面向全生命周期的礦山地測數字化平臺設計*

徐剛強，劉艷紅，李文新

(1.湖南工程職業技術學院， 湖南 長沙 410151； 2.長沙有色冶金設計研究院有限公司， 湖南 長沙 410014； 3.湖南有色環保研究院有限公司， 湖南 長沙 411499)

礦山地測工作是一項理論與實踐相結合的重要技術基礎工作，是礦山地質信息揭露和儲量動態管理的重要手段，其任務是系統地研究礦山地層、構造、巖石、礦產等地質特征，為找探礦、水文及工程地質、資源綜合利用等提供基礎地質資料，貫穿于礦產資源勘查、礦山基建、開采運營及閉坑的全生命周期[1]。

1 地測工作中常見的問題

礦山地測工作包括地測設計、現場作業、成果整理三個階段[2]。現有礦山地測工作的各階段都存在一些問題，較大地制約了礦山的生產和發展。

（1）地測設計階段存在的常見問題。地測設計階段的主要任務是編制設計方案，明確地測任務及目的，需要收集與項目有關的所有地質資料、原有研究成果及必要的實地考察。然而，現有的一些地測設計方案內容敘述往往千篇一律，針對性不強，對已有資料收集不全或分析不足，可靠度受人為因素制約較大。

（2）現場作業階段存在的問題。現場作業過程中經常會出現以下問題：地測工作量估計不足，工作比較被動，整體工作量增加；地測結果誤差較大，不能滿足工程的要求；現場作業人員未嚴格執行作業規程，或井下作業環境昏暗、嘈雜等因素影響，造成現場記錄錯誤。

（3）成果整理階段存在的問題。地測信息包括各種原始測量和觀測數據，以及各種礦圖、報表和計算成果等，是地測工作的集中反映，是礦山生產和管理工作的重要依據。其數據量大、覆蓋面廣，目前大多以紙質資料、文檔、表格、CAD圖件、三維模型、信息系統等多種形式，分散在不同的機構或個人手里，以“碎片化”的形式存在，數據難以管理和利用。

此外，各專業軟件間相互獨立，各自為政，不同軟件間存在數據重復錄入情況[3]，成果難以延續和共享。

因此，目前礦山地測采等專業間協同性差，礦山工作質量和效率不高等問題突出。

2 地測數字化進展

近幾年來，隨著計算機技術的廣泛應用，云計算、大數據、互聯網、三維可視化等新一代信息技術與礦山的融合發展，地測工作數字化、智能化建設也得到了長足的進步。

劉艷紅[4]研發的超深井多源信息集成與安全管控平臺實現了超深井工程建設過程中多源異構數據（感知數據、工程管理數據）的集成與融合，實現了某超深井工程地質、水文地質、工程管理等多源信息的可視化與安全管控，但在地測信息管理方面，主要是對已有地測工作成果的應用，其前端地測信息采集、處理等過程并未涉及。陳鑫等[5]在地測采業務數據標準化、地測采工作流程規范化的基礎上，基于數據中心研發了礦山生產技術協同平臺，實現了礦山生產技術數據的高效流轉和共享，不足之處是該平臺地測采信息仍以電子文件形式傳遞，應用范圍受限。柳波[6]將礦山地測數據劃分為空間數據、三維圖件、二維圖件和傳統附件4種類型，基于PostgreSQL數據庫建立了礦山空間數據庫系統，實現了對數據的集中統一管理，但仍限于文件形式，尚未實現真正的數據關聯應用。

為了有效地利用礦山各階段的地測信息，為礦山生產計劃和高效管控提供數據支撐，實現數據共享與協同高效工作，有必要從地測工作源頭開始，開展以“礦產資源”信息流為主線的數字化管理，將這些多維信息基于統一標準進行集成融合[7]。

3 地測數字化平臺設計

3.1 建設原則與思路

地測數字化平臺應該遵循以下5個原則：①以 地測工藝為核心，基于地測工藝分解進行功能規劃；②充分利用礦山地測信息化現有成果和已有成熟的專業化軟件；③數據交付標準、數據結構和數據交換規則統一；④平臺支持擴展、二次開發與整合；⑤平臺支持礦山全生命周期信息的快速積累與集成。

目前大部分一般非繼承性的信息化平臺都是在礦山全生命周期的節點處進行數據交付，數據以一種割裂式的方式積累，不同階段數據之間缺少關聯，從而導致數據協同困難，無法實現基于數據的智能化應用。而數字化平臺，則以“礦產資源”數字化為主線，跨平臺實現多源信息集成融合，支持全生命周期不同階段的數據累積式增加，見圖1。

遵循上述建設原則，建立一套貫穿礦山全生命周期的系統平臺，打破各階段、各工具軟件、各專業之間的“信息壁壘”，確保地測數據的完整性、一致性，為礦山全生命周期數據協同提供可靠的基礎數據，可為礦山數字化、智能化、智慧化建設提供工程數據底座，見圖2。

圖1 礦山全生命周期數據累積

圖2 建設思路

3.2 平臺架構

按照建設原則及思路，建立礦山地測數字化平臺，見圖3。

（1）數據來源：按照工作階段劃分，包括地測設計數據、地測作業數據、地測成果數據；按照地測工作手段劃分，包括物化探數據、遙感數據、取樣工程數據；按照數據形式劃分，包括三維模型、二維結構化/非結構化數據。

（2）數據加工處理：對于各種專業軟件輸出的二三維結構化/非結構化數據，就其屬性信息進行檢查和補充，對象模型編碼補充等；對掃描件等文檔進行OCR自動識別；對三維模型進行輕量化處理；對數據清洗校驗規則進行定義，達到自動處理。

（3）數據存儲：根據多源異構數據類型，建立專項分類數據庫，將地測數據分類存儲，同時實現與數據中心數據的高速互通。

（4）業務應用：建設各個應用系統，包括云協同系統、項目管理系統、數字化移交系統、三維看板系統、數字資產管理系統，通過綜合集成實現數據中心各類數據的動態分析與應用，最后將數據應用結果推送到各類終端（如：智能移動設備、PC端、大屏顯示系統等）進行展示。

圖3 平臺架構

3.3 平臺功能特點

平臺以數字化交付標準為基礎，涉及設計、設備材料采購、現場施工、成果整理等不同階段數據的采集與交付。平臺功能特點主要包括以下幾個方面。

（1）標準內置。參照ISO15926、CFIHOS等國際標準，以及石油化工[8]、電力行業[9-10]等國內標準，結合礦山行業特點編制企業內部標準，形成數字化交付標準體系，并內置于平臺中，交付標準包括管理規范、技術規范、基礎定義等（見圖4）。功能包括對象分類、屬性組、屬性等。

圖4 數字化交付標準

（2）數據采集與展示。設計數據采集：強大的數據格式兼容能力，可以對不同專業軟件輸出的三維模型進行采集，文檔與邏輯關系數據也可實現采集。現場作業數據采集：結合現場APP應用以及巖芯快速掃描等設備，實時將現場作業數據采集、傳輸至云數據中心，實現數據共享[11]。多源結構化數據采集：對于數據不同的來源（其他信息系統、數據庫、表格等），通過數據處理工具，進行自動抽取、清洗與轉換，以保證數據質量。紙質文件采集：基于OCR識別技術，快速建立索引以供檢索。

（3）關聯關系。基于關系圖譜實現三維模型、邏輯關系、文檔、實時數據等之間的關聯，見圖5。

圖5 關系圖譜

（4）成果檢審。地測采各專業通過云協同平臺隨時查看輸出的成果（模型/文件），并實現成果審查，成果檢審流程見圖6。

平臺提供審閱批注、在線評論、信息查閱、協同流程等功能。

（5）二三維聯動。平臺支持成果可視化，智能二三維聯動。如點擊某鉆孔工程某取樣段，則該鉆孔工程該取樣段的剖面圖信息對應呈現。

（6）數據總覽。通過一個界面，將對象的屬性數據、關聯文件、三維模型、邏輯關系圖，關聯對象等信息集中展示。

圖6 成果檢審流程

（7）全局信息檢索。通過關鍵字，對系統中的內容（模型、關聯關系、圖紙、文檔、屬性）進行快速檢索查詢，支持全文檢索及對檢索的結果進行二次檢索過濾。

（8）APP應用。通過移動端APP，可便捷采集現場實時數據，也可隨時查看地測工作進度和成果質量等。

3.4 預期效果

（1）各專業軟件重構集成。平臺支持多種軟件重構集成，統一各軟件的數據庫為一體化數據庫，去掉重復部分，保證數據源的準確性、一致性[11]，可靠的基礎數據為礦山數字化、智能化建設提供工程數據底座。

（2）可視化管理。二三維聯動使得設計審查、現場作業管理、成果檢審實現可視化管理，如通過工程項目管理與三維模型關聯，實現不同階段模型變色，動態直觀地顯示不同階段的完成情況，使相關人員及時準確地了解工程的進度和總體情況。

（3）綜合信息集成。平臺本質上是一個數字化集成平臺，可有效搜集、管理、共享工程信息。隨著地質工程的不斷揭露，以“礦產資源”數字化為主線的礦山資源環境及其開采利用過程一目了然，不僅可以實現工程可追溯管理，且所有數據基于云平臺協同共享，大大提高了礦山工作質量和 效率。

（4）二三維一體化監控。基于關聯性處理和強大的信息檢索，能更精準地進行工程項目任務下 達、人員和設備管理、數據采集、成果整理等一體化管控。

4 結論

針對礦山地測工作中常見的問題，設計了以“礦產資源”數字化為主線的、面向礦山全生命周期的地測數字化平臺。

（1）數字化交付標準是礦山地測數字化平臺的基礎和根據。

（2）數據處理與加工保證了數據源的準確性、一致性，可實現數據累積式增加，為礦山數字化、智能化建設提供工程數據底座。

（3）關聯關系處理實現了多源異構數據的重構與集成融合，是實現數據自動流轉的關鍵。

（4）地測數字化平臺本質是多源信息綜合集成，其基于統一標準實現了跨平臺的融合，可為各專業數據共享與協同提供支撐。