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三维地质编录系统——地矿工程师的福音

发布时间:2020-05-19 来源:绿色矿山 浏览次数:

       曾几何时,地矿工程师带上记录本、方格纸、铅笔、橡皮擦等工具在野外进行勘查工程的地质编录,通过室内的誊抄、清绘、填表等重复工作,完成勘查工程编录资料的整理。这项沿用了数十年传统性的技术工作,如今被北京东澳达科技有限公司开发的三维编录系统彻底改变了,填补了这一领域的空白。
       开发这款产品的缘由是当前众多矿山企业在进行数字化过程中,对于勘查工程特别是探槽、坑道的编录成果需要通过数字化或三维转化,才能成为与三维软件可用的数据,而这确是工程师每天都在进行的工作,其数据量非常大,因国内许多企业没有普及三维软件的应用而置于二维图件或记录表中。
       在国外的矿山企业中,有专门的数据录入软件如Datashed和Acquire等,但主要还是以记录钻孔数据为主,基本没有涉及到坑道和探槽等工程的数据采集。目前国际矿业界通常采用的三维软件,都没有针对原始编录数据的采集方法,也都是在后期对数据进行数字化,建库才能使用。我国也开发有野外数字调查系统,即使是试用的电子掌上机,虽然能够解决原始地质编录数字化问题,但软件对实现方法的模拟难以满足用户的实际需求,且数据组织与已有储量计算软件的要求相去甚远,需要进行繁杂的转换才能加以利用。
       正是由于没有正确、及时地处理这些最基础、最频繁、也是最重要的数字化资料,从而造成对绿色矿山数字化(特别是矿产资源数字化)建设带来极大的障碍。

       传统编录方法
       传统的地质编录方法主要是通过手工记录和绘制工程图纸的方式完成相关的编录工作,同时,将采集的数据信息,通过文字记录保存,回到室内后,通过二次整理和清绘的方式完成编录资料归档,即使是使用的电子掌上机,虽然能够解决原始地质编录数字化问题,但软件对实现方法的模拟难以满足用户的实际需求,且数据组织与已有储量计算软件的要求相去甚远,需要进行繁杂的转换才能加以利用。根据地勘数字化和矿业数字化的要求,地质勘查工程的编录作为基础的数据来源,目前仍以手工编录为主,编录手段没有得到有效解决,采集到的数据难以实现共享和衔接,这无疑给矿业的数字化带来了极大的障碍:
     ——传统地质编录方法进行勘探工程数字化地质编录时的工作效率较低。
     ——即使用掌上机的方式,对于地质编录过程的仅仅模拟传统的编录方法,实际上差距较大,难以满足用户的实际需求。仍然不能在数据库中形成可靠的、可用的规范化、标准化数据,其实际应用系统的完成度很低,不能为后期的三维软件应用提供兼容的数据文件,也不能根据国内外勘查项目和生产矿山的实际情况定制化和二次开发相应模块。
     ——由于采集数据的方式和条件有限,往往容易造成数据丢失或者信息的模糊不清,因为,在手工记录时没有前置性的必填要求。
     ——在应用时,必须为各自的系统录入配套数据,且数据格式与现行地勘行业规范存在不同程度的脱节问题,对原始数据进行二次甚至多次整理势必会增加地质人员的工作量,这也是制约三维软件普遍推广应用的瓶颈。
     ——在当前的各类软件中包括三维矿业类的软件,均没有实现地质编录数据的三维采集的功能。

       三维地质编录的功能
       基于地质勘查工程地质编录的基本要求和数据特点,我们应用三维可视化平台、数据库技术、网络技术和三维建模等技术,与地质工作包括地质踏勘、探槽、坑道、钻孔等工程编录的流程相结合,完成了三维地质编录系统。这套系统包括三个部分:即三维可视化平台、工程编录程序和数据中心。其中三维可视化平台是采用C++,JAVA,OPGL技术和图形学进行开发,具有真三维、色彩渲染、多重模型叠加的可视化特点,是实现工程的三维显示和模型化的关键技术。同时运用数据库技术,按照数据采集标准和要求,利用先进的GPS、语音识别、网络传输技术,形成一套具有较高技术含量,操作简便,专业性强的地质编录系统。在应用端,开发一系列数据表,记录探槽、坑道和钻孔等工程的三维编录模式,利用计算机技术,完成所有地质要素点的空间位置计算,从而准确获得地质要素的空间定量数据,同时完成三维图件的绘制。其具体功能:
     ——项目管理
       按照地质勘查项目管理的要求,根据勘查类型、阶段、性质的不同进行分类管理。参照勘查许可证和采矿许可证的基本内容为主要信息,通过数据库管理的方式,可以快速查询和打印信息表,也可通过项目的类型进行查询,并对探矿工程的相关信息进行统计、分析和报告。
     ——地质踏勘
       按照地质踏勘的基本要求,完成地质点的综合观察记录,包括位置(可借助GPS的定位技术)、路线、地质特征描述、产状、矿化现象、标本登记、采样记录、照片记录等等。可通过选择性的要求,形成地质观察点的记录表。
     ——探槽编录
       根据探槽地质编录规程,通过对探槽一帮一底的地质编录,利用基点、基线的距离、方位和角度,通过实测的距离和垂距,对地形线、岩性界线、槽底线和取样位置等信息进行采集和记录,对应的表格式与文字记录均可以通过手持中端(PC或Pad等)填入,一旦完成现场的记录,软件将自动完成三维模型展示图、探槽基线平面位置示意图和探槽地质要素点投绘示意图,同时,可以输出相应的登记表《探槽基点基线登记表》、《探槽工程地质记录表》、《地表及探槽工程样品采样记录表》及《音像记录表》等。
     ——坑道编录
       按坑道与矿体关系,分为穿脉坑道(简称穿脉)及沿脉坑道(简称沿脉)。在坑道编录时,掌子面编录也是重要的内容之一。利用基点、基线的距离、方位和角度,通过实测的距离和垂距,对坑道轮廓、岩性界线、取样位置、地质分层、产状测量和化学分析等信息进行采集和记录,对应的表格式与文字记录均可以通过手持中端(PC或Pad等)填入,一旦完成现场的记录,软件将自动完成三维模型展示图、坑道基线平面位置示意图和坑道地质要素点投绘示意图。同时,可以输出相应的登记表《坑道基点基线登记表》、《坑道工程地质记录表》、《坑道工程样品采样记录表》及《音像记录表》等。
     ——钻探编录
       通过钻探工程的基本信息、回次记录、孔深校正、弯曲度测量、采样记录、地质分层和相关信息的记录,完整记录钻探工程的编录信息。可以直接显示钻孔的空间位置和示意图,并可直接生成钻孔柱状图,输出《孔深校正及弯曲度测量记录表》,《钻孔回次记录表》,《钻孔岩心照相记录表》,《钻孔地质记录表》,《钻孔采样记录表》等表格。
     ——数据中心
基于SQL Server数据库,按照野外数据采集的格式,将系统地存储所有编录的实际信息,包括控制点坐标,导线距离、方位和角度,岩性界线位置和取样信息,通过软件自动更新计算,将获得编录信息并存入数据中心。通过分级设置、分类管理的模式,实现地质勘查数据的全方位记录,可快速查询、报告及共享应用。


       应用特点
       本产品是借助计算机、图形学等技术的应用,解决了传统地质编录中存在的问题,也实现了地质勘查资料数字化的基本要求,从而为地质勘查提供了全新的技术工具。具体的应用特点有:
     ——实用性:本发明采用标准的工作流程进行数据采集和记录,虽然工作模式相同,但形成的结果是二维和三维,完全可以满足地质编录的工作要求,同时,基于三维的编录方法,可以延伸用于其他工程地质编录。
     ——兼容性:三维地质编录方法基于Windows系统和Android系统开发,同时,基于数据库技术的应用,所有数据和平台都可以相互应用,从而使得兼容性得到极大的提升。
     ——便捷性:基于移动端的三维地质编录方法,利用平板电脑或手机即可完成所有的数据采集和成图,方便快捷。利用网络技术,可以快速进行上传和存储。
     ——标准性:本发明中完全遵照地质工作规范,特别是地质工程编录规程的要求进行的,同时利用数据库技术,可以快速完成工程的统计,报告和分析。
     ——共享性:基于数据库技术,将三维编录系统的数据上传到数据中心,并在数据中心开发了数据应用接口,实现地勘数据的共享应用,确保数据的唯一性、准确性和实时性。
     ——高效性:基于三维地质编录的成果,可快速形成工程数据、二维投影图和三维立体模型图,还可以对地质观察的照片、现场环境等信息进行采集,从而实现实时高效的采集与应用。特别是在地质编录数据的应用方面取得非常好的效果,减少了数据转换和人工干预,极大地提高了数据共享利用的效率。

       延伸应用领域
       利用三维可视化平台和数据中心,基于三维地质编录系统的开发原理和实现的数据采集功能,可以通过定制开发的方式,完成所有涉及空间定位、属性描述、工作量计算、统计报告、成图和三维模型建立等工作的需要。具体的应用领域有:岩土工程、隧道工程、水利工程、自然资源国情调查、国土空间总体规划、道路勘查、民生地质勘查、环境及水文地质调查等。
       使用价值

       本产品实施了三维数据采集的方法和数据中心共享的模式,极大地提高地矿工程师的工作效率,简化了用户的操作,特别是定位和计算、成图工作大部分计算机自动完成,并且一键完成相关报表和图件的生成。在实际使用中具有广泛的社会效益和经济价值:
     ——减少重复性的工作,减少人为造成数据错误机会,确保地质数据的准确性和可靠性;
     ——降低编录成本支出及地质数据资产相关的成本和风险;
     ——从基础工程编录开始的数字化建设,全面提升地勘信息化水平;
     ——通过数据中心的模式,全方位提升地勘数据的共享应用和地质资料管理水平;
     ——地勘工作数字化的普及应用,为矿山数字化建设奠定坚实的基础;
     ——提升技术人员编录流程和技术共享,以实现流程优化和可持续应用。
     ——广泛应用于地质勘查、工程勘查、山水林田湖草等自然资源的调查,全面提升自然资源管理水平;
     ——基于软件技术的三维地质编录方法,有助于提高地矿工程师计算机的应用水平。