三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

梁琴琴，何東林，王振飛，武 枝，王宗江，趙麗娜

（山東正元冶達科技發(fā)展有限公司，山東 濟南 250101）

礦山地質(zhì)信息是地質(zhì)勘查工作的第一手資料，對地質(zhì)勘查工作的開展和后續(xù)礦山開采都有著重要的作用，為了更好實現(xiàn)對礦山地質(zhì)信息的管理，并且向地質(zhì)人員更加清晰地展現(xiàn)地質(zhì)信息，研發(fā)了三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)。

三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)具有地質(zhì)信息收集、保管、整合等功能，該系統(tǒng)的出現(xiàn)極大地節(jié)省了礦山地質(zhì)信息整合時間以及整合難度，代替了傳統(tǒng)的紙質(zhì)地質(zhì)信息整合方法，三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)是地質(zhì)信息管理工作邁向現(xiàn)代化的必經(jīng)之路，也促進了礦山地質(zhì)信息管理工作在信息化建設(shè)的發(fā)展。雖然現(xiàn)有的三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)可以精準(zhǔn)、快速地整合礦山地質(zhì)信息，但是傳統(tǒng)系統(tǒng)缺乏網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化運作模式，在對礦山地質(zhì)信息整合過程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，并且信息丟失量較大，傳統(tǒng)系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合需求，為此提出三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用研究。

1 三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)硬件設(shè)計

此次設(shè)計的三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)的核心硬件為地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲，該硬件設(shè)備的主要任務(wù)是獲取礦山地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)中的所有礦山地質(zhì)信息資源，并通過超鏈接的方式使礦山地質(zhì)信息網(wǎng)頁與系統(tǒng)相對應(yīng)，并且能呈現(xiàn)出高效、快速、準(zhǔn)確的應(yīng)用效果。

地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲主要有InfoSpace、Dogpile、Vivisimo三種，InfoSpace地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲是將多個單一獨立的網(wǎng)絡(luò)爬蟲的進行整合，利用計算機索引程序掃描礦山地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)信息資源中的所有文字?jǐn)?shù)據(jù)，并且能夠明確找到礦山地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)信息資源的位置；Dogpile地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲是一個單一獨立的搜索引擎，該搜索引擎的特點是能夠?qū)D片礦山地質(zhì)信息資源進行爬取；而Vivisimo地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲是一個分布式網(wǎng)絡(luò)爬蟲，其主要是對音頻礦山地質(zhì)信息資源的爬取。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需求，此次選取InfoSpace地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲，該地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲具有云端全功能AI芯片，能夠在100W以上的功耗下提供200萬億次/s的運算速度，并且內(nèi)存寬帶達到了126GB/s,它的應(yīng)用可以有效提高系統(tǒng)的響應(yīng)性能，其爬取功能的實現(xiàn)主要依靠Sphinx程序，具體爬取過程如下圖所示。

圖1 地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲爬取信息流程圖

此外InfoSpace地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲還有三種網(wǎng)絡(luò)礦山地質(zhì)信息資源爬取途徑，其中包括API接口爬取數(shù)據(jù)、GUI接口下載數(shù)據(jù)、編寫爬蟲程序下載數(shù)據(jù)。

（1）API接口爬取數(shù)據(jù)：API是一種應(yīng)用程序編程接口，該接口是通過預(yù)選定義的函數(shù)為應(yīng)用程序提供例程能力。通過該接口可以快速的獲取到所需要的網(wǎng)絡(luò)礦山地質(zhì)信息資源資源，不需要學(xué)習(xí)地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲具體爬取過程，用API接口直接下載網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，可以有效保證爬取到的數(shù)據(jù)格式的完整性、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的良好性。

（2）GUI接口下載數(shù)據(jù)：GUI接口爬取路徑是對于網(wǎng)絡(luò)中圖形格式的礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)資源爬取而言的。GUI是一種圖形接口，該接口具有強大的圖形獲取功能，地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲通過該接口完成圖形礦山地質(zhì)資源的抓取，將獲取到的信息資源以最直觀的圖形方式呈現(xiàn)出來，并且該途徑不需要網(wǎng)絡(luò)爬蟲記憶大量的爬取命令，地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)爬蟲只需要執(zhí)行少量的選擇命令、執(zhí)行命令完成檢索任務(wù)，該途徑占用的網(wǎng)絡(luò)資源較少，且具有較高的可靠性。

（3）編寫爬蟲程序下載數(shù)據(jù)：編寫爬蟲程序爬取路徑相對于前兩種路徑，具有高效、高質(zhì)量等爬取優(yōu)點，使網(wǎng)絡(luò)爬蟲可以在礦山地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)的公開數(shù)據(jù)獲取中支持正則表達式操作。該路徑具有強大的腳本語言系統(tǒng)作為爬蟲爬取信息支持，可以精準(zhǔn)的獲取到與爬取主題相關(guān)的礦山地質(zhì)信息資源，操作簡單高效、接口穩(wěn)定性良好。

2 三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)軟件設(shè)計

在系統(tǒng)軟件方面設(shè)計了礦山地質(zhì)信息檢索模塊和整合模塊，在礦山地質(zhì)信息檢索模塊中設(shè)計了數(shù)據(jù)通路作為三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合過程中的空間數(shù)據(jù)檢索路徑，在整合時利用數(shù)據(jù)通路及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將相應(yīng)規(guī)則類型中的所有數(shù)據(jù)信息自動傳輸?shù)较到y(tǒng)終端。為促進整合對礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)的二次開發(fā)和利用，并實現(xiàn)更加深入的挖掘，在數(shù)據(jù)通路與數(shù)據(jù)管理進行連接，并將所有礦山地質(zhì)信息通過直接或間接地方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫當(dāng)中，實現(xiàn)對海量可利用礦山地質(zhì)信息資源的管理。

結(jié)合人工智能技術(shù)，采用分層模塊化的方式，將礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)源代理模塊與實際的礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)進行交互，形成礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)源代理與礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)源之間一對一的對應(yīng)關(guān)系。由于實際礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)存在一定的異構(gòu)性特征，因此，在自主整合過程中，查詢命令會出現(xiàn)差異。針對這一問題，對不同類別的礦山地質(zhì)信息需要設(shè)計出對應(yīng)的數(shù)據(jù)源代理模塊。下圖為礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)源代理模塊的具體運行過程示意圖。

圖2 礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)源代理模塊的運行過程示意圖

根據(jù)每個礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)源代理模塊的具體運行過程可以看出，礦山地質(zhì)信息代理模塊主要存在于數(shù)據(jù)源模塊與訪問協(xié)議層之間，是礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)源的源頭。利用數(shù)據(jù)源代理模塊對礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)進行查詢，并對數(shù)據(jù)源進行注冊。

通過對可擴展標(biāo)記語言的格式進行查詢，并利用異構(gòu)數(shù)據(jù)或者不同訪問接口數(shù)據(jù)進行接口轉(zhuǎn)換軟件將相應(yīng)的查詢指令轉(zhuǎn)換為本地可以識別的查詢命令，再將轉(zhuǎn)化后的命令提交到數(shù)據(jù)源當(dāng)中完成對礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)的查詢。再將獲取到的查詢結(jié)果通過異構(gòu)數(shù)據(jù)或者不同訪問接口數(shù)據(jù)進行接口轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)化為原始數(shù)據(jù)格式，并按照訪問協(xié)議將其進行保存處理，再傳輸給礦山地質(zhì)信息整合模塊當(dāng)中。

針對數(shù)據(jù)源的注冊操作，主要是為了將采集到的礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)源信息通過注冊使其為相應(yīng)的部件形式，在礦山地質(zhì)信息整合過程中進行主動注冊，數(shù)據(jù)源通過自主的加入或退出，以發(fā)送對應(yīng)可擴展標(biāo)記語言的格式，實現(xiàn)對三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)包的整合。在進行對數(shù)據(jù)源的注冊時，發(fā)布的數(shù)據(jù)源內(nèi)主要包含礦山地質(zhì)信息內(nèi)容、格式、來源等相關(guān)信息。

針對數(shù)據(jù)源代理中礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)的廣泛、異構(gòu)特點，在三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合過程中還需要建立相應(yīng)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)對象模型，以及礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)存儲等利用元數(shù)據(jù)進行分析，得到礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)源的具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)時間將礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)源劃分為歷史數(shù)據(jù)與近期數(shù)據(jù)兩部分。同時，在劃分前還需要對礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)進行匯總，進一步減少對數(shù)據(jù)的遍歷時間，采用按照維度整合的方式或提取數(shù)據(jù)的方式對三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息進行整合。

3 實驗論證分析

實驗以某三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)包為實驗對象，該數(shù)據(jù)包大小為1000MB，利用此次設(shè)計系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對該數(shù)據(jù)包中礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)進行整合。實驗中共部署了三臺服務(wù)器，其中一臺服務(wù)器分配到系統(tǒng)Python集群，2臺服務(wù)器分配到系統(tǒng)Storm集群，下表為服務(wù)器部署情況。

表1 實驗服務(wù)器配置表

實驗將數(shù)據(jù)包中礦山地質(zhì)信息數(shù)據(jù)平均分成五份，利用兩個系統(tǒng)對信息進行整合，記錄在數(shù)據(jù)整合過程中原始數(shù)據(jù)丟失量，將其作為實驗結(jié)果，對兩種系統(tǒng)進行對比分析，實驗結(jié)果如下表所示。

表2 兩種系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失量對比（MB）

從上表可以看出，此次設(shè)計系統(tǒng)在對地質(zhì)信息整合過程中丟失的數(shù)據(jù)量較少，少于傳統(tǒng)系統(tǒng)，證明了此次設(shè)計的三維數(shù)字化礦山信息整合系統(tǒng)優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

4 結(jié)語

本文結(jié)合數(shù)據(jù)檢索引擎技術(shù)和信息整合技術(shù)，研發(fā)設(shè)計了一套新的三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)，在軟件方面和硬件方面都進行了創(chuàng)新和優(yōu)化，極大地降低了系統(tǒng)運行過程中礦山地質(zhì)信息丟失量，保證了礦山地質(zhì)信息安全。此次研究為三維數(shù)字化礦山地質(zhì)信息整合系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)提供了良好的理論依據(jù)，提高了礦山地質(zhì)信息整合工作的數(shù)字化和信息化水平，對促進礦山地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展具有良好的現(xiàn)實意義。