論文關鍵詞：礦業(yè)軟件 3Dmine 開發(fā)應用

論文摘要：礦業(yè)軟件已經(jīng)成為礦山循環(huán)過程中的四個必備條件之一，是實現(xiàn)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人員的使用特點。為了真正實現(xiàn)提高工作效率、滿足技術人員的應用和技術需求，選擇自主研發(fā)的3DMine軟件實現(xiàn)了這些目標。它更具實用性、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(xiàn)狀

礦業(yè)軟件起步于20世紀70年代，早期的礦業(yè)領域應用計算機落后于其他產(chǎn)業(yè)，基本上都是某個功能的計算機應用，或是基于專業(yè)技術一測量、圖形、可視化、地質數(shù)據(jù)計算等需求。

在西方發(fā)達國家，經(jīng)過20多年的發(fā)展，礦業(yè)軟件已經(jīng)成為礦山循環(huán)過程中的四個必備條件之一——資源、設備、技術、軟件。礦業(yè)軟件在地質數(shù)據(jù)分析中的應用，在提高礦山生產(chǎn)效率和管理效率、提高礦山開采的技術水平等方面，取得了實質性的成果。近年來，隨著國家對外開放和礦業(yè)市場環(huán)境的變化，很多外國礦業(yè)企業(yè)進入中國，他們直接帶來了國外軟件產(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、大專院校開始合作，探索計算機技術在礦山設計和生產(chǎn)中的應用，并開發(fā)了一些應用系統(tǒng)軟件，如：礦山資源儲量計算軟件、礦井通風系統(tǒng)軟件等等，這些軟件產(chǎn)品主要是基于CAD技術開發(fā)的二維平面系統(tǒng)，為推動我國礦業(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，在軟件產(chǎn)品技術應用與國際是同步的。雖然軟件的開發(fā)平臺和語言各不相同，但基本思路是一致的，這些礦業(yè)軟件的共同特點，是三維可視化，立體建模、地質統(tǒng)計學、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)領域。結合計算機技術的發(fā)展，拓展地質勘查工作對礦床分析的思路；為形象準確地展示礦山實際場景、礦床規(guī)模、生產(chǎn)過程和礦床量化，提供實用性的工具。

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(shù)字礦山”項目的建設，將使鞍山礦業(yè)公司實現(xiàn)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，隨著我國礦業(yè)經(jīng)濟的繁榮以及信息技術的發(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，它不是簡單的信息疊加或傳遞，而是在不斷變化的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和資源數(shù)據(jù)的基礎上，通過軟件系統(tǒng)將這些信息集成共享后，使管理者全面、及時、準確地掌握企業(yè)生產(chǎn)的資源、產(chǎn)品、成本、安全和市場需求等信息，實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營決策的科學性、及時性。選擇合適的礦業(yè)軟件，成為我們的首要任務。

基于上述的要求，我們首先分析了礦山技術的現(xiàn)狀：①傳統(tǒng)的地質勘探、礦山生產(chǎn)管理流程已經(jīng)根深蒂固，不可能隨時改變。②多年來遺留下來的大量數(shù)據(jù)，特別對于象我們這樣的老礦山，想要處理好過去的數(shù)據(jù)，需要做大量的“還債”工作。③礦山技術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軟件的技術支持、售后服務水平和質量等等。

第二步是考慮礦山企業(yè)的勞動對象是自然物一礦床，對其數(shù)字化，首先要建立地質模型，有了地質模型，我們才能按工藝要求實現(xiàn)精細開采，達到對勞動對象自如掌控的目的，以改變舊有的粗放開采模式。因此，2005年公司立項開展礦山工程軟件應用研究；課題組著手調研了當時在國內有代理商和用戶的軟件產(chǎn)品，并結合實際數(shù)據(jù)進行了一些對照工作，2006年引進了Datamine礦山工程軟件，在該軟件基礎上，建立了鞍鋼礦業(yè)公司下屬的幾個鐵礦的地質數(shù)據(jù)庫、實體模型、塊體模型、構造模型、采場現(xiàn)狀模型和最終境界模型。并希望借助其開發(fā)工具，開展應用研究。

我們通過收集整理四個礦山，前后七個不同階段、數(shù)百個勘探鉆孔和一年來的爆區(qū)炮孔化驗數(shù)據(jù)，建立了礦區(qū)勘探數(shù)據(jù)庫；通過數(shù)字化儀，將紙質的水平分層平面圖和勘探線剖面圖轉換成真實三維圖形；分別建立了礦體的實體模型、品位模型、采場現(xiàn)狀線框模型和最終境界模型。

通過一年來的工作，我們總結出以下幾點：

(1)完整的礦山地質模型，體現(xiàn)了結果與實際的一致性；

(2)軟件采用算法、原始數(shù)據(jù)檢查，保證了數(shù)據(jù)的準確性；

(3)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的動態(tài)管理，可以實現(xiàn)動態(tài)查詢、動態(tài)多方案圈定礦體、任意平／剖面切割瀏覽分析；

(4)實現(xiàn)了地質工程師、采礦工程師，測量工程師和生產(chǎn)部門之間的信息共享，方便形成地質界線圖，設計開采線、實際現(xiàn)狀線和炮孔位置的結合；

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

然而，在進行礦山應用推廣的進程中，遇到了一些無法解決的問題：

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

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

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

3研發(fā)具有中國特色的礦業(yè)軟件勢在必行通過對軟件應用方面的研究表明，Datamine軟件很好的完成了地質建模、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于礦山的技術部門，多功能的滿足礦山生產(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(tǒng)。但實際上，由于我們在采礦方法、工作習慣和管理結構上的千差萬別，沒有一個礦山是相同的，沒有一套國外軟件能夠滿足這些不同的需求；雖然這些軟件通過二次開發(fā)可以實現(xiàn)某些功能，但事實是他們的二次開發(fā)接口或函數(shù)是通過打包發(fā)布的，不能進行修改，同時這些軟件的源代碼還是掌握在國外公司手中，受到保護，真正實現(xiàn)客戶化的功能是不現(xiàn)實的，也十分困難。

在國內，我們也一直在尋求具有這些特點的國產(chǎn)軟件。一些礦山企業(yè)與科研院所、大專院校合作，探索計算機技術在礦山設計和生產(chǎn)中的應用，并開發(fā)了一些應用系統(tǒng)軟件，如大家熟悉的Mapgis、SD以及其他一些專業(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、不能實現(xiàn)與其它軟件的兼容和互用，多數(shù)與院校所合作的軟件開發(fā)項目，只注重解決單一的技術問題而不能成為系統(tǒng)，有的實用性不是很強，也沒有形成商品化的產(chǎn)品。

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

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

(2)易學易用：符合中國人的思維方式，界面親切友好，容易掌握。

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

(4)開放性：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(shù)據(jù)，支持多種數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。

(5)模塊化：系統(tǒng)分成6大基本模塊：輔助設計(Cad)系統(tǒng)、地質建模系統(tǒng)(開發(fā)中)、露天采礦、地下采礦、通風和安全、測量和文件導人／出。

(6)二次開發(fā)：系統(tǒng)支持腳本語言級二次開發(fā)(TCL)，同時支持VC二次開發(fā)。

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

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

(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，通過調整得到所要設計采的區(qū)域。系統(tǒng)首先生成采掘帶實體(假象的開挖體)，計算其體積，再結合塊體模型(地質建模的關鍵數(shù)據(jù))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法比擬的，同時與傳統(tǒng)的CAD在二維上做計劃，功能強大了許多。

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

(2)斜坡道設計及算量

結合實際需要，將繁瑣的公路設計變成十分簡單的操作。斜坡道理論上分為4大類(如圖1)，通過鼠標點擊生成斜坡道模板，再與坡頂坡底結合，生成實體及算量，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，優(yōu)為突出。

(3)測量驗收及更新算量

在3DMine平臺上，開發(fā)出了一套全新的數(shù)據(jù)轉換功能，這樣任何格式的測量數(shù)據(jù)，通過快速的粘貼方式，均可實現(xiàn)數(shù)據(jù)一圖形一計算的完美結合。采用帶約束的Delaunay三角網(wǎng)技術，生成本月初和本月末的現(xiàn)狀圖，用開挖線來投影計算開挖和填方量，從而解決了用散點生成面而帶來的誤差，大大提高精度。同時，可以用兩個現(xiàn)狀面，來求出開挖線和填方線，可運用在大量的工程量計算中。在實際工作中，往往在更新露天現(xiàn)狀線時比較困難，通過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)實現(xiàn)數(shù)字化的重要項目之一，其數(shù)據(jù)特點是更新速度快，相對比較精確，而且與設備的關聯(lián)十分緊密。利用這些特點，在3DMine下開發(fā)出相應的功能：

擺放設備：通過給定指標或在屏幕上指定位置，擺放各種設備，直觀了解采場內設備分布情況。

查詢／定位地質信息：在采坑現(xiàn)狀圖上任意位置，點擊可查詢地質信息，如品位、礦巖類型、地質構造等。

卡車行走及動畫模擬：通過實時讀取GPS定位點信息，在屏幕上顯示設備移動動畫，為生產(chǎn)調度提供直觀的界面。

5結論

在推進礦山數(shù)字化的進程中，很多礦業(yè)企業(yè)都面臨著在完成礦山數(shù)據(jù)庫、礦山模型之后，很難普及推廣應用、無法突破軟件功能和計算機應用水平的差別和軟件開發(fā)技術的限制等問題。通過對鞍山礦業(yè)公司下屬幾個礦山在礦業(yè)軟件選型和應用開發(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：利用國外先進的三維礦山軟件Datamine，建立起礦山的地表山體模型、露天現(xiàn)狀模型、礦區(qū)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行更新，使礦山模型更真實、更接近實際；建立了礦山數(shù)據(jù)收集體系，使礦山基礎數(shù)據(jù)進入數(shù)字化、信息化的軌道。結合生產(chǎn)實際的需要，選擇了國內自主開發(fā)的3DMine輔助采礦設計系統(tǒng)，很好地解決了礦山軟件在后期應用的難題，實現(xiàn)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，都有了本質的改變。主要表現(xiàn)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，提高專業(yè)技術水平；其三是滿足個性化的需求，滿足數(shù)字化礦山建設的需要。