3D Mine软件在非法开采矿产资源量计算中的应用

张琪　刘兴龙　孟冬青　龙承涛　郑琴　郝河

摘 要：目前，在北京市域内非法开采矿产资源量计算工作中，普遍使用的计算方法有CASS软件DTM土石方计算法和垂直纵投影（水平投影）法，但在实际运用中这两种方法均存在一定缺陷，前者运算过程复杂，且难以查错，后者计算结果误差较大。利用3D Mine软件，计算北京市某村非法开采矿产资源量，计算结果经过相关部门证实与实际情况高度吻合，证明3D Mine软件计算结果真实可靠。该方法具有操作简便、易于查错、三维可视化、成果直观等优势。

关键词：非法开采；矿产资源；3D Mine软件；资源量计算

3D Mine software for mineral resources calculation of illegal mining

ZHANG Qi， LIU Xinglong， MENG Dongqing， LONG Chengtao， ZHENG Qin， HAO He

（Beijing Institute of Mineral Resources and Geology， Beijing 101500， China）

Abstract： At present， two common calculation methods i.e. Cass DTM two-period earthwork calculation and vertical longitudinal projection （horizontal projection） are available for calculation of illegal mining mineral resources in Beijing. However， in practical application， both methods have defects. The former is too complicated and difficult for error check， while the latter is not accurate and often produces wrong results. This paper uses 3D Mine software to calculate the amount of illegal mining mineral resources at a certain village in Beijing and systematically describes its technical principle and application process. The calculation results have been confirmed and proved to be true， reliable and highly consistent with the actual situation. This method has the advantages of simple operation， fast error-checking， 3D visualization and intuitive results.

Keywords： illegal Mining; mineral resources; 3D Mine software; resource calculation

近年來北京市对非法开采矿产资源一直保持高压态势，坚决严厉打击，但发生非法开采矿产资源案件趋势仍然有所升高。仅2022年上半年，北京市已发生非法开采矿产资源案件十余起。目前，在北京市域内非法开采矿产资源破坏价值鉴定中，计算非法开采矿产资源量常用的计算方法主要有CASS软件DTM土石方计算法和传统的垂直纵投影（水平投影）法。

传统的垂直纵投影（水平投影）法多用于固体金属矿产资源非法开采资源量计算。由于发生非法开采后很难对原地形地貌、矿体规模形态等进行详细确认，只能是依据相关地形地质资料、开采现状情况以及相关人员的范围指认、开采描述等信息，结合地形、地质矿产专业知识进行复原推测，再运用传统的垂直纵投影（水平投影）法进行开采矿产资源量的计算。此计算方法需将矿体认定为规则形态，而现实中的矿体多为不规则形态，计算结果可能与实际情况存在较大误差，故本文中不对该方法进行对比分析。

CASS软件DTM土石方计算法多用于砂石料矿及建筑用石料矿等露天非法开采矿产资源量的计算。此计算方法是以野外采集的地形特征线和细部地形点测量数据为基础，通过建立DTM模型生成三角网（即相邻的3个点连成互不重叠的三角形）来计算每一个三棱柱或三棱锥的挖填方量，最后累积得到指定范围内的土石方挖方量与填方量（王斌强等，2016）。DTM法与传统的土石方计算方法相比，已经大大减少了计算工作量和野外施测工作量，目前大量的研究和实践表明DTM 法在计算土石方工作中具有可靠的精度和广泛的应用性（吴清海，2008；陈黎阳，2010；李英龙等，2005；冯琼瑛等，2014；常青，2013；李志林等，2000）。但CASS软件DTM土石方计算法不具三维可视化，计算过程出错不易检查和纠正，使用过程需要借助CAD软件（程亮等，2021）。

近年来3D Mine软件以其三维可视化、操作简便、成果直观、易于查错等明显优势，广泛应用于矿山三维建模及矿产储量估算等领域，但在非法开采矿产资源破坏价值鉴定中的运用尚不多见。本文选取北京市2022 年上半年非法开采矿产资源典型案例，运用3D Mine软件计算非法开采矿产资源量，分析计算原理，详细介绍计算过程，论述3D Mine软件三角网法在非法开采矿产资源量计算工作中的优势及应用前景。

1  3D Mine三角网法体积计算

3D Mine软件三角网法基本原理是将上表面三角网投影到下表面，形成新的结点，新结点连接成的三角网向上延伸成为三棱柱，将三棱柱作为计算单元（甘能俭等，2021），累加算出总体积（北京东澳达科技有限公司，2019）。

1.1  DTM与DEM

DTM（digital terrain model）数字地形模型是一个表示地面特征空间分布的数据库，一般用一系列地面点坐标（x、y、z）及地表属性绗成数据阵列，以此组成数字地面模型（白晓慧等，2020）。当DTM地形特征点仅表示地面點的高程，就将这种数字地形描述称为DEM（digital elevation model）数字高程模型（胡昌龙等，2004）。

DEM以三维的形式呈现所测区域的地貌特征，通过高差的对比得到地表形态的微弱变化，从专业技术方面来讲，DEM 点位高程数据直接由外业实际观测数据得到，该数据具有精度高、密度大等优点，利用此数据形成的剖面图具有较高的可靠性（陆全辉等，2016）。

1.2  数据采集及计算原理

地质及测量技术人员根据野外采场实际情况，选取合理测量点位、规范布设测量点密度，由测量技术人员实地测量各点位坐标（x、y）和高程（z）数据，获取开采前原地形DEM数字高程模型和开采后现状地形DEM数字高程模型，根据执法人员和嫌疑人提供信息，测量获取非法开采范围数据。利用测量获取的DEM数据和非法开采范围数据，直接生成原状DTM表面模型、现状DTM表面模型以及非法开采范围线文件。

3D Mine软件三角网法体积计算原理是将原状DTM表面三角网垂直向下投影到现状DTM表面上。在现状DTM表面上，两期三角网相交处形成新的结点，新结点与现状DTM表面三角网结点连接成叠加的新的三角网，新三角网垂直向上延伸至原状DTM表面成为若干个三棱柱体，将每个三棱柱体作为一个计算单元（甘能俭等，2021），分别计算体积，最后将所有体积累加计算开采范围内的总体积，即为非法开采矿产资源量。

分台阶计算不同高程范围内非法开采矿产资源量，其原理与上述原理相同，只是软件在不同高程虚拟一个水平的中间DTM表面，以这个虚拟的水平DTM表面分别参与其上下相邻的DTM表面间的体积计算，并按照不同台阶报出非法开采矿产资源量计算结果。

2  数据准备及计算过程

研究区位于北京市P区D村，进行现场调查的非法开采矿产资源为建筑用白云岩。根据涉案嫌疑人现场指认的开采范围实地测量获得了非法开采范围边界，采场范围较大，呈东西向展布，东西长80～90 m，南北宽20～50 m，采场底部为平台，边部为斜坡。

2.1  数据采集及准备

通过现场地质调查，结合1∶500地形测量，获得研究区地形、地质数据。为保障数据采集的科学性、真实性和有效性，首先应确定非法开采范围，非法开采范围须由执法人员及嫌疑人现场指认确定，由技术人员进行现场标记；在确定非法开采范围后，由测量员采用中海达网络RTK与全站仪结合的方法测量地形，比例尺1∶500，测量精度平面2～3 cm、高程3～4 cm；再由地质人员运用穿越法和追索法开展地质测量，形成1∶500地形地质测量成果。测量结果能够真实反映调查区现状，满足调查要求，符合相关规范、规程要求。

将野外测量数据直接导入3D Mine软件中，根据测量数据生成开采范围，开采范围应为闭合多段线或闭合曲线。对测量点进行筛选，分别生成开采前原状DTM表面模型（图1-a）和现状地形DTM表面模型（图1-b）。

将生成的开采范围、开采前原状DTM表面模型和现状地形DTM表面模型，分别保存为开采范围.3ds文件、原状.3dm文件、现状.3dm文件。

2.2  计算过程及操作步骤

将准备好的数据调入图形区，选择【表面】→【体积计算】→【三角网法】，弹出两个DTM之间体积计算对话框（田昌贵等，2013），如图2。

图2中需要设置如下内容：

【生成实体】指生成挖方部分的实体模型。

【垂直移动距离】是将生成的实体沿Z轴方向移动的距离。

【打印报告】是将计算出的高程、三角网面积、工程量等参数和图形发送到3D Mine图软件中，用于查看、编辑和打印等。

【按台阶分类汇报】指分不同的高度区间进行报量。表达式格式为枚举型、步距型、混合型。其中：枚举型：数字之间以“，”（英文半角，下同）间隔，如“0，1，3”表示从0-1，1-3段的信息；步距型：数字之间以“，”间隔，如“1，300，5”，表示以1为起点，3为终点，5为步距的分段信息； 混合型：是以上两种类型的混合。

【计算闭合线内的量】是指报告内容选择挖方量。

【网格图报量】是将计算区域划分为若干网格，分别为每个网格报量。

设置完毕，点击“确定”，根据状态栏提示，单击或框选开采边界线，点击右键选择完毕，再依次点击开挖前原状DTM表面模型，开挖后现状地形DTM表面模型，操作完成，生成挖方部分实体模型（图3）、工程量验收单及分类报告。

3  计算成果及可靠性分析

经过前期数据采集和数据处理准备工作，运用3D Mine软件三角网法按照简单的操作步骤，计算出非法开采的白云岩资源量为7 021.55 m3，20～30 m高程挖方体积为7 021.32 m3，30～40 m高程挖方体积为0.23 m3。通过与执法人员确认，此计算成果与实际情况非常吻合。

为了更加准确地验证3D Mine软件三角网法资源量计算的可靠性，本文运用CASS 9.1软件DTM土石方计算法（图4）对上述计算结果进行验证。CASS软件DTM土石方计算法在非法开采矿产资源量计算项目中已经运用多年，业内专家普遍认可。经核算，北京市P区D村涉嫌非法开采量为7 022.2 m3。对3D Mine软件三角网法、CASS软件DTM土石方计算法2次计算结果进行对比分析，发现两次计算结果非常相近，误差不足万分之一。实践证明3D Mine软件在非法开采矿产资源量的计算中，计算结果真实可靠。

CASS软件DTM土石方计算法，需要先用CAD软件进行前期的数据处理加工，再将加工过的多张矢量图件进行存储，最后导入CASS软件中进行计算，计算过程比较复杂。相比之下，本文所述的3D Mine軟件三角网法更具有简单、高效、直观等优势。

4  结论与建议

1）利用3D Mine软件三角网法计算北京市某村涉嫌非法开采白云岩资源量，计算结果为7 021.55 m3，与实际情况非常吻合。对比CASS软件DTM土石方计算法，3D Mine软件三角网法计算结果真实、准确、可靠，方法可行。

2）3D Mine软件三角网法操作过程简便，简单易学，并且三维可视，更易查错，成果更具说服力。将其应用于非法开采矿产资源量计算，可以提高工作效率和计算结果的准确性。

3）3D Mine软件三角网法在非法开采矿产资源量计算工作中，计算成果的精度与选取测量点的可靠性和测量点的密度相关，原则上测量点位的选取越合理、测量点的密度越大，计算成果越接近真实值。

声明：本文仅利用北京市P区D村案例探讨交流技术方法，不作为任何证据或佐证依据。

参考文献

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收稿日期：2023-01-06；修回日期：2023-02-27

第一作者简介：张琪（1989- ），男，学士，高级工程师，主要从事矿产地质调查、地质灾害调查等研究工作。E-mail：877840928@ qq.com

引用格式：张琪，刘兴龙，孟冬青，龙承涛，郑琴，郝河，2023.3D Mine软件在非法开采矿产资源量计算中的应用［J］.城市地质，18（1）：117-121