简述开发应用具有中国特色的矿业软件势在必行

论文关键词：矿业软件 3Dmine 开发应用

论文摘要：矿业软件已经成为矿山循环过程中的四个必备条件之一，是实现矿山信息化，提高勘探、设计、生产、管理效率的必由之路。结合对国内外矿业软件的甄选和试用，了解到国外软件具有的功能性，但不能适合我国矿山技术人员的使用特点。为了真正实现提高工作效率、满足技术人员的应用和技术需求，选择自主研发的3DMine软件实现了这些目标。它更具实用性、兼容性和前瞻性，是一套具有中国特色的矿业软件。

1矿业软件发展现状

矿业软件起步于20世纪70年代，早期的矿业领域应用计算机落后于其他产业，基本上都是某个功能的计算机应用，或是基于专业技术一测量、图形、可视化、地质数据计算等需求。

在西方发达国家，经过20多年的发展，矿业软件已经成为矿山循环过程中的四个必备条件之一——资源、设备、技术、软件。矿业软件在地质数据分析中的应用，在提高矿山生产效率和管理效率、提高矿山开采的技术水平等方面，取得了实质性的成果。近年来，随着国家对外开放和矿业市场环境的变化，很多外国矿业企业进入中国，他们直接带来了国外软件产品。目前，在国内矿业企业所应用的矿业软件，有英国的Datamine、美国的Minesight和AutoCAD、澳大利亚的Vulcan、Surpac、Micromine、加拿大的Gemcom等国内熟知的产品。

在国内，2o世纪8o年代，一些有志之士一直在寻求发展国产软件；一些矿山企业与科研院所、大专院校开始合作，探索计算机技术在矿山设计和生产中的应用，并开发了一些应用系统软件，如：矿山资源储量计算软件、矿井通风系统软件等等，这些软件产品主要是基于CAD技术开发的二维平面系统，为推动我国矿业软件的发展起到了积极的作用。

目前，这些国外的软件产品在国内的企业应用或者是设立了代理处，提供的产品与研发同步，也就是说，在软件产品技术应用与国际是同步的。虽然软件的开发平台和语言各不相同，但基本思路是一致的，这些矿业软件的共同特点，是三维可视化，立体建模、地质统计学、品位估值、资源储量的计算、采矿设计、境界优化理论以及绘图等功能应用于矿业领域。结合计算机技术的发展，拓展地质勘查工作对矿床分析的思路；为形象准确地展示矿山实际场景、矿床规模、生产过程和矿床量化，提供实用性的工具。

2鞍矿对矿业软件的选择与思考

鞍山矿业公司在2005年提出“数字矿山”项目的建设，将使鞍山矿业公司实现资源优化配置、工艺布局合理、设备运行高效，达到“资源清晰、精准采矿、智能配矿、优化控制”的目的，对打造“百年矿山”，建设具有国际一流的钢铁精品原料基地具有重大意义。

近年来，随着我国矿业经济的繁荣以及信息技术的发展，我国矿山企业对信息化软件产品的认识发生了根本性的变化。矿业行业的特殊性决定了矿业企业信息化的不同之处，它不是简单的信息叠加或传递，而是在不断变化的生产数据和资源数据的基础上，通过软件系统将这些信息集成共享后，使管理者全面、及时、准确地掌握企业生产的资源、产品、成本、安全和市场需求等信息，实现生产经营决策的科学性、及时性。选择合适的矿业软件，成为我们的首要任务。

基于上述的要求，我们首先分析了矿山技术的现状：①传统的地质勘探、矿山生产管理流程已经根深蒂固，不可能随时改变。②多年来遗留下来的大量数据，特别对于象我们这样的老矿山，想要处理好过去的数据，需要做大量的“还债”工作。③矿山技术人员计算机应用水平参差不齐。④软件的操作性、功能性和本地化。⑤软件的技术支持、售后服务水平和质量等等。

第二步是考虑矿山企业的劳动对象是自然物一矿床，对其数字化，首先要建立地质模型，有了地质模型，我们才能按工艺要求实现精细开采，达到对劳动对象自如掌控的目的，以改变旧有的粗放开采模式。因此，2005年公司立项开展矿山工程软件应用研究；课题组着手调研了当时在国内有代理商和用户的软件产品，并结合实际数据进行了一些对照工作，2006年引进了Datamine矿山工程软件，在该软件基础上，建立了鞍钢矿业公司下属的几个铁矿的地质数据库、实体模型、块体模型、构造模型、采场现状模型和最终境界模型。并希望借助其开发工具，开展应用研究。

我们通过收集整理四个矿山，前后七个不同阶段、数百个勘探钻孔和一年来的爆区炮孔化验数据，建立了矿区勘探数据库；通过数字化仪，将纸质的水平分层平面图和勘探线剖面图转换成真实三维图形；分别建立了矿体的实体模型、品位模型、采场现状线框模型和最终境界模型。

通过一年来的工作，我们总结出以下几点：

(1)完整的矿山地质模型，体现了结果与实际的一致性；

(2)软件采用算法、原始数据检查，保证了数据的准确性；

(3)生产数据的动态管理，可以实现动态查询、动态多方案圈定矿体、任意平／剖面切割浏览分析；

(4)实现了地质工程师、采矿工程师，测量工程师和生产部门之间的信息共享，方便形成地质界线图，设计开采线、实际现状线和炮孔位置的结合；

(5)为矿山经济技术评价，提供快速准确可靠的数据。

然而，在进行矿山应用推广的进程中，遇到了一些无法解决的问题：

(1)模型的维护和更新：主要体现在更新手段和方法上比较繁琐，操作步骤多，特别是矿岩界线发生改变后的更新，必然影响到品位模型的改变，在现有软件中，没有更简单快捷的方式来完成。

(2)测量验收线的导入和编辑：这是涉及到不同测量方法所得到露天现状的实测数据的导入，采掘带的验收和计划执行率的计算等。

(3)利用软件编制采掘计划：Datamine软件中，有一套适用于中长期的进度计划软件(NPVS)，但日常需要的是通过软件在建立的模型下，快速圈定采掘带；自动生成计划线；自动报出矿岩量、品位和矿石类型等，完成短期计划功能。虽然在现有功能的前提下，能够得到相关的工作，但实际上，操作十分复杂，没有达到提高效率的作用。

3研发具有中国特色的矿业软件势在必行通过对软件应用方面的研究表明，Datamine软件很好的完成了地质建模、储量计算和快速形成不同需求的图纸，特别是在复杂的建模功能上，具有独特的功能和方法。然而，矿业软件的最终目的是服务于矿山的技术部门，多功能的满足矿山生产、设计和生产管理的需要，更加智能的优化设计的系统。但实际上，由于我们在采矿方法、工作习惯和管理结构上的千差万别，没有一个矿山是相同的，没有一套国外软件能够满足这些不同的需求；虽然这些软件通过二次开发可以实现某些功能，但事实是他们的二次开发接口或函数是通过打包发布的，不能进行修改，同时这些软件的源代码还是掌握在国外公司手中，受到保护，真正实现客户化的功能是不现实的，也十分困难。

在国内，我们也一直在寻求具有这些特点的国产软件。一些矿山企业与科研院所、大专院校合作，探索计算机技术在矿山设计和生产中的应用，并开发了一些应用系统软件，如大家熟悉的Mapgis、SD以及其他一些专业软件包。但总体上讲，这些软件以二维多三维少、运算速度慢、不能实现与其它软件的兼容和互用，多数与院校所合作的软件开发项目，只注重解决单一的技术问题而不能成为系统，有的实用性不是很强，也没有形成商品化的产品。

北京东澳达科技有限公司自主研究开发了3DMine软件，是一款为中国矿业“量身定做”、引进国际通用的地质建模方法，重点解决日常采矿生产中遇到的问题的软件系统。对于相对较老的矿山来讲，充分利用计算机特点，开发出具有不同于其他三维软件的新产品是十分有效的。其特点是：

(1)三维可视化：系统采用先进的三维引擎，在三维显示和渲染上，采取一系列优化算法，系统在数值计算和关键算法上精心考虑，保证其健壮性和高效率，同时对计算机配置要求不高。

(2)易学易用：符合中国人的思维方式，界面亲切友好，容易掌握。

(3)CAD风格：AutoCAD操作习惯，选择集、图元捕捉、鼠标交互等达到同类CAD软件水平。

(4)开放性：可导人导出AutoCAD、Map Gis Datamine Surpac M icrom ine Excel Text等文件格式，支持CAD、Wold、Excel、Tex与3DMIne之间剪贴板复制粘贴数据，支持多种数据库产品。

(5)模块化：系统分成6大基本模块：辅助设计(Cad)系统、地质建模系统(开发中)、露天采矿、地下采矿、通风和安全、测量和文件导人／出。

(6)二次开发：系统支持脚本语言级二次开发(TCL)，同时支持VC二次开发。

(7)实用性：在测量和采矿设计方面，充分考虑了矿山一线工程师的实际要求，有针对性的开发，具有许多优化和自动功能，使其在日常工作中能成为技术人员的有力工具，被称为矿业Office工具系统。 4应用实践

根据我们的分析和比较，决定提出软件应用开发课题，利用在Datamine软件完成建模工作的基础上，通过3DMine软件的无缝衔接数据技术，在此平台上，开发出解决日常生产中测量数据的处理、露天现状的更新和测量验收与计划执行率评价；改变采矿设计手段和方式，实现参数化进行采矿设计；通过不同的方式，生成采掘带、快速报告、实现短期计划编制的智能化和可视化的应用系统。

(1)切割采掘带算量

采用“试探一调整一确定”的思路，给定的矿岩总量，通过调整得到所要设计采的区域。系统首先生成采掘带实体(假象的开挖体)，计算其体积，再结合块体模型(地质建模的关键数据)计算矿岩量及品位，为短期计划编排方案快速对比、筛选，从而得出最佳的计划方案，其速度和精度是手工无法比拟的，同时与传统的CAD在二维上做计划，功能强大了许多。

在块体模型算量时，采用的动态剖分块体的技术，使块体与实体的边界尽量拟合，从而保证计算的准确度。圈采掘带时，采用多边形选择集技术，自动捕获与设计线相交的现状线，再通过Delaunay三角网技术，快速生成回采假想的开挖体，不用担心开挖体的自相交和开放边，保证结果的正确性。

(2)斜坡道设计及算量

结合实际需要，将繁琐的公路设计变成十分简单的操作。斜坡道理论上分为4大类(如图1)，通过鼠标点击生成斜坡道模板，再与坡顶坡底结合，生成实体及算量，解决了露天斜坡道设计的难题。

由于斜坡道算量采用实体的方法，大大增加其准确性，特别在采掘计划中，吃斜坡道后再挖斜坡道，以及地形不平坦时，优为突出。

(3)测量验收及更新算量

在3DMine平台上，开发出了一套全新的数据转换功能，这样任何格式的测量数据，通过快速的粘贴方式，均可实现数据一图形一计算的完美结合。采用带约束的Delaunay三角网技术，生成本月初和本月末的现状图，用开挖线来投影计算开挖和填方量，从而解决了用散点生成面而带来的误差，大大提高精度。同时，可以用两个现状面，来求出开挖线和填方线，可运用在大量的工程量计算中。在实际工作中，往往在更新露天现状线时比较困难，通过3DMine下的几组快速编辑工具，使这项工作变得非常容易。

(4)GPS接口

GPS是目前很多矿山企业实现数字化的重要项目之一，其数据特点是更新速度快，相对比较精确，而且与设备的关联十分紧密。利用这些特点，在3DMine下开发出相应的功能：

摆放设备：通过给定指标或在屏幕上指定位置，摆放各种设备，直观了解采场内设备分布情况。

查询／定位地质信息：在采坑现状图上任意位置，点击可查询地质信息，如品位、矿岩类型、地质构造等。

卡车行走及动画模拟：通过实时读取GPS定位点信息，在屏幕上显示设备移动动画，为生产调度提供直观的界面。

5结论

在推进矿山数字化的进程中，很多矿业企业都面临着在完成矿山数据库、矿山模型之后，很难普及推广应用、无法突破软件功能和计算机应用水平的差别和软件开发技术的限制等问题。通过对鞍山矿业公司下属几个矿山在矿业软件选型和应用开发研究的结果，探索到了一条目前困扰众多企业应用矿业软件的新思路：利用国外先进的三维矿山软件Datamine，建立起矿山的地表山体模型、露天现状模型、矿区主要矿体模型、主要构造模型、矿块模型等等，再结合生产探矿和爆破资料对模型进行更新，使矿山模型更真实、更接近实际；建立了矿山数据收集体系，使矿山基础数据进入数字化、信息化的轨道。结合生产实际的需要，选择了国内自主开发的3DMine辅助采矿设计系统，很好地解决了矿山软件在后期应用的难题，实现了测量、采矿设计和短期计划编排等方面的突破，从操作、应用水平和推广范围等方面，都有了本质的改变。主要表现在：一是提高工作效率，完全按我们自身的工作习惯和工作方式完成日常工作；其二是易于推广应用，提高专业技术水平；其三是满足个性化的需求，满足数字化矿山建设的需要。