面向全生命周期的矿山地测数字化平台设计*

徐刚强，刘艳红，李文新

(1.湖南工程职业技术学院， 湖南 长沙 410151； 2.长沙有色冶金设计研究院有限公司， 湖南 长沙 410014； 3.湖南有色环保研究院有限公司， 湖南 长沙 411499)

矿山地测工作是一项理论与实践相结合的重要技术基础工作，是矿山地质信息揭露和储量动态管理的重要手段，其任务是系统地研究矿山地层、构造、岩石、矿产等地质特征，为找探矿、水文及工程地质、资源综合利用等提供基础地质资料，贯穿于矿产资源勘查、矿山基建、开采运营及闭坑的全生命周期[1]。

1 地测工作中常见的问题

矿山地测工作包括地测设计、现场作业、成果整理三个阶段[2]。现有矿山地测工作的各阶段都存在一些问题，较大地制约了矿山的生产和发展。

（1）地测设计阶段存在的常见问题。地测设计阶段的主要任务是编制设计方案，明确地测任务及目的，需要收集与项目有关的所有地质资料、原有研究成果及必要的实地考察。然而，现有的一些地测设计方案内容叙述往往千篇一律，针对性不强，对已有资料收集不全或分析不足，可靠度受人为因素制约较大。

（2）现场作业阶段存在的问题。现场作业过程中经常会出现以下问题：地测工作量估计不足，工作比较被动，整体工作量增加；地测结果误差较大，不能满足工程的要求；现场作业人员未严格执行作业规程，或井下作业环境昏暗、嘈杂等因素影响，造成现场记录错误。

（3）成果整理阶段存在的问题。地测信息包括各种原始测量和观测数据，以及各种矿图、报表和计算成果等，是地测工作的集中反映，是矿山生产和管理工作的重要依据。其数据量大、覆盖面广，目前大多以纸质资料、文档、表格、CAD图件、三维模型、信息系统等多种形式，分散在不同的机构或个人手里，以“碎片化”的形式存在，数据难以管理和利用。

此外，各专业软件间相互独立，各自为政，不同软件间存在数据重复录入情况[3]，成果难以延续和共享。

因此，目前矿山地测采等专业间协同性差，矿山工作质量和效率不高等问题突出。

2 地测数字化进展

近几年来，随着计算机技术的广泛应用，云计算、大数据、互联网、三维可视化等新一代信息技术与矿山的融合发展，地测工作数字化、智能化建设也得到了长足的进步。

刘艳红[4]研发的超深井多源信息集成与安全管控平台实现了超深井工程建设过程中多源异构数据（感知数据、工程管理数据）的集成与融合，实现了某超深井工程地质、水文地质、工程管理等多源信息的可视化与安全管控，但在地测信息管理方面，主要是对已有地测工作成果的应用，其前端地测信息采集、处理等过程并未涉及。陈鑫等[5]在地测采业务数据标准化、地测采工作流程规范化的基础上，基于数据中心研发了矿山生产技术协同平台，实现了矿山生产技术数据的高效流转和共享，不足之处是该平台地测采信息仍以电子文件形式传递，应用范围受限。柳波[6]将矿山地测数据划分为空间数据、三维图件、二维图件和传统附件4种类型，基于PostgreSQL数据库建立了矿山空间数据库系统，实现了对数据的集中统一管理，但仍限于文件形式，尚未实现真正的数据关联应用。

为了有效地利用矿山各阶段的地测信息，为矿山生产计划和高效管控提供数据支撑，实现数据共享与协同高效工作，有必要从地测工作源头开始，开展以“矿产资源”信息流为主线的数字化管理，将这些多维信息基于统一标准进行集成融合[7]。

3 地测数字化平台设计

3.1 建设原则与思路

地测数字化平台应该遵循以下5个原则：①以 地测工艺为核心，基于地测工艺分解进行功能规划；②充分利用矿山地测信息化现有成果和已有成熟的专业化软件；③数据交付标准、数据结构和数据交换规则统一；④平台支持扩展、二次开发与整合；⑤平台支持矿山全生命周期信息的快速积累与集成。

目前大部分一般非继承性的信息化平台都是在矿山全生命周期的节点处进行数据交付，数据以一种割裂式的方式积累，不同阶段数据之间缺少关联，从而导致数据协同困难，无法实现基于数据的智能化应用。而数字化平台，则以“矿产资源”数字化为主线，跨平台实现多源信息集成融合，支持全生命周期不同阶段的数据累积式增加，见图1。

遵循上述建设原则，建立一套贯穿矿山全生命周期的系统平台，打破各阶段、各工具软件、各专业之间的“信息壁垒”，确保地测数据的完整性、一致性，为矿山全生命周期数据协同提供可靠的基础数据，可为矿山数字化、智能化、智慧化建设提供工程数据底座，见图2。

图1 矿山全生命周期数据累积

图2 建设思路

3.2 平台架构

按照建设原则及思路，建立矿山地测数字化平台，见图3。

（1）数据来源：按照工作阶段划分，包括地测设计数据、地测作业数据、地测成果数据；按照地测工作手段划分，包括物化探数据、遥感数据、取样工程数据；按照数据形式划分，包括三维模型、二维结构化/非结构化数据。

（2）数据加工处理：对于各种专业软件输出的二三维结构化/非结构化数据，就其属性信息进行检查和补充，对象模型编码补充等；对扫描件等文档进行OCR自动识别；对三维模型进行轻量化处理；对数据清洗校验规则进行定义，达到自动处理。

（3）数据存储：根据多源异构数据类型，建立专项分类数据库，将地测数据分类存储，同时实现与数据中心数据的高速互通。

（4）业务应用：建设各个应用系统，包括云协同系统、项目管理系统、数字化移交系统、三维看板系统、数字资产管理系统，通过综合集成实现数据中心各类数据的动态分析与应用，最后将数据应用结果推送到各类终端（如：智能移动设备、PC端、大屏显示系统等）进行展示。

图3 平台架构

3.3 平台功能特点

平台以数字化交付标准为基础，涉及设计、设备材料采购、现场施工、成果整理等不同阶段数据的采集与交付。平台功能特点主要包括以下几个方面。

（1）标准内置。参照ISO15926、CFIHOS等国际标准，以及石油化工[8]、电力行业[9-10]等国内标准，结合矿山行业特点编制企业内部标准，形成数字化交付标准体系，并内置于平台中，交付标准包括管理规范、技术规范、基础定义等（见图4）。功能包括对象分类、属性组、属性等。

图4 数字化交付标准

（2）数据采集与展示。设计数据采集：强大的数据格式兼容能力，可以对不同专业软件输出的三维模型进行采集，文档与逻辑关系数据也可实现采集。现场作业数据采集：结合现场APP应用以及岩芯快速扫描等设备，实时将现场作业数据采集、传输至云数据中心，实现数据共享[11]。多源结构化数据采集：对于数据不同的来源（其他信息系统、数据库、表格等），通过数据处理工具，进行自动抽取、清洗与转换，以保证数据质量。纸质文件采集：基于OCR识别技术，快速建立索引以供检索。

（3）关联关系。基于关系图谱实现三维模型、逻辑关系、文档、实时数据等之间的关联，见图5。

图5 关系图谱

（4）成果检审。地测采各专业通过云协同平台随时查看输出的成果（模型/文件），并实现成果审查，成果检审流程见图6。

平台提供审阅批注、在线评论、信息查阅、协同流程等功能。

（5）二三维联动。平台支持成果可视化，智能二三维联动。如点击某钻孔工程某取样段，则该钻孔工程该取样段的剖面图信息对应呈现。

（6）数据总览。通过一个界面，将对象的属性数据、关联文件、三维模型、逻辑关系图，关联对象等信息集中展示。

图6 成果检审流程

（7）全局信息检索。通过关键字，对系统中的内容（模型、关联关系、图纸、文档、属性）进行快速检索查询，支持全文检索及对检索的结果进行二次检索过滤。

（8）APP应用。通过移动端APP，可便捷采集现场实时数据，也可随时查看地测工作进度和成果质量等。

3.4 预期效果

（1）各专业软件重构集成。平台支持多种软件重构集成，统一各软件的数据库为一体化数据库，去掉重复部分，保证数据源的准确性、一致性[11]，可靠的基础数据为矿山数字化、智能化建设提供工程数据底座。

（2）可视化管理。二三维联动使得设计审查、现场作业管理、成果检审实现可视化管理，如通过工程项目管理与三维模型关联，实现不同阶段模型变色，动态直观地显示不同阶段的完成情况，使相关人员及时准确地了解工程的进度和总体情况。

（3）综合信息集成。平台本质上是一个数字化集成平台，可有效搜集、管理、共享工程信息。随着地质工程的不断揭露，以“矿产资源”数字化为主线的矿山资源环境及其开采利用过程一目了然，不仅可以实现工程可追溯管理，且所有数据基于云平台协同共享，大大提高了矿山工作质量和 效率。

（4）二三维一体化监控。基于关联性处理和强大的信息检索，能更精准地进行工程项目任务下 达、人员和设备管理、数据采集、成果整理等一体化管控。

4 结论

针对矿山地测工作中常见的问题，设计了以“矿产资源”数字化为主线的、面向矿山全生命周期的地测数字化平台。

（1）数字化交付标准是矿山地测数字化平台的基础和根据。

（2）数据处理与加工保证了数据源的准确性、一致性，可实现数据累积式增加，为矿山数字化、智能化建设提供工程数据底座。

（3）关联关系处理实现了多源异构数据的重构与集成融合，是实现数据自动流转的关键。

（4）地测数字化平台本质是多源信息综合集成，其基于统一标准实现了跨平台的融合，可为各专业数据共享与协同提供支撑。