論文關鍵詞：礦業軟件 3Dmine 開發應用

論文摘要：礦業軟件已經成為礦山循環過程中的四個必備條件之一，是實現礦山信息化，提高勘探、設計、生產、管理效率的必由之路。結合對國內外礦業軟件的甄選和試用，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，選擇自主研發的3DMine軟件實現了這些目標。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軟件。

1礦業軟件發展現狀

礦業軟件起步于20世紀70年代，早期的礦業領域應用計算機落后于其他產業，基本上都是某個功能的計算機應用，或是基于專業技術一測量、圖形、可視化、地質數據計算等需求。

在西方發達國家，經過20多年的發展，礦業軟件已經成為礦山循環過程中的四個必備條件之一——資源、設備、技術、軟件。礦業軟件在地質數據分析中的應用，在提高礦山生產效率和管理效率、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市場環境的變化，很多外國礦業企業進入中國，他們直接帶來了國外軟件產品。目前，在國內礦業企業所應用的礦業軟件，有英國的Datamine、美國的Minesight和AutoCAD、澳大利亞的Vulcan、Surpac、Micromine、加拿大的Gemcom等國內熟知的產品。

在國內，2o世紀8o年代，一些有志之士一直在尋求發展國產軟件；一些礦山企業與科研院所、大專院校開始合作，探索計算機技術在礦山設計和生產中的應用，并開發了一些應用系統軟件，如：礦山資源儲量計算軟件、礦井通風系統軟件等等，這些軟件產品主要是基于CAD技術開發的二維平面系統，為推動我國礦業軟件的發展起到了積極的作用。

目前，這些國外的軟件產品在國內的企業應用或者是設立了代理處，提供的產品與研發同步，也就是說，在軟件產品技術應用與國際是同步的。雖然軟件的開發平臺和語言各不相同，但基本思路是一致的，這些礦業軟件的共同特點，是三維可視化，立體建模、地質統計學、品位估值、資源儲量的計算、采礦設計、境界優化理論以及繪圖等功能應用于礦業領域。結合計算機技術的發展，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、礦床規模、生產過程和礦床量化，提供實用性的工具。

2鞍礦對礦業軟件的選擇與思考

鞍山礦業公司在2005年提出“數字礦山”項目的建設，將使鞍山礦業公司實現資源優化配置、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，隨著我國礦業經濟的繁榮以及信息技術的發展，我國礦山企業對信息化軟件產品的認識發生了根本性的變化。礦業行業的特殊性決定了礦業企業信息化的不同之處，它不是簡單的信息疊加或傳遞，而是在不斷變化的生產數據和資源數據的基礎上，通過軟件系統將這些信息集成共享后，使管理者全面、及時、準確地掌握企業生產的資源、產品、成本、安全和市場需求等信息，實現生產經營決策的科學性、及時性。選擇合適的礦業軟件，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狀：①傳統的地質勘探、礦山生產管理流程已經根深蒂固，不可能隨時改變。②多年來遺留下來的大量數據，特別對于象我們這樣的老礦山，想要處理好過去的數據，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的勞動對象是自然物一礦床，對其數字化，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品，并結合實際數據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，建立了鞍鋼礦業公司下屬的幾個鐵礦的地質數據庫、實體模型、塊體模型、構造模型、采場現狀模型和最終境界模型。并希望借助其開發工具，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、數百個勘探鉆孔和一年來的爆區炮孔化驗數據，建立了礦區勘探數據庫；通過數字化儀，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，體現了結果與實際的一致性；

(2)軟件采用算法、原始數據檢查，保證了數據的準確性；

(3)生產數據的動態管理，可以實現動態查詢、動態多方案圈定礦體、任意平／剖面切割瀏覽分析；

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

(5)為礦山經濟技術評價，提供快速準確可靠的數據。

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狀的實測數據的導入，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研發具有中國特色的礦業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、設計和生產管理的需要，更加智能的優化設計的系統。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可以實現某些功能，但事實是他們的二次開發接口或函數是通過打包發布的，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，真正實現客戶化的功能是不現實的，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軟件。一些礦山企業與科研院所、大專院校合作，探索計算機技術在礦山設計和生產中的應用，并開發了一些應用系統軟件，如大家熟悉的Mapgis、SD以及其他一些專業軟件包。但總體上講，這些軟件以二維多三維少、運算速度慢、不能實現與其它軟件的兼容和互用，多數與院校所合作的軟件開發項目，只注重解決單一的技術問題而不能成為系統，有的實用性不是很強，也沒有形成商品化的產品。

北京東澳達科技有限公司自主研究開發了3DMine軟件，是一款為中國礦業“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中遇到的問題的軟件系統。對于相對較老的礦山來講，充分利用計算機特點，開發出具有不同于其他三維軟件的新產品是十分有效的。其特點是：

(1)三維可視化：系統采用先進的三維引擎，在三維顯示和渲染上，采取一系列優化算法，系統在數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據，支持多種數據庫產品。

(5)模塊化：系統分成6大基本模塊：輔助設計(Cad)系統、地質建模系統(開發中)、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：系統支持腳本語言級二次開發(TCL)，同時支持VC二次開發。

(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，具有許多優化和自動功能，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Office工具系統。 4應用實踐

根據我們的分析和比較，決定提出軟件應用開發課題，利用在Datamine軟件完成建模工作的基礎上，通過3DMine軟件的無縫銜接數據技術，在此平臺上，開發出解決日常生產中測量數據的處理、露天現狀的更新和測量驗收與計劃執行率評價；改變采礦設計手段和方式，實現參數化進行采礦設計；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，通過調整得到所要設計采的區域。系統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法比擬的，同時與傳統的CAD在二維上做計劃，功能強大了許多。

在塊體模型算量時，采用的動態剖分塊體的技術，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狀線，再通過Delaunay三角網技術，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，優為突出。

(3)測量驗收及更新算量

在3DMine平臺上，開發出了一套全新的數據轉換功能，這樣任何格式的測量數據，通過快速的粘貼方式，均可實現數據一圖形一計算的完美結合。采用帶約束的Delaunay三角網技術，生成本月初和本月末的現狀圖，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實現數字化的重要項目之一，其數據特點是更新速度快，相對比較精確，而且與設備的關聯十分緊密。利用這些特點，在3DMine下開發出相應的功能：

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，為生產調度提供直觀的界面。

5結論

在推進礦山數字化的進程中，很多礦業企業都面臨著在完成礦山數據庫、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技術的限制等問題。通過對鞍山礦業公司下屬幾個礦山在礦業軟件選型和應用開發研究的結果，探索到了一條目前困擾眾多企業應用礦業軟件的新思路：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；建立了礦山數據收集體系，使礦山基礎數據進入數字化、信息化的軌道。結合生產實際的需要，選擇了國內自主開發的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，提高專業技術水平；其三是滿足個性化的需求，滿足數字化礦山建設的需要。