基于矿产资源综合利用的大数据应用研究

□ 赵翠微 畅永锋 李海燕

一、我国矿产资源的特点及综合利用所面临的问题

1.我国矿产资源的总体特点

矿产资源是指由地质作用形成的，具有利用价值的，呈固态、液态、气态的自然资源。矿产资源的生产为国民经济发展提供有力的保障。矿产资源具有不可再生性和耗竭性，是一种不可再生资源。我国矿产资源的总体特点是：总量丰富、品种全，人均占有矿产资源量相对不足。石油、天然气、铁、铜、钾盐、金刚石等一些重要矿产资源探明储量明显不足。具体表现为：第一，贫矿多，富矿和易选矿少，如在已探明储量的159种矿产中，一些重要矿产如铁矿、铜矿等已探明储量的矿床大多数是贫矿；第二，共生矿、伴生矿多，单一矿床少，如我国铜锌矿共伴生组分复杂，选矿难度大；第三，难采、难选、难冶矿多，易采、易选、易冶矿少，如我国铝土矿资源总量98%以上为加工难度大的一水硬铝石[1]；第四，中小型矿多，大型、超大型矿少，严重影响着矿产资源的开发规模和效益，如我国煤矿可露采的储量仅占7%[2]，由于矿床规模小，坑采技术条件落后，因此技术成本高、生产成本大；第五，重要矿产资源短缺或探明储量不足，许多重要矿产过分依赖国外资源，同时结构性矛盾突出，如煤炭比例最高等现象，导致了严重的环境污染。

2.我国矿产资源综合利用现状与存在问题

矿产资源综合利用是指采矿权人和相关单位通过科学的采矿方法和先进的选矿工艺，将共生、伴生的矿产资源与开采利用的主要矿种同时采出，分别提取加以利用。通过选矿和其他手段，将综合开采出的主、副矿产中的有用组分，尽可能地分离出来，产出多种价值的商品矿；通过一物多用、变废为宝、化害为利、消除“三废”污染等途径，科学地使用矿产资源。这种全面、充分、合理利用的过程，是依法有效保护矿产资源，防止其被浪费、破坏的重要措施。

矿产资源综合利用必须以减少对生态环境的污染与破坏为前提，最大限度地对矿产资源及其二次资源进行综合性的开发和利用。我国大规模矿产资源开发造成主要矿山开采深度加大，品位降低，矿体的形态和产况愈发复杂。“十二五”期间，我国资源储量有所增加，资源开采率、回采率及选矿回收率有所提高，矿山管理数字化程度有所改善，尾矿库治理、土地复垦等生态环境治理再造项目和矿山可持续化综合利用方面正在逐步好转。目前，我国220个国家级绿色矿山试点单位中90%以上实现了矿山管理的数字化及先进装备的应用，通过关键技术改造，在国家战略、政策推动，以及各种激励与约束机制建立和示范基地的引领下，我国矿产资源综合利用情况正在逐步好转，水平不断提高[3]。与此同时，由于经济发展需要消耗大量的矿产资源，矿产资源持续短缺目前已成为制约我国经济发展的瓶颈。此外，缺乏宏观和微观的、切实可行的战略思路，亦成为我国矿产资源发展过程中的现实问题。以稀土矿产资源为例，我国虽是世界稀土大国，目前的市场占有率近90%，但近年来由于对稀土资源的过度和无序开采、废旧稀土资源的回收与综合利用技术落后，以及对于矿产资源全球化、市场化形势的种种不适应，最终导致我国稀土资源的巨大浪费。

我国矿产综合利用面临的问题总体表现在以下方面：首先，观念不强，基础不牢，尤其是小型矿山，往往缺乏智能采矿信息化设施的投入，对新一代技术装备部署不足，易造成停产事故，对生态环境和后续综合利用造成危害；其次，在矿产资源保护力度方面仍需加强，目前国内矿产资源产业形势依然严峻，而我国矿产品竞争力不强、产品发展层次低，同时全球矿产品供给过剩、全球大宗矿产品部分寡头垄断，造成我国矿产资源保护力度、安全供应问题突出；此外，我国矿产资源综合利用法律体系存在立法空缺，相关矿业惩罚力度不够，地方政府不作为，国家层面缺乏统筹规划，缺乏有效监管、监控。

3.矿产资源综合利用对国民经济发展的有效支撑

针对我国矿产资源富矿少、采选冶难度大、单一矿床数量少、矿床规模相对较小的特点，提出矿产资源的综合利用。在开发前进行综合性评价，不仅可以有效开发和节约、利用资源，还可以有效减少工业发展对自然环境造成的破坏和影响。多年来的粗放式开发和利用形式，往往对采选与冶金难度大和品位差的资源、尾矿和残矿的开发利用疏于监管。

矿产资源综合利用必须坚持合理开发、有效保护和节约利用的战略方针，从国民经济的战略高度认识有效保护、合理利用矿产资源的重要性，从人口、资源和环境三者的关系上认识矿产资源的重要地位，充分发挥矿产资源规划的引领作用，建立健全矿产资源监督法律法规与管理长效联通机制，加强资源整合，优化产业布局和矿产品结构，加强全国矿产资源监督管理信息网络建设，推进集约利用，加强矿产资源的监督管理和保护，站在科学发展的高度思考我国矿产资源的国家战略，通过新型工业化道路，“坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低，环境污染少的新型工业化道路”的科学发展经济思想，实现我国矿产资源可持续开发利用与生态环境的协调发展，实现对国民经济可持续性发展的有效支撑。

二、矿产资源信息化发展及大数据技术应用

1.矿产资源信息化发展与大数据应用基础

矿产资源综合利用的数据基础前提是矿产资源的信息化发展。地理信息系统GIS思想的产生引发了全球资源信息化的大发展。1964年，加拿大建立了世界上第一个地理信息系统（CGIS）；此后，美国成立了诸多GIS相关协会与研究机构；随着全球土地资源信息化建设的不断推广，加拿大、瑞典、日本、法国、澳大利亚、荷兰等国家都积极地开展地理信息系统的研究与应用[3]。20世纪末，荷兰完成了对全国地籍图的数字化，大比例尺地形图数字化运动积极开展。2002年欧盟建立了欧洲空间信息基础设施。1999年，我国启动国土资源信息化骨干工程——“数字国土”工程，初步形成了支撑国土资源管理的地政、矿政基础数据库管理体系和地学基础数据库体系。2001年发布的《国土资源信息化“十五”规划和2010年远景目标（纲要）》，完成了省级国土资源信息化建设总体规划方案，确立了各地国土资源信息化建设的基本思路、目标任务和推进措施。2004年，“金土工程”在电子政务建设的总体框架的指导下，完成了对耕地保护监管、矿产资源安全保障和地质灾害预警与应急指挥系统建设的电子政务管理信息系统。2009年，我国实现了国土资源全覆盖、全过程的动态监测。2016年公布的《国土资源“十三五”规划纲要》，提出了采用云计算、大数据、物联网等新一代信息技术，完善了全国国土资源信息化总体框架，开创了国土资源管理信息化、科学化发展的新局面，为基于大数据应用的矿产资源综合利用打下了坚实的基础[4]。

随着云计算、物联网、移动设备技术的快速发展，大数据开始引起人们的高度关注。大数据技术不仅改变了人们的生活和工作，更重要的是改变了人们的思想——大数据带来了大转型。大数据的处理流程，通常包括数据的采集和预处理、数据存储、数据处理、数据分析及数据可视化应用等一系列过程。但是，对于不同数据源获取的异构数据，必须首先进行数据处理，转换成统一的数据形式，再通过数据分析方法集中处理，只有这样才能对结果进行可视化展示并加以利用。核心数据的处理分析过程中运用到的关键技术有云计算、并行计算、分布式文件系统、分布式并行数据库、开源实现平台 Hadoop与可视化技术。数据是国家发展的基本战略资源，而“大数据”，作为一种不能在一定期限内运用目前方法和技术去分析和处理的数据集合，其利用需通过高速捕捉、发现和分析技术，挖掘并提取数据集合的重要价值。在构建有效保障措施、创新国土矿产资源的有效管理模式、推进国土矿产资源的信息化建设与发展的政策背景下，利用大数据对矿产资源进行处理成为发展趋势[5～7]。

2.矿产资源大数据的采集与资源体系建设

数据采集是国土与矿产资源大数据体系建设的首要和关键环节，通过视频、文本、传感器等数据输入端产生的大量数据，形成了海量异构国土与矿产资源数据源。在数据采集环节，过去那种重视前期投入、忽视应用过程中的更新和维护、忽视最终数据处理应用的普遍问题必须引起各级、各地政府和相关运营商的高度重视。基于互联网的现代化、大规模化的信息处理设备同已往简单、独立运行的小型设备不同，这种设备更新频率很快。如果仅重视项目的投入，忽视运行效率和设备更新，其结果不仅会造成国家资金的巨大浪费，还会由于阶段性历史数据的缺位造成数据连贯性的永久缺失，对数据分析的连贯性造成不可弥补的损失。对于数据采集的控制必须严格执行国家相关管理规定和授权，以保证数据的真实可靠与权威性，同时必须建立相应的法律法规作为保障。此外，应对数据进行清理与整合，必须在保证原始数据不受损失的前提下，对多源异构数据进行预处理以达到清理和整合的目的，同时应及时有效处理不稳定数据，以便最终形成可以利用的数据库和数据集，用以有效支撑大数据系统的分析决策。

3.现有矿产资源大数据应用平台与存在的问题

云计算是以虚拟化技术为基础、以网络为载体提供各种服务的计算平台，是整合了大规模分布式计算资源的协同工作的超级计算模式。2016年公布的《国土资源信息化“十三五”规划》就提出了构建全国统一的云管理平台，以形成集约、高效、安全的国土资源信息化运行环境，促进“国土资源云”的建设。目前，国内权威矿产资源相关数据平台如下：

（1）全球矿产资源信息平台

全球矿产资源信息平台（http://worldminal.drcnet.com.cn）由国务院发展研究中心信息网（简称“国研网”）推出，平台全面、及时、系统收录全球主要国家矿产资源相关最新资讯、政策法规、统计数据、分析报告、投资案例、项目机会、信息图标、矿业公司等信息，覆盖地质勘查、勘探开发、矿权交易、矿业投融资、冶炼与加工、技术与设备、矿业服务等全产业链。面对我国境外矿业投资和合作面临的新形势，及时、全面掌握全球能源矿产信息，助力有关政府部门充分认识全球矿业发展形势，出台或完善参与全球矿产资源开发利用政策，提高参与全球矿产资源治理的深度与广度，帮助我国矿业企业深入研究各国合作诉求、矿产资源赋存特征和分布规律、相关政策变动、配套设施条件、主要竞争对手投资环境，以发现矿业投资机会，并识别和降低面临的主要风险，同时还为相关科研院所、金融机构等提供了丰富的参考信息。该平台的“图表”栏目就设置了包括地质图、地形地貌图、技术设施图、行政区划图、矿产分布图和经济分析图等二级栏目，提供了全球主要国家矿业发展的各类详实数据。

（2）国土资源部“矿产资源总体规划数据库”与中地数码GIS系列

基于MAPGIS（MAPGIS是中国地质大学开发的通用工具型地理信息系统，可对空间数据进行采集、存储、检索、分析和图形表示）的矿产资源规划数据库是国家、省、市、县四级矿产资源规划管理信息系统的重要组成部分，数据库包括空间数据和非空间数据两大类，涵盖了基础地理、基础地质、矿产资源现状、矿产资源规划等方面的内容，矿产资源规划数据库可以为地质调查、矿产资源管理的信息化建设提供基础数据支撑。矿产资源规划数据库的建立将对矿产资源开发利用总量调控、开发利用结构与布局调整、矿产资源保护、矿山生态环境保护与恢复治理、矿产资源勘查与开发、矿山生态环境调查与检测产生积极的影响。作为MAPGIS的提供商，中地数码集团是专业从事地理信息系统（GIS）研究、开发、应用和服务的云GIS软件平台和解决方案提供商。历经20多年的发展，自主核心技术已跻身国际一流行列，是国际GIS技术创新的领跑者。中地数码还有多款云GIS软件平台和解决方案，如“地质大数据共享服务平台”，是一款以数字化、网络化、信息化、智能化为主要特征，基于云计算和大数据技术的地质数据管理与分析处理中心，可对地质相关的数据资源、服务资源、应用资源进行统一管理，并以服务的形式提供给终端层，提高信息产品和服务的质量；“储量动态监管解决方案”可以协助地矿管理部门管理地质资料汇交和矿产资源相关信息，分析矿产资源形式，实时掌控矿山资源的现状、规划、储量变化及矿山开采情况等信息，实现矿产资源的动态监测和统一管理，使各级管理部门能够从宏观上掌控矿山的采矿进度及储量变动情况，有效提升了储量监管工作的效率及监控能力。

（3）矿业大数据平台

矿业大数据（http://www.miningcruise.com/）是中矿资源勘探股份有限公司旗下的技术服务型网站。矿业大数据网站以中矿资源为依托，可以为国内外同行提供丰富的数据服务，如资源储量模型、勘查报告编写、地质专业制图、矿业软件代理。矿业大数据网站积极响应国家“走出去”和“一带一路”倡议，是国内较早使用Micromine、Surpac等软件在国际上开展服务应用的技术力量，已在国内外实施了大量项目。

此外，还有诸如中国矿业网（http://www.chinamining.org.cn/）、中国矿业资源网（http://www.chinaore.cn/）等多家矿产资源相关的数据平台与网站。但多数平台为商业运作，或者基于地域、行业狭隘心理与数据安全的担忧，不同地域或行业部门依然各自为政，导致数据共享机制不健全，数据共享落为空谈。大数据平台建设与应用不佳还表现在：现实中的平台建设远远落后于技术发展，最终给人的感觉是规划中的云构架，往往就是一些“飘在空中的、松散的云”，根本就没有形成有机、高效的云平台，国家前期规划和商业平台建设投入巨大，数据基本的共享、利用率极低，更难以实现大数据分析与结果的应用。国内现有矿产资源及相关行业技术资源、数据资源整合与有效利用严重不足，国家相应法律、法规与地方相关制度的约束和保障措施不到位，各地方与矿权业主对于矿产资源数字化与大数据应用的动力不足，而且矿产资源综合利用涉及一些保密数据或敏感数据，单凭商业化运作，不仅数字化服务与解决方案难以推广，数据资源也难以实现整合与共享利用，对于地、采、选、冶技术人力及其科技成果推广与转化更难以实现。

4.大数据应用对于矿产资源综合利用的目标任务

目前，在国内矿产资源综合利用大数据分析应用中，必须建立基于数据完整性、实时性较强的矿产资源数据库，努力改变数据共享、开放难的现状，例如对于采矿权数据、探矿权数据、基础地理信息数据、遥感监测数据、地下三维数据等的科学统筹规划和有效的动态更新、维护与利用；加强对矿产开发引起的地质变化等问题进行科学的模拟或预警分析，以及数据的深度挖掘和高层次的应用创新，如基于大数据支撑的决策能力的应用就有很大的发展潜力；政府职能部门对矿产资源利用的研究能力不足问题，可以通过与科研院所、高校专业人员有效合作并开展项目对接来解决。

在此基础上，如何实现对矿产资源的科学管理与利用，实现相应科技成果到生产力的转化已成为当务之急。大数据揭示了自然和社会经济因素对环境生态的动态变化和影响，为自然资源管理和城市化发展决策提供了宝贵的信息，并对城市规划方案科学评估提供了有力的依据。基于大数据和现代信息技术的矿产资源监管体系，可以通过网格技术、GIS技术等构建全国互联互通的矿产资源网络化监管信息系统，创新了监管机制，有效提升了监管效能，及时有效地掌控采矿量与产值的关系，及时评估矿产资源的采矿、选矿对环境生态的保护或破坏状况，对于违法勘查开采图斑实施及时有效的采集、分析和监管，并给予有效查处；还可以有效提升矿山控制能力与应急处置能力。例如，尽管国家投入资金进行了全国性矿产资源综合利用示范基地建设和国家级绿色矿山试点单位建设，但在矿产资源数字化实质与数据共享方面没有形成有机整体，没有起到示范和引领、辐射作用，其各自在采、选、冶方面的先进理论研究与技术研发数据没能通过大数据应用平台得到更好的转化、推广应用，其资源效益、环境效益和经济效益潜能没有得到充分挖掘。因此，国家须及早出台基于国家经济社会发展高度的，集政策、标准、技术与管理、应用为一体的矿产资源综合利用法律、法规与相关安全保障体系，切实保障国土与矿产资源信息的存储和访问、利用与社会效益产出，切实提高大数据在矿产资源综合利用中的执行力。

5.大数据在我国稀缺矿产资源和优势矿产资源综合利用中的重要意义

笔者仍以典型的稀土矿产资源为例，对大数据应用进行阐释。稀土产业是我国具有绝对优势的特色产业，但自20世纪90年代后期，我国稀土资源就开始了低价出口之路，矿产资源流失严重。目前，我国已成为世界主要稀土供给国，世界稀土矿总产量的90%来自中国[8]。稀土资源的快速流失，给我国带来的是生态环境的持续加速恶化。稀土行业低水平重复建设与生产，国内企业竞相杀价和恶意竞争，与此同时，一些发达国家趁机加快了稀土战略储备和对本国稀土资源的保护，通过技术封锁不断加强对稀土资源的控制。尽管国家靠出台出口配额、出口关税等一系列管制措施已经加强了对稀土产业的调控，促进了稀土价格的回升；但面对经济全球化、科技全球化、市场全球化，所取得的效果却不甚满意。矿产资源作为全球产业的基础行业，每年产值高达20万亿人民币，矿业行业作为全球化的产业，急需通过大数据作为技术支撑，构建全球矿产资源行业可持续发展生态圈，打通全球资源领域技术、交易、流通、金融等各环节，有效助推我国供给侧结构性改革等国家战略，通过区块链技术，指导并降低矿业资源的交易成本，加速行业周转率，构建全球矿业交易平台，建立新闻行情圈、商品贸易圈、金融投资圈和矿业服务中心的“三圈一中心”的服务体系，充分把握矿产资源高技术、高风险、高投入的特点，提高矿业行业整体产业链和企业的核心竞争力，通过国家、各省市地区统筹共管、齐控，促进行业资源的合理配置[9～12]。

矿产资源综合利用是一项复杂的系统工程，涉及多方利益关系调整。中国矿业“互联网+”战略的践行者——“中国矿业大数据联盟”，正在致力于打造全球矿业交易平台，构建国际资源生态系统，有效整合与科学评估我国矿产资源开发，实现多元化战略，延伸产业链；致力于中国及全球矿业互联网、大数据、区块链发展。

三、结束语

大数据技术可以实现对全球矿产资源市场的分析、预测，可以实现对国内稀缺和优势矿产资源进行宏观管理、调控，大数据技术的应用还可以对矿产资源综合利用带来的生态环境变化成本进行科学评估，进而引导我国矿产资源开发与利用的科学化、规范化发展，大数据技术极大地推动了矿产资源的科学化管理与利用，并有效推动科技成果的转化。大数据技术对矿产资源综合利用的可持续化发展提供了强有力的技术支撑，所以国家必须紧紧围绕大数据这一技术优势，结合云计算、云存储等先进技术，统筹规划面向全国矿产资源综合利用的大数据应用平台及相关法律、法规与相关保障措施，对全国矿产资源基本状况、国内外矿产资源综合利用技术与成果，以及相关技术人才资源等进行数字化入库，打造面向全国的资源开发与综合利用的数字化、科学化与规范化运行环境，实现矿产资源综合利用相关技术成果与人力资源的充分交流，有效提高科技成果转化率，最终实现技术资源的充分共享，同时，有效利用现有各种市场交易、分析平台，加强对世界范围内矿产资源的价格预测与进口调控。在国家矿产资源管理部门的统筹规划与监督管理下，依靠大数据、云计算等先进信息技术实行矿产资源科学管理，必将化解矿产资源开发领域的过剩产能，有效遏制矿产资源开发带来的生态破坏，助推我国从矿业大国向矿业强国转变，促进全球矿产资源行业的产业重构。