簡(jiǎn)述開(kāi)發(fā)應用具有中國特色的礦業(yè)軟件勢在必行

論文關(guān)鍵詞：礦業(yè)軟件 3Dmine 開(kāi)發(fā)應用

論文摘要：礦業(yè)軟件已經(jīng)成為礦山循環(huán)過(guò)程中的四個(gè)必備條件之一，是實(shí)現礦山信息化，提高勘探、設計、生產(chǎn)、管理效率的必由之路。結合對國內外礦業(yè)軟件的甄選和試用，了解到國外軟件具有的功能性，但不能適合我國礦山技術(shù)人員的使用特點(diǎn)。為了真正實(shí)現提高工作效率、滿(mǎn)足技術(shù)人員的應用和技術(shù)需求，選擇自主研發(fā)的3DMine軟件實(shí)現了這些目標。它更具實(shí)用性、兼容性和前瞻性，是一套具有中國特色的礦業(yè)軟件。

1礦業(yè)軟件發(fā)展現狀

礦業(yè)軟件起步于20世紀70年代，早期的礦業(yè)領(lǐng)域應用計算機落后于其他產(chǎn)業(yè)，基本上都是某個(gè)功能的計算機應用，或是基于專(zhuān)業(yè)技術(shù)一測量、圖形、可視化、地質(zhì)數據計算等需求。

在西方發(fā)達國家，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，礦業(yè)軟件已經(jīng)成為礦山循環(huán)過(guò)程中的四個(gè)必備條件之一——資源、設備、技術(shù)、軟件。礦業(yè)軟件在地質(zhì)數據分析中的應用，在提高礦山生產(chǎn)效率和管理效率、提高礦山開(kāi)采的技術(shù)水平等方面，取得了實(shí)質(zhì)性的成果。近年來(lái)，隨著(zhù)國家對外開(kāi)放和礦業(yè)市場(chǎng)環(huán)境的變化，很多外國礦業(yè)企業(yè)進(jìn)入中國，他們直接帶來(lái)了國外軟件產(chǎn)品。目前，在國內礦業(yè)企業(yè)所應用的礦業(yè)軟件，有英國的Datamine、美國的Minesight和AutoCAD、澳大利亞的Vulcan、Surpac、Micromine、加拿大的Gemcom等國內熟知的產(chǎn)品。

在國內，2o世紀8o年代，一些有志之士一直在尋求發(fā)展國產(chǎn)軟件；一些礦山企業(yè)與科研院所、大專(zhuān)院校開(kāi)始合作，探索計算機技術(shù)在礦山設計和生產(chǎn)中的應用，并開(kāi)發(fā)了一些應用系統軟件，如：礦山資源儲量計算軟件、礦井通風(fēng)系統軟件等等，這些軟件產(chǎn)品主要是基于CAD技術(shù)開(kāi)發(fā)的二維平面系統，為推動(dòng)我國礦業(yè)軟件的發(fā)展起到了積極的作用。

目前，這些國外的軟件產(chǎn)品在國內的企業(yè)應用或者是設立了代理處，提供的產(chǎn)品與研發(fā)同步，也就是說(shuō)，在軟件產(chǎn)品技術(shù)應用與國際是同步的。雖然軟件的開(kāi)發(fā)平臺和語(yǔ)言各不相同，但基本思路是一致的，這些礦業(yè)軟件的共同特點(diǎn)，是三維可視化，立體建模、地質(zhì)統計學(xué)、品位估值、資源儲量的計算、采礦設計、境界優(yōu)化理論以及繪圖等功能應用于礦業(yè)領(lǐng)域。結合計算機技術(shù)的發(fā)展，拓展地質(zhì)勘查工作對礦床分析的思路；為形象準確地展示礦山實(shí)際場(chǎng)景、礦床規模、生產(chǎn)過(guò)程和礦床量化，提供實(shí)用性的工具。

2鞍礦對礦業(yè)軟件的選擇與思考

鞍山礦業(yè)公司在2005年提出“數字礦山”項目的建設，將使鞍山礦業(yè)公司實(shí)現資源優(yōu)化配置、工藝布局合理、設備運行高效，達到“資源清晰、精準采礦、智能配礦、優(yōu)化控制”的目的，對打造“百年礦山”，建設具有國際一流的鋼鐵精品原料基地具有重大意義。

近年來(lái)，隨著(zhù)我國礦業(yè)經(jīng)濟的繁榮以及信息技術(shù)的發(fā)展，我國礦山企業(yè)對信息化軟件產(chǎn)品的認識發(fā)生了根本性的變化。礦業(yè)行業(yè)的特殊性決定了礦業(yè)企業(yè)信息化的不同之處，它不是簡(jiǎn)單的信息疊加或傳遞，而是在不斷變化的生產(chǎn)數據和資源數據的基礎上，通過(guò)軟件系統將這些信息集成共享后，使管理者全面、及時(shí)、準確地掌握企業(yè)生產(chǎn)的資源、產(chǎn)品、成本、安全和市場(chǎng)需求等信息，實(shí)現生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策的科學(xué)性、及時(shí)性。選擇合適的礦業(yè)軟件，成為我們的首要任務(wù)。

基于上述的要求，我們首先分析了礦山技術(shù)的現狀：①傳統的地質(zhì)勘探、礦山生產(chǎn)管理流程已經(jīng)根深蒂固，不可能隨時(shí)改變。②多年來(lái)遺留下來(lái)的大量數據，特別對于象我們這樣的老礦山，想要處理好過(guò)去的數據，需要做大量的“還債”工作。③礦山技術(shù)人員計算機應用水平參差不齊。④軟件的操作性、功能性和本地化。⑤軟件的技術(shù)支持、售后服務(wù)水平和質(zhì)量等等。

第二步是考慮礦山企業(yè)的勞動(dòng)對象是自然物一礦床，對其數字化，首先要建立地質(zhì)模型，有了地質(zhì)模型，我們才能按工藝要求實(shí)現精細開(kāi)采，達到對勞動(dòng)對象自如掌控的目的，以改變舊有的粗放開(kāi)采模式。因此，2005年公司立項開(kāi)展礦山工程軟件應用研究；課題組著(zhù)手調研了當時(shí)在國內有代理商和用戶(hù)的軟件產(chǎn)品，并結合實(shí)際數據進(jìn)行了一些對照工作，2006年引進(jìn)了Datamine礦山工程軟件，在該軟件基礎上，建立了鞍鋼礦業(yè)公司下屬的幾個(gè)鐵礦的地質(zhì)數據庫、實(shí)體模型、塊體模型、構造模型、采場(chǎng)現狀模型和最終境界模型。并希望借助其開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)展應用研究。

我們通過(guò)收集整理四個(gè)礦山，前后七個(gè)不同階段、數百個(gè)勘探鉆孔和一年來(lái)的爆區炮孔化驗數據，建立了礦區勘探數據庫；通過(guò)數字化儀，將紙質(zhì)的水平分層平面圖和勘探線(xiàn)剖面圖轉換成真實(shí)三維圖形；分別建立了礦體的實(shí)體模型、品位模型、采場(chǎng)現狀線(xiàn)框模型和最終境界模型。

通過(guò)一年來(lái)的工作，我們總結出以下幾點(diǎn)：

(1)完整的礦山地質(zhì)模型，體現了結果與實(shí)際的一致性；

(2)軟件采用算法、原始數據檢查，保證了數據的準確性；

(3)生產(chǎn)數據的動(dòng)態(tài)管理，可以實(shí)現動(dòng)態(tài)查詢(xún)、動(dòng)態(tài)多方案圈定礦體、任意平／剖面切割瀏覽分析；

(4)實(shí)現了地質(zhì)工程師、采礦工程師，測量工程師和生產(chǎn)部門(mén)之間的信息共享，方便形成地質(zhì)界線(xiàn)圖，設計開(kāi)采線(xiàn)、實(shí)際現狀線(xiàn)和炮孔位置的結合；

(5)為礦山經(jīng)濟技術(shù)評價(jià)，提供快速準確可靠的數據。

然而，在進(jìn)行礦山應用推廣的進(jìn)程中，遇到了一些無(wú)法解決的問(wèn)題：

(1)模型的維護和更新：主要體現在更新手段和方法上比較繁瑣，操作步驟多，特別是礦巖界線(xiàn)發(fā)生改變后的更新，必然影響到品位模型的改變，在現有軟件中，沒(méi)有更簡(jiǎn)單快捷的方式來(lái)完成。

(2)測量驗收線(xiàn)的導入和編輯：這是涉及到不同測量方法所得到露天現狀的實(shí)測數據的導入，采掘帶的驗收和計劃執行率的計算等。

(3)利用軟件編制采掘計劃：Datamine軟件中，有一套適用于中長(cháng)期的進(jìn)度計劃軟件(NPVS)，但日常需要的是通過(guò)軟件在建立的模型下，快速圈定采掘帶；自動(dòng)生成計劃線(xiàn)；自動(dòng)報出礦巖量、品位和礦石類(lèi)型等，完成短期計劃功能。雖然在現有功能的前提下，能夠得到相關(guān)的工作，但實(shí)際上，操作十分復雜，沒(méi)有達到提高效率的作用。

3研發(fā)具有中國特色的礦業(yè)軟件勢在必行通過(guò)對軟件應用方面的研究表明，Datamine軟件很好的完成了地質(zhì)建模、儲量計算和快速形成不同需求的圖紙，特別是在復雜的建模功能上，具有獨特的功能和方法。然而，礦業(yè)軟件的最終目的是服務(wù)于礦山的技術(shù)部門(mén)，多功能的滿(mǎn)足礦山生產(chǎn)、設計和生產(chǎn)管理的需要，更加智能的優(yōu)化設計的系統。但實(shí)際上，由于我們在采礦方法、工作習慣和管理結構上的千差萬(wàn)別，沒(méi)有一個(gè)礦山是相同的，沒(méi)有一套國外軟件能夠滿(mǎn)足這些不同的需求；雖然這些軟件通過(guò)二次開(kāi)發(fā)可以實(shí)現某些功能，但事實(shí)是他們的二次開(kāi)發(fā)接口或函數是通過(guò)打包發(fā)布的，不能進(jìn)行修改，同時(shí)這些軟件的源代碼還是掌握在國外公司手中，受到保護，真正實(shí)現客戶(hù)化的功能是不現實(shí)的，也十分困難。

在國內，我們也一直在尋求具有這些特點(diǎn)的國產(chǎn)軟件。一些礦山企業(yè)與科研院所、大專(zhuān)院校合作，探索計算機技術(shù)在礦山設計和生產(chǎn)中的應用，并開(kāi)發(fā)了一些應用系統軟件，如大家熟悉的Mapgis、SD以及其他一些專(zhuān)業(yè)軟件包。但總體上講，這些軟件以二維多三維少、運算速度慢、不能實(shí)現與其它軟件的兼容和互用，多數與院校所合作的軟件開(kāi)發(fā)項目，只注重解決單一的技術(shù)問(wèn)題而不能成為系統，有的實(shí)用性不是很強，也沒(méi)有形成商品化的產(chǎn)品。

北京東澳達科技有限公司自主研究開(kāi)發(fā)了3DMine軟件，是一款為中國礦業(yè)“量身定做”、引進(jìn)國際通用的地質(zhì)建模方法，重點(diǎn)解決日常采礦生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題的軟件系統。對于相對較老的礦山來(lái)講，充分利用計算機特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出具有不同于其他三維軟件的新產(chǎn)品是十分有效的。其特點(diǎn)是：

(1)三維可視化：系統采用先進(jìn)的三維引擎，在三維顯示和渲染上，采取一系列優(yōu)化算法，系統在數值計算和關(guān)鍵算法上精心考慮，保證其健壯性和高效率，同時(shí)對計算機配置要求不高。

(2)易學(xué)易用：符合中國人的思維方式，界面親切友好，容易掌握。

(3)CAD風(fēng)格：AutoCAD操作習慣，選擇集、圖元捕捉、鼠標交互等達到同類(lèi)CAD軟件水平。

(4)開(kāi)放性：可導人導出AutoCAD、Map Gis Datamine Surpac M icrom ine Excel Text等文件格式，支持CAD、Wold、Excel、Tex與3DMIne之間剪貼板復制粘貼數據，支持多種數據庫產(chǎn)品。

(5)模塊化：系統分成6大基本模塊：輔助設計(Cad)系統、地質(zhì)建模系統(開(kāi)發(fā)中)、露天采礦、地下采礦、通風(fēng)和安全、測量和文件導人／出。

(6)二次開(kāi)發(fā)：系統支持腳本語(yǔ)言級二次開(kāi)發(fā)(TCL)，同時(shí)支持VC二次開(kāi)發(fā)。

(7)實(shí)用性：在測量和采礦設計方面，充分考慮了礦山一線(xiàn)工程師的實(shí)際要求，有針對性的開(kāi)發(fā)，具有許多優(yōu)化和自動(dòng)功能，使其在日常工作中能成為技術(shù)人員的有力工具，被稱(chēng)為礦業(yè)Office工具系統。 4應用實(shí)踐

根據我們的分析和比較，決定提出軟件應用開(kāi)發(fā)課題，利用在Datamine軟件完成建模工作的基礎上，通過(guò)3DMine軟件的無(wú)縫銜接數據技術(shù)，在此平臺上，開(kāi)發(fā)出解決日常生產(chǎn)中測量數據的處理、露天現狀的更新和測量驗收與計劃執行率評價(jià)；改變采礦設計手段和方式，實(shí)現參數化進(jìn)行采礦設計；通過(guò)不同的方式，生成采掘帶、快速報告、實(shí)現短期計劃編制的智能化和可視化的應用系統。

(1)切割采掘帶算量

采用“試探一調整一確定”的思路，給定的礦巖總量，通過(guò)調整得到所要設計采的區域。系統首先生成采掘帶實(shí)體(假象的開(kāi)挖體)，計算其體積，再結合塊體模型(地質(zhì)建模的關(guān)鍵數據)計算礦巖量及品位，為短期計劃編排方案快速對比、篩選，從而得出最佳的計劃方案，其速度和精度是手工無(wú)法比擬的，同時(shí)與傳統的CAD在二維上做計劃，功能強大了許多。

在塊體模型算量時(shí)，采用的動(dòng)態(tài)剖分塊體的技術(shù)，使塊體與實(shí)體的邊界盡量擬合，從而保證計算的準確度。圈采掘帶時(shí)，采用多邊形選擇集技術(shù)，自動(dòng)捕獲與設計線(xiàn)相交的現狀線(xiàn)，再通過(guò)Delaunay三角網(wǎng)技術(shù)，快速生成回采假想的開(kāi)挖體，不用擔心開(kāi)挖體的自相交和開(kāi)放邊，保證結果的正確性。

(2)斜坡道設計及算量

結合實(shí)際需要，將繁瑣的公路設計變成十分簡(jiǎn)單的操作。斜坡道理論上分為4大類(lèi)(如圖1)，通過(guò)鼠標點(diǎn)擊生成斜坡道模板，再與坡頂坡底結合，生成實(shí)體及算量，解決了露天斜坡道設計的難題。

由于斜坡道算量采用實(shí)體的方法，大大增加其準確性，特別在采掘計劃中，吃斜坡道后再挖斜坡道，以及地形不平坦時(shí)，優(yōu)為突出。

(3)測量驗收及更新算量

在3DMine平臺上，開(kāi)發(fā)出了一套全新的數據轉換功能，這樣任何格式的測量數據，通過(guò)快速的粘貼方式，均可實(shí)現數據一圖形一計算的完美結合。采用帶約束的Delaunay三角網(wǎng)技術(shù)，生成本月初和本月末的現狀圖，用開(kāi)挖線(xiàn)來(lái)投影計算開(kāi)挖和填方量，從而解決了用散點(diǎn)生成面而帶來(lái)的誤差，大大提高精度。同時(shí)，可以用兩個(gè)現狀面，來(lái)求出開(kāi)挖線(xiàn)和填方線(xiàn)，可運用在大量的工程量計算中。在實(shí)際工作中，往往在更新露天現狀線(xiàn)時(shí)比較困難，通過(guò)3DMine下的幾組快速編輯工具，使這項工作變得非常容易。

(4)GPS接口

GPS是目前很多礦山企業(yè)實(shí)現數字化的重要項目之一，其數據特點(diǎn)是更新速度快，相對比較精確，而且與設備的關(guān)聯(lián)十分緊密。利用這些特點(diǎn)，在3DMine下開(kāi)發(fā)出相應的功能：

擺放設備：通過(guò)給定指標或在屏幕上指定位置，擺放各種設備，直觀(guān)了解采場(chǎng)內設備分布情況。

查詢(xún)／定位地質(zhì)信息：在采坑現狀圖上任意位置，點(diǎn)擊可查詢(xún)地質(zhì)信息，如品位、礦巖類(lèi)型、地質(zhì)構造等。

卡車(chē)行走及動(dòng)畫(huà)模擬：通過(guò)實(shí)時(shí)讀取GPS定位點(diǎn)信息，在屏幕上顯示設備移動(dòng)動(dòng)畫(huà)，為生產(chǎn)調度提供直觀(guān)的界面。

5結論

在推進(jìn)礦山數字化的進(jìn)程中，很多礦業(yè)企業(yè)都面臨著(zhù)在完成礦山數據庫、礦山模型之后，很難普及推廣應用、無(wú)法突破軟件功能和計算機應用水平的差別和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的限制等問(wèn)題。通過(guò)對鞍山礦業(yè)公司下屬幾個(gè)礦山在礦業(yè)軟件選型和應用開(kāi)發(fā)研究的結果，探索到了一條目前困擾眾多企業(yè)應用礦業(yè)軟件的新思路：利用國外先進(jìn)的三維礦山軟件Datamine，建立起礦山的地表山體模型、露天現狀模型、礦區主要礦體模型、主要構造模型、礦塊模型等等，再結合生產(chǎn)探礦和爆破資料對模型進(jìn)行更新，使礦山模型更真實(shí)、更接近實(shí)際；建立了礦山數據收集體系，使礦山基礎數據進(jìn)入數字化、信息化的軌道。結合生產(chǎn)實(shí)際的需要，選擇了國內自主開(kāi)發(fā)的3DMine輔助采礦設計系統，很好地解決了礦山軟件在后期應用的難題，實(shí)現了測量、采礦設計和短期計劃編排等方面的突破，從操作、應用水平和推廣范圍等方面，都有了本質(zhì)的改變。主要表現在：一是提高工作效率，完全按我們自身的工作習慣和工作方式完成日常工作；其二是易于推廣應用，提高專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平；其三是滿(mǎn)足個(gè)性化的需求，滿(mǎn)足數字化礦山建設的需要。