山企业进行采矿权申请与审核、矿产资源探勘、生产计划设计、开发资源配置和利用、生产过程管理等提供准确信息服务。矿产资源管理系统整体业务流程如表2 所示。

2.1.3 系统设计基本原则

基于经验归结，确定矿产资源管理系统设计过程中应注重以下基本原则遵守：

（1）矿产资源管理系统必须符合矿产资源管理相关要求，能够满足采矿权在线审核规定；

（2）矿产资源管理系统应具备操作简便性特征，能够实现对矿产资源管理各项信息（矿山信息、矿产受权信息、采矿信息、选矿信息、生产信息、地质信息、储量台账信息、系统自身信息、综合报表信息等）的查询、录入、更新、修改等操作；

（3）矿产资源管理系统结构应具备先进性，通常以浏览器/服务器结构为主，便于满足系统逻辑功能需求，为系统使用者提供准确、可靠数据信息服务；

（4）矿产资源管理系统应拥有强大数据库支撑，用于进行不同类型数据信息采集、存储、处理、分析、传输、利用；

（5）矿产资源管理系统应尽可能保证系统变量、组织风格等统一，并实现系统数据资源智能备份，提高数据资源管理安全水平；

（6）矿产资源管理系统应合理选择系统编程方法，以便进行系统基础功能、高级功能优化配置，让系统操作更具实效性、便捷性、可靠性；

（7）矿产资源管理系统需实现与三维矿业软件结合应用，通过三维矿业软件提升矿业资源可视化显示水平；

（8）矿产资源管理系统应具有可拓展性以及与其他系统对接能力，便于系统间数据互联互通，以提高数据利用率。

2.2 系统实现

2.2.1 系统各管理模块功能实现

对于矿产资源管理系统中的矿产资源管理模块而言，其功能实现主要在于：操作人员严格按照操作要求登录矿产资源管理子系统，根据需求选择菜单栏，并在显示界面中进行具体操作，包括信息查询操作、信息更改操作、信息新增操作、信息删除操作等。

对于矿产资源管理系统中的采矿权管理模块而言，其功能实现主要在于：操作人员进入采矿权管理子系统后，严格遵循采矿权线上申请要求进行操作，保证所填写信息的真实、准确。申请提交后，在联网状态下系统将其传递给相关部门采矿权线上审批平台，有相关人员对申请材料进行调查审核，并将审核结果经系统及时反馈给企业。相对于线下采矿权管理而言，线上审批效率更高。

对于矿产资源管理系统中的公共行政管理模块而言，其功能实现主要在于：操作人员按要求进入公共行政管理子系统后，能够通过操作界面完成用户信息更改并系统权限设定操作；完成车辆信息更新、更改、备注、删除等操作；完成企业信息增删操作与修改操作；完成矿产资源图表制作、调用、查看、分析、下载、打印等操作。

2.2.2 矿产三维数字化模型构建

数据库构建是系统设计与实现的关键所在，根据矿产资源管理系统对数据库构建的要求，引入了3DMine 三维矿业软件，实现数据数字化存储、三维可视化显示、充分共享、一体化管理。

（1）钻孔数据库的构建。在地质勘探环节需要矿产资源管理系统为企业工作人员提供充足、全面地质勘探信息。对此，做好钻孔数据库构建工作至关重要。本次研究设计利用3DMine 三维矿业软件，按照“原始资料选用与处理——数据库建立——数据库核查修改——数据库成果校核与修改”流程构建钻孔数据库模型。

1.准备工作。钻探、井探、坑探、槽探等是勘探工程常用手段，故需要对其相关数据（钻孔数据、浅井数据、坑道数据、探槽数据等）进行采集。待完成原始数据采集后，利用EXCEL 表格录入，并根据矿山实际情况，结合矿床地质特征研究结果、矿体特征研究结果等制定测斜表、定位表、矿体表、化验表等。以测斜表为例，用于存储钻孔测斜信息，利于钻孔空间轨迹统计分析，涉及“钻孔号、方位角、倾角、测斜深度”等字段。以化验表为例，用于存储矿体样品化验信息，利用矿产资源类型鉴别、品味评估等，涉及“钻孔号、采样号、样品长度、主要化学元素等”字段。

2.处理工作。在数据库构建前，需根据矿产资源管理系统对数据录入与管理的要求进行数据处理，以保证数据应用的科学性、合理性、有效性。以钻孔测斜数据为例，需注意：

a.孔深、方位角、倾角均有多次测量，取平均值；

b.孔深测量数据≥2 个，方位角、倾角有两个数据则取平均值，有一个数据取该数据；

c.孔深测量数据仅有1 个，不做处理；

d.孔深两侧测量结果差异较大，不取平均；

e.钻孔名字符大写，取出不符合矿产资源类型的品位数据；

f.以矿产资源管理系统规定格式保存数据。

3.建立工作。利用3DMine 三维矿业软件遵循“数据库新建——表格添加——EXCEL 数据录入”步骤完成钻孔数据库构建。

4.校核工作。对导入数据库数据进行校对核查，能够及时发现和处理错误数据，保证矿产资源信息录入的真实性、准确性，让基于数据应用构建的三维模型符合矿产资源真实情况，防止模型误差对各项工作组织开展产生不利影响。在此过程中，可利用3DMine三维矿业软件所具有的数据检查功能，围绕“工程号对应情况”、“各表数据合理情况”、“各表数据格式规范情况”、“样长过大数据正确情况”等项目对已导入钻孔数据进行检查，并根据原始数据修正不合理数据、错误数据。完成导入数据检查后，根据平面度进行二次检查，检查内容侧重于钻孔孔口坐标、坑道位置、坑道走向、探槽位置、探槽走向等。

5.数据显示。钻孔数据库建立之后，打开数据库能够对数据显示颜色、显示图案等进行设定，用于增强数据库视觉效果，便于数据统计分析。同时，依托钻孔数据库，系统可实现对数据的三维可视化显示，满足用户数据编辑、数据查询、数据更新、数据修改、数据调用等操作需求。

（2）矿山三维模型构建。3DMine 三维矿业软件应用的一个重点就是矿山三维模型构建，它能够将岩体构造、矿体构造、地质形态与空间分布、矿体分布、矿体属性、岩体属性等进行直观展示，满足矿山储量评估、矿产资源评价、矿山生产计划模拟等需求。通常情况下，在矿山三维模型构建中，需要对地表模型、矿床模型、矿体模型等进行构建。

1.地表模型。地表模型又被称为“地形模型”，用以进行地形属性特征、空间分布特征等展示。在利用3DMine 三维矿业软件进行地表模型构建时，可将散点数据录入软件，依托表面模型工具进行数据处理。此外，也可选择线条生成模式或闭合线内生产模式构建地表模型。就线条生成模式而言，在平面地形图中，地形线条上分布着具有一定特征的线条点，将这些点有效提取与处理后，通过地形线条属性编辑，赋予线条点一定高程值，通过3DMine 三维矿业软件进行数据转换，将二维图变为三维图，完成地形模型构建。

2.矿体模型。矿体模型是矿山三维模型构建中的重中之重。在模型构建过程中需要对矿体空间位置、矿体形态、矿体类型、矿体属性、矿体边界界定、矿体夹石分布等情况具有全面、准确、真实反映。因此，矿体模型构建过程中相对复杂，需要注意的事项相对较多。目前，应用三维矿业软件进行矿体模型构建时，可利用矿体边界线、钻孔数据、勘探线剖面图等进行构建。本次研究选用的是勘探线剖面图建模法，在实践操作过程中应注意：

a.选择经过矢量化处理的勘探线CAD 剖面图，利用3DMine三维矿业软件进行坐标转换，将CAD 剖面图中的各坐标准确定位到实际地理坐标中。

b.更具实际情况灵活运用“补、挖、调、割”等方法进行矿体解译。在此过程中，我们可以地质矿床理论为指导，将一个矿体切割成多个实体模型，在利用有效连接方式将实体模型无缝连接，获得矿体模型组合体。

c.对于剖面图上的特殊矿体应给予针对性处理。例如，地表矿体需要适当的向外推出地表，并在保证矿体和三维地形紧密连接的同时，适当去除多余部分。

d.受夹石分布、矿体品级等因素影响，在进行勘探线CAD 剖面图三维化处理时，容易产生矿体轮廓与分体轮廓相交、扭曲等问题，影响矿体内部组分协调性。对此，相关人员需要准确掌握矿体信息，确定不同类型矿石、矿层分布规律与组合关系，从而进行针对性处理，提高矿体内部组分协调性，让所构建矿体模型更符合现实状况。

e.矿体模型构建时，需要进行三角网合并、实体验证、模型纠正等操作，以保证所构建模型的科学性、准确性、实用性。

3.矿床模型。矿床模型构建时，需要明确认知地表、地层、矿体等空间约束关系，加强单样、组合样统计分析，并善于利用布尔运算进行模型裁剪，已获得良好矿床模型。

2.2.3 系统与三维矿业软件的协同

依托地质统计学理论，将基于三维矿业软件生成的地质数字化数据导入矿产资源管理系统中，提高矿产资源管理系统数据管理能力。

3 结论

矿产资源管理系统在矿产资源高效开发与利用中发挥着至关重要的作用，是促进矿产资源节约化、科学化、高效化、现代化发展的重要管理工具。因此，面对矿产资源管理要求，应加强矿产资源管理系统优化设计。三维矿业软件的科学应用，为矿产资源管理系统更高层次发展提供了手段，使系统具备了矿产资源三维数字化管控能力，实现了矿产资源勘探、开采、利用等一体化管控，促进矿产资源管理工作高品质开展。