單工程礦體自動化圈定規則解析器的設計與實現

李豐丹，倪平澤，李超嶺，劉 暢

（1.中國地質大學 （北京）地球科學與資源學院，北京100083；2.中國地質調查局發展研究中心，北京100037；3.有色金屬華東地質勘查局地球化學勘查與海洋地質調查研究院，江蘇 南京 210007）

單工程礦體自動化圈定規則解析器的設計與實現

李豐丹1，2，倪平澤3，李超嶺2，劉 暢2

（1.中國地質大學 （北京）地球科學與資源學院，北京100083；2.中國地質調查局發展研究中心，北京100037；3.有色金屬華東地質勘查局地球化學勘查與海洋地質調查研究院，江蘇 南京 210007）

單工程礦體圈定是礦產勘查成果編制的基礎，本文針對礦產勘查詳查、勘探階段礦體圈定工業指標要求多，圈定判斷復雜的特點，設計了一種基于條件表達式解析的單工程礦體自動化圈定規則解析器。該規則解析器通過條件表達式對礦石的品級圈定條件進行分類組織，然后根據條件表達式、礦石開采指標進行礦石品級自動分類判斷和礦段合并。將該解析器集成到數字地質調查系統中，作為資源儲量估算流程中的一個基礎模塊，通過提供的自動化處理步驟，提高了礦體單工程圈定的效率。

礦產勘查；單工程礦體自動化圈定；表達式解析；數字地質調查系統

我國礦產勘查主要分為四個階段：預查、普查、詳查和勘探，每個階段都要根據勘查研究程度確定合理的工業指標對礦體進行邊界圈定和資源儲量估算。單工程礦體圈定是礦產勘查剖面礦體繪制及資源儲量估算的基礎，傳統的單工程圈定過程主要依靠人為判斷及手工計算，工作量大且易出錯，因此研究自動化的工程礦體圈定流程提高勘查成果編制效率和研究精度有重要的意義。

目前已有一些學者針對單工程礦體自動化圈定做了相關的研究，如徐兵等（2006）提出通過遞歸算法來完成單工程礦體圈定的自動化［1］，陳國旭（2008）提出利用規則判斷來實現礦體的自動圈定［2］，同時一些國內外礦業軟件也都具有自己的礦體圈定模塊［3］。但這些方法與功能模塊基本適用于一些礦體有益元素較為單一或勘查程度比較低（如普查、預查階段）的情況，仍然無法完全解決共生礦床、多金屬礦床的自動化圈定問題；同時針對礦體礦石品級的劃分，目前也沒有自動化的解決方案，而礦石品級劃分是詳查與勘探階段礦體圈定主要需要完成的工作。因此針對上述問題本文提出一套基于條件表達式解析及多礦石品級分類的綜合礦體自動圈定的解決方法，將每種礦石品級的圈定條件用條件表達式的方式進行組織，利用程序的自動解析來完成樣品所屬的礦石類型和礦石品級的判斷，最后基于勘探參數、巖石屬性等條件來進行自動化的礦體圈定。

基于上述解決方案，作者應用C＋＋開發語言對單工程礦體自動化圈定規則器進行了實現，并集成到數字地質調查系統（DGSS）［4－5］的資源儲量估算與礦體三維建模信息子系統中，成為資源儲量估算從工業指標設置、單工程礦體圈定、剖面間礦體圈連、資源儲量估算與三維建模流程中的一個基礎模塊，提高了礦體單工程圈定的效率。通過多個礦區的實踐應用，取得了較好的應用效果。

1 單工程礦體圈定需求分析

單工程礦體圈定的目的是為了區分出礦石品級和類型，計算出礦石中有用組分的含量，充分展示出礦體的連續性，為在勘探線剖面上進行礦體連接做準備。其主要圈定思想是利用礦體最低工業和邊界品位值，基于礦體最小可采厚度和夾石剔除厚度將符合品位和開采技術要求的樣品合并在一起，形成連續的礦段。在整個圈定過程中，同時還要考慮礦石類型與品級的自動劃分、共生礦體的品位確定和綜合礦石折算等三個方面［6］。

1）礦石類型及礦石品級劃分。由于礦石開采和選礦工藝的需要，很多礦區必須在礦體圈定時區分出礦石的自然類型和工業類型。例如在圈定鐵礦時，需要按礦石類型劃分出磁鐵礦體、赤鐵礦體、及其它的共生礦體。在區分出各類不同礦體類型的基礎上，再根據工業/低工業礦體的品位邊界值進行工業/低工業礦體的圈定。

2）共生礦體的圈定與處理。由于礦石之間的共生關系，很多有色金屬礦在圈定礦體時加入很多的判斷條件來進行礦體篩選和圈定。如一些鐵礦和硫鐵礦共生的鐵礦床，由于硫鐵礦中的鐵無法綜合利用，所以在統計和圈定鐵礦體時，必須先根據一定的規則扣除掉硫鐵礦中鐵的含量，再按照圈定指標進行礦體的圈定。

3）礦石綜合折算處理。由于需要對礦床中多個有益元素進行綜合評價，在圈定礦體時要考慮通過折算公式統一計算礦體的綜合利用價值。

從上述分析可以看出，單工程礦體的圈定是一個約束指標多、判斷條件復雜的流程。而通過將各級礦石品級或礦體的圈定時涉及的眾多復雜條件與規則轉化為表達式的方式，即可以直觀的對礦體圈定條件進行顯示，同時也有利于進行數字化的解析和自動化流程的實現。下面本文將詳細闡述條件表達式的組織與求值以及自動化的礦體圈定過程。

2 單工程礦體自動化圈定規則解析器的設計

將每一種礦體（或品級）的圈定規則轉化為計算機能夠識別的語言是解決復雜條件下單工程礦體自動化圈定的關鍵，通過正則表達式的組織，對某一種礦體（或品級）的圈定規則進行準確而快速的歸納，從而利用表達式判斷當前樣品的品位或屬性參數是否符合該圈礦條件。整個圈定流程可以設計為以下幾個關鍵步驟：①圈定數據預處理；②圈定表達式組織與求值；③礦體自動化圈定。具體的流程見圖1。

圖1 單工程礦體自動化圈定總體流程設計圖

2.1 圈定數據預處理

圈定數據預處理的目的是將礦體品位數據進行標準化，剔除一些異常數據對圈定結果的影響，其內容主要包括三方面內容。

1）綜合折算元素的生成。針對一些品位普遍偏低的多元素礦床，可能單個礦床元素無法直接利用，因此可以通過當量折算的方式將幾種指定元素的品位與折算系數生成新的折算值對礦床元素進行綜合利用。

2）特高品位的處理。樣品的特高品位值通常會對礦體的加權平均品位值統計產生很大的影響，因此通過設置元素品位的上限或者一些經驗公式來對樣品進行約束，可以將特高值對其它樣品品位的估計影響降到最小，例如：如果樣品的品位高于某個上限值就可進行按上限值替換或剔除等處理。

3）伴生元素有用金屬量統計規則。在一些有色金屬礦礦體圈定與品位統計中，樣品中的伴生金屬元素品位只有達到了一定含量才會參與有益金屬量的統計。

2.2 圈定表達式的組織與求值

將所有的圈定判斷條件以圈定的礦石品級或礦體為單位進行組織并轉化為表達式語句。針對多元素折算、共生礦物含量扣除等要求，生成的條件表達式不但要包含邏輯判斷語句，還必須支持計算式的求值。表達式的求值可以應用基于棧結構的“算符優先法”實現。其算法的基本思想如下［7］。①首先定義兩個操作棧，一個用于運算符的暫存，稱為Operator；另一個用于暫存操作數及求值結果，稱為Operand。②設置棧Operand為空，表達式起始符（如“＃”）為運算符棧Operator的棧底元素。③順序讀入表達式中的各個字符，若是操作數則進Operand棧，若是運算符則要和Operator棧中的棧頂運算符進行優先級的比較。④對運算符的優先級比較結果進行處理，若插入元素優先級高于棧頂元素，則將插入元素壓入棧中；若優先級相等則脫括號并接受下一個字符；若優先級低，則退棧并將運算結果入棧。⑤重復上述流程，直至整個表達式的值計算完畢。

2.3 自動化圈定流程

通過條件表達式的判斷，只是初步確定了樣品是否符合礦石品級要求，還要對礦體進行礦段長度、連續取樣時允許的夾石的剔除厚度等參數進行判斷，最后生成連續的圈定礦段。具體的圈定流程（圖2）：①首先基于條件表達式判斷樣品品位是否符合要求；②判斷是否為連續取樣、兩段礦之間的間隔是否小于夾石剔除厚度、合并后礦段品位是否符合當前圈定品級要求；如果是，則合并圈定礦段；如果否則新建礦段或不合并；③循環上述操作至所有樣品都完成判斷；④按最低可采厚度對所有礦段長度進行判斷，如果礦段長度小于最小可采厚度且品位×長度小于米百分值，則刪除該礦段，反之則保留；⑤更換圈定表達式，重復①～④步驟，進行下一品級礦石的圈定。

3 單工程礦體自動化圈定規則解析器在DGSS中的實現

圖2 單工程礦體自動圈定流程圖

圖3 圈定指標向導

由于實際工作中的圈定指標涉及的條件較多，需要在圈定礦體的同時劃分出礦石類型及工業品級、針對不同的礦石類型或礦石品位設置不同開采指標等，因此DGSS系統中通過“圈定指標”向導（圖3）來引導礦區工作人員完成這一系列圈定指標的設置，并通過方案管理不同的工業指標。

1）輸入預賦礦體產狀。圈定礦體時，如果已經對礦體的整體產狀有了一定的了解，可以輸入礦體的傾向、傾角用于計算礦體的真厚度；如果在圈定礦體前對礦體的整體產狀還不了解，可以暫時用0度代替，在圈定完礦體之后統一更新。

2）劃分礦石工業品級。如果要在圈定礦體的時候同時劃分出不同的礦石類型和工業品級，則可以選中該選項，選中該選項之后，點擊“下一步”之后進入礦石品級劃分指標設置，圈定礦體時，系統會根據設置的劃分條件來進行礦石品級的劃分（圖4）。

其中品級等級表示的是礦體圈定的優先級，數值越小優先級越高（圖5）。每個工業品級的條件表達式見圖6。完成所有的品級設置見圖7。用戶可查看圈定方案，瀏覽各工業品級的圈定指標表達式（圖8）。圖9是根據工業指標自動執行單工程礦體圈定步驟并進行可視化的界面。在三維下，可以基于條件表達式展示樣品品位信息。

圖4 礦石品級劃分設置界面

圖5 設置礦石工業品級信息

圖7 品級劃分完成示意

圖8 根據工業指標自動執行部分單工程礦體圈定

圖9 根據工業指標自動執行部分單工程礦體圈定

4 結論

單工程礦體自動化圈定規則解析器作為數字地質調查系統的資源儲量估算與礦體三維建模信息自系統的一個基礎模塊，服務于固體礦產勘查資源儲量估算與成果表達的業務流程，符合業務環節的具體需求，為礦山勘查項目成果報告編制提供了數字化、可視化、自動化的輔助工具，提高了地質人員進行單工程礦體圈定的效率。目前已廣泛應用于礦產資源調查評價、全國危機礦山接替資源調查等項目，涉及全國地質、煤炭、冶金、有色、武警黃金、化工、建材等部門。

［1］徐兵，馬小剛，田宜平.遞歸算法在單工程礦體邊界圈定中的應用［J］.有色金屬：礦山部分，2006，58（6）：21－24.

［2］陳國旭.垂直剖面法礦產資源儲量估算軟件實現技術及自動分類方法研究［D］.武漢：中國地質大學（武漢），2008.

［3］姜華，秦德先，陳愛兵，等.國內外礦業軟件的研究現狀及發展趨勢［J］.礦產與地質，2005，19（110）：422－425.

［4］李超嶺，楊東來，李豐丹，等.中國數字地質調查系統的基本構架及其核心技術的實現［J］.地質通報，2008，27（7）：923－944.

［5］李超嶺，李豐丹，劉暢，等.數字地質調查技術理論研究與應用實踐［M］.北京：地質出版社，2012.

［6］《礦山地質手冊》編輯委員會.礦山地質手冊（上）［M］.北京：冶金工業出版社，1995.

［7］嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C語言版）［M］.北京：清華大學出版社，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

倪平澤（1981－），男，高級工程師，博士，主要研究方向為地質業務信息化、礦床資源儲量定量估算等。E－mail：jeffnpz＠163.com。

P62

A

1004－4051（2014）S2－0164－04

2014－07－11

全國危機礦山接替資源找礦項目“危機礦山勘查項目成果報告編制GIS系統研究”資助（編號：200799096）；全國危機礦山接替資源找礦項目“危機礦山勘查信息系統建設及推廣”資助（編號：20109909）；中國地質調查局礦產資源調查評價項目“礦產資源調查數據處理與綜合分析子系統”資助（編號：1212010551001）

李豐丹（1980－），男，高級工程師，博士生，從事地質調查主流程信息化技術研究。E－mail：lfengdan＠mail.cgs.gov.cn。