（系统工程专业论文）地测CAD技术研究.pdf

话安建筑科技大学硕士学位论文 伊5 3 6 9 3 5 地测g a d 技术研究 专业：系统工程 研究生：李迎峰 导师：卢才武副教授 摘要 随着c a d 技术的发展，c a d 已经代替丁字尺和图板成为设计人员的主要工 具，大大降低了设计人员的劳动强度，提高了设计人员的工作效率。然而由于矿 山企业矿床成因不同，地质条件复杂多变，c a d 技术在矿山生产设计中的应用， 虽然有许多学校和科研单位一直致力于这方面的研究工作。取得了一些成果，但 还是有一些关键的技术问题没有得到很好的解决，从一定程度上限制了c a d 技 术的应用，有必要从矿山的基础工作入手，深入研究地测c a d 技术，促进c a d 技术在矿山生产设计中的应用和发展。 本论文针对目前地质测量c a d 技术研究中存在的各类问题作了大量的研究 工作，提出了实现地质测量工作计算机自动化的理论和方法，弗利用高级编程语 言对通用计算机辅助设计软件a u t oc a d 进行了二次开发，编制完成了相应的地 质测量图件管理计算机软件包。 本论文主要作了以下几个方面的工作： ( 1 ) 提出了在相交平面图和剖面图中添加剖面剖切线的方法： f 2 ) 提出了应用人工神经网络理论确定剖面中矿体界线的理论和方法以及矿 岩界线圆滑的原理与方法； ( 3 ) 实现了矿山生产实测工程数据处理与地测图件的有机结合； ( 4 ) 实现了矿块地质品位和储量的自动计算和统计输出； ( 5 ) 提出了中深孔炮孔排面地质剖面图自动剖切的原理和方法。 本论文在大量研究工作基础上，实现了地测图件管理的计算机自动化。其成 果对于提高矿山经济效益、减轻设计人员的劳动强度有着重要意义。经过矿山企 业的试运行，表明本论文的研究成果是成功的、可行的，完全可以推广应用于其 它同类矿山企业的地测管理工作中。 关键词：生产矿山地质剖面图计算机辅助设计o b j e c t a r x 论文类型：应用基础 西安建筑科技大学硕士学位论文 s t u d y o nt h e c o m p u t e r - a i d e dd e s i g nt e c h n o l o g y o f g e o l o g y a n d s u r v e y s p e c i a l t y ：s y s t e me n g i n e e r i n g n a m e ：l i y i n g f e n g i n s t r u c t o r ：a s s o c i a t ep r o f l uc a i w u a b s t r a c t c a dh a v ea l r e a d yr e p l a c e dt h et - s q u a r ea n dd r a w i n gb o a r da n db e c o m et o d e s i g nt h em a i nt o o lo f t h ep e r s o n n e la l o n gw i t ht h ec a d t e c h n i q u ed e v e l o p m e n t ， a n dc o n s u m e d l yl o w e rt h el a b o rs t r e n g t ho ft h ed e s i g np e r s o n n e l ，a n di n c r e a s et h e w o r ke f f i c i e n c yo ft h e d e s i g np e r s o n n e l m a n yc o l l e g e a n di n s t i t u t i o n a l w a y s c o n c e n t r a t eo nt h er e s e a r c hw o r ko ft h i s a s p e c t ，a n do b t a i ns o m er e s u l t s b u tt h e c o n c r e t eg e o l o g yt e r mo ft h eb u s i n e s se n t e r p r i s eo f m i n i n gc o m p l i c a c yv a r i e t y , s o m e k e y so ft h et e c h n i q u ep m b l e md i d n o tg e tt h eg o o ds o l u t i o n ，t h i sl i m i t s y s t e m a p p l i c a t i o no ft e c h n i q u ec a d f r o mac e r t a i nd e g r e e i ti sn e c e s s a r yt h a tw e d e e p i n t o t h er e s e a r c ht h ec a dt e c h n i q u ew i t ht h e g e o l o g i c a l a n dg e o d e s i c g r a p h ， c o m m e n c i n gf r o mt h ef o u n d a t i o no f t h em i n i n g a n dp r o m o t et h ec a d t e c h n i q u et h e a p p l i c a t i o n a n dd e v e l o p i n gt od e s i g ni nt h em i n i n g e n t e r p r i s e t h i st h e s i sm a k e st h el a r g eq u a n t i t yo ft h er e s e a r c hw o r kt h a ta i m sa tv a r i o u s p r o b l e m s t h a te x i s t m a n a g i n g t h e g e o l o g i c a l a n d s u r v e y g r a p hb y t h e c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ，a n db r i n g su p p e d t ot h et h e o r i e sa n dt h em e t h o dt h a tr e a l i z e t h ea u t o m a t i cw o r kw i t ht h eg e o l o g ya n ds u r v e y m a k i n gu s eo ft h eh i g hp r o g r a m l a n g u a g ep r o g r a md e v e l o p m e n tt w i c et o a u t oc a d ，t h i st h e s i sd r a w su pt ot h e c o m p l e t e s o f t w a r e p a c k a g eo f t h eg e o l o g y a n d s u r v e ym a n a g i n g t h i st h e s i sp r i m a r i l ym a k e s b e l o wt h ew o r ko f a f e w a s p e c t s ： ( 1 ) t h e m e t h o dt oa p p e n dt h es e c t i o nl i n ei nt h eg e o l o g i c a ls e c t i o np l a n ea n dt h e g e o l o g i c a lp l a n eg r a p h i n t e r s e c t e de a c ho t h e r ； ( 2 ) 仉p r i n c i p l e a n dm e t h o dt h a ta u t o m a t i cd e t e r m i n a t eo fo r e b o d yo n t r a n s v e r s es e c t i o nw i t ht h en e u r a ln e t w o r kt h e o r yw a sp r e s e n t e d ，a n dd r a wt h e s l i p p e r yb o u n d a r yo f o r e ； ( 3 ) t h em e t h o d t h a td r a w i n gt h es u r v e y i n gw e l la n dl a n ew a y e n g i n e e r i n gi nt h e g e o l o g i c a la n ds u r v e yg r a p h ； ( 4 ) t h em e t h o dt oa u t o m a t i cc a l c u l a t i o na n ds t a t i s t i c so u t p u to r er e s e r v e sa n d g r a d e ； ( 5 ) t h e m e t h o dt h a ta u t o m a t i c c r e a t i n gt h eg e o l o g y c r o s ss e c t i o no f t h e h o l e ； t h i st h e s i sr e a l i z e sa u t o m a t i o nf o rm a n a g i n gg e o l o g i e a lg r a p hb a s e do nt h e s u b s t a n t i v er e s e a r c hw o r k i ti sv e r yi m p o r t a n tt oi n c r e a s et h ee c o n o m i cp e r f o r m a n c e o f m i n i n ga n d r e d u c ed e s i g n e r sa m o u n to fw o r k i na d d i t i o n ，t h es t u d yi n d i c a t e st h a t i ti sf e a s i b l ea n ds u c c e s s f u la f t e ri tw a su s e di nb e i m i n g h ei r o nm i n e i tc a ne x p a n d t h ea p p l i c a t i o ni nt h es a m ek i n d m i n i n gc o r p o r a t i o n k e yw o r d s ：m i n i n gp r o d u c t i o n ，g e o l o g i c a ls e c t i o n ，c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ， o b j e c t a r x t h e s i s ： a p p l i c a t i o nf o n n d a t i o n 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已 申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关 责任。 论文作者签名：争缸峥日期：西哆事胃伊护 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：翻垒赡导师签名： 注：请将此页附在论文首页。 手叼 觏：b 。渺 西安建筑科技大学硕士学位论文 i 引言 i i 国内外研究现状及发展动态 随着计算机技术的发展，特别是c a d 技术的迅速发展和普及，现代矿山企 业的生产设计人员正在逐渐摆脱传统的手工绘图方式，采用c a d 软件绘制和管 理各种生产设计图件，这为矿山企业生产设计自动化奠定了基础。近年来，我国 一些科技工作者和广大工程技术人员直致力于将计算机技术应用于我国的矿 山地质、采矿、生产管理与设计等方面，取得了一系列的应用性成果i l 】- 【“】，开发 了相当多的c a d 应用软件及商品化软件。这些软件在实现“甩掉图板”的目标中 发挥了重要的作用。在地测图件管理方面国内主要有以下一些成果： ( 1 ) 计算机在工程地质勘察数据管理中的应用。例如工程勘察数掘管理 与图件编制的微机实现【33 1 ，实现了数据管理与成果图表生成一体化。 ( 2 ) 计算机辅助地质绘图。例如 - v 程勘探计算机辅助成图系统口，矿 山地质c a d 软件的研制与应用【3 ，矿山地质平剖面图自动转换系统研究与 应用1 4 0 1 ，马拉格锡矿地测采综合c a d 应用系统( g m c a d s ) ) ) 1 2 9 l 等等。 以上这些研究，它们都具有下列优点： ( 1 ) 大多软件都采用友好的晃面，通过人机交互来实现图形绘制和指标计 算。 ( 2 ) 系统操作简便，速度快，减轻了设计人员的劳动强度，提高了劳动效 率。 ( 3 ) 针对性和专业性强。此类软件大多是针对某个特定的矿山，或者矿山 中某个特定的工程进行设计。 此类软件也有不足和需要改进的地方： ( 1 ) 通用性不强。大多数软件只针对某个矿山而设计，因而很难运用到差 别很大、变化复杂的其它兄弟矿山中： ( 2 ) 对于地质剖面图剖切成图的软件，主要针对地质、澳9 量等方面做了一 些工作，其结果图虽然在一定程度上能满足地质、测量的需要，但没有很好的解 决地质平面图和剖面图中矿岩界线对比连接的问题； ( 3 ) 人机交互工作量大，制约了软件的推广使用。 国外在地测图件管理方面同样也作了大量的工作，例如为了形象地表达矿藏 分布特征，用图形显示各钻孔的矿岩组成，如美国的m i n t e c 、澳大利亚的s u r p a c 矿用软件，都用鲜明的颜色表示钻孔内各组分的分布，形象生动，便于核查。但 是这类软件不能实现地质剖面图矿岩界线的自动对比连接。 1 2 论文研究的目的意义 在矿山企业的生产设计中一般是由地质人员根据地质勘探钻孔资料手工绘制 钻孔柱状图，再由钻孔柱状图中矿石、岩石分布绘制地质勘探剖面图，然后根据 采矿设计的需要以地质勘探剖面图为基础资料绘制相应的分段水平平面图和剖 西安建筑科技大学硕士学位论文 殛嚣，羁露分掰粳据测量人员实繇溅量摄到熬采切工程鹃位置数据在分髅乎嚣整 秘逢霞蘸嚣鬻上摇绘实滔工程。程上述绘铡蚕俸懿避疆孛存在着菝下忍令润题： ( 1 ) 原始她质图件在描绘的过程中，受客观条件和人为影响因素较大，容易 产生误差。 ( 2 ) 井下测量数据处理工作激大，不仅要计算处理大量的实测数据，而且还 要在各种地质图件上绘制实测阁件，数据的多次爨簸抄录容易发生以讹传讹现 象。 ( 3 ) 遗爨测耋入员绘泰l 的分敬零乎乎瑟銎窝裁瑟溪与采矿设计绣嚣癸豹孚嚣 蚕释割蕊鹜鹣锾：铡不一致，鬻鬻鬻簧送行兜镶足鼹变换，不仅费时费力，鞴显误 差大、精度低。 ( 4 ) 工程设计人员手工重复工作多，费时费力。 为了减轻采矿设计人员的劳幼强度、提高生产设计的工作效率和设计的质量。 国内外许多采矿工作者和计算机工作入员做了大擞工作，取得了一些成果，但由 于计算机硬体、软件啦及采矿工律的复杂性，至今逐没有一套比较完蛰的矿山企 盈生产设诗软箨褥蜀接广应矮。 兔了推动c a d 技术的全面旋粥及提高应麓承平，傻蘩个魄、溅、采过程的整 体效率达到新的高度，缩短设计周期，本论文主要针对c a d 技术在媳成测量中 的应用以及为采矿设计提供地质资料进行讨论与研究。该项目要求从采熊地测资 料形成数学化地质剖面图开始，巍到完成全部设计阁及相关技术文件以及这些技 术档案的归糨和管理，全程应用计算机完成相关作渡。该项成果在研制道程中， 麸原始豹懿测资源嚣始裁将荣惠鬻予系统瓣统一管爨之下，努掰有稳关专、救提供 嚣零薅塞，穆获毒售惠孤螽统一遗接起来，实瑗了僚惑炎源共享及应麓较传翡集 成化，克服了信息在传输、加工及再生过程中斡瓶联，全面提高了设计效率。 因此，作为地下矿山企业采矿设计自动化系统中的基础环节，本论文研究对 于新型矿山企业建立现代企业制度，利用先进的计髯机辅助设计技术，提高设计 的现代化水平和设计人员的工作效率，实现减员增效，提高全员劳动生产率具有 很大豹现实黥义，同对具有重翳的理论意义和实践价值。其关键技术豹突破，将 吴毫缓努懿攘广徐蓬器蠹矮兹爨。 10 3 论文的主要研究内容 本论文糟燕研究如何利用c a d 技术从事地质数据的组织和管理，研究地质 测露图和平糯图豹刹切理论和方法，实现她质测量捌覆强律的自动割切嫩成，为 采矿莰诗鬟获藤始逢痿炎搴萼。 本论文懿主要工终有： ( 1 ) 图冗数据存储与结构 对工程设计中涉及到的空间数据和属性数据的缡构进行研究，实现窝间数据 和属性数据的有机结合，为地质数据管理和地质剖灏的任意剖切提供蒸础。 ( 2 ) 地璇剖面图剖切理论研究 簧重磷定走地爨勘探线剡蘸爨生成分段建覆平礞圈、秀虫分段承平警鞭强割 甥生藏逡瀵横潮嚣圈或缴赘羲黧戆一些重要懿舔瑗靼方法，英孛惫揍赢、线在乎 面和割面阏的坐标交换，投影炎换等基本原理黻及储量、品位计算穷法。 ( 3 ) 矿潜界线对比连接的爆论与方法 应用神经网络方法对剖面网中矿体界线的自渤圈定以及采用三次样条拟合 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 进行矿岩界线圆滑的原理与方法。 1 4 课题的来源和背景 随着计算机技术的迅猛发展，生产设计计算机化成为了现代矿山企业的一个重要标志。 然而在生产设计软件的应用中，设计新需要的原始地质资料，几乎都是通过数字化仪或者扫 描仪得到。然后再对这些平面圈和剖面图进行加工处理。这样前期人量的数据准备j 作仍然 需要手工来完成，既赞时又费力，体现不出计算机辅助设计的优越性，这就是为什么瑟向矿 山企业的生产殴计软件不能被。大工程技术人员普遍接受的原因。作为地下矿山最重要的环 节之一地测图件的绘制与管理将直接影响到矿山的生产设计。通过本论文的研究实现了利 c a d 技术进行地震测量图件管理，提离了地蕨测量成图的效率和质量并为采矿设计的自 动化提供了基础条件。 3 西安建筑辩技大学硕士学位论文 2 1 系统可行性分析 2 。系统结构功髓分耩 建质测潋c a d 技术磅究是夜了鳃遗霞资辩的黧娥鞠管理要求豹壤凝下，参 照国际、黧肉邃下铁矿豹遣震资鹣戮及现代琵矿浚众渡瓣管瑾疆章翎疫，在立足 应用、强调蜜用和兼顾技术先避幢的指导思想下避行的，既有面上的离鹰，又有 点上的深入，因而是切实可行的。 ( 1 ) 技术开发的可行性 本系统从总体框架设计，到分级模块设计都采用了系统的规划并运用了众多 的技术和方法，每一种技术和方法郝是先进和比较先进的，而且是流幸亍劳经过矿 由大量豹生产实黢检验证明是成熟豹。获慧薅挺絮到予模块设诗，郝套理论霉疆， 两盈赔遥穗下矿由企韭斡实际。瓣运系统斡藏翔绝辩不是一种主戏熬、瓒憨化翡 奢华的布鬣，而是贴近实际又不失前瞻性的研究项融。 ( 2 ) 缀济方面的可行性 本规划设计充分考虑了投资规模对于现代化中小型地下矿山企业难负两方 面的效益和影响，在保证项目能够顺利实施而且中小型地下矿山企业容易承受的 范围内选择的一个较低的投资颧发。客观上讲，中小爨地下矿出企业褒撼鹱测量 c a d 技零磷究方瑟这笔较， 、魏投资去# 霹鞋豢柬缀多戆经济浚盏彝享圭会效益，铡 如： 减少设计人员手工工作嫩，减少了日常办公赞用； 计算机绘制图形，提高了图形的准确性与美观性； 有助予提高业务人员的计算机操作能力； 计算机自动计算矿量指标，提高矿量的准确憔； 裔炎黪豹藏监控广徐毽_ 秘爱凝效益。 ( 3 ) 搽终方嚣豹哥行性 ， 本方案巾采用的应用软件系统开发方法是结会瓣前国内外矿由企渡院较流 行的地质资料生成与管理方法撼出的，也是国际国内进行应用软件系统设计与开 发中用得很酱遍、较成功的方法，这为本系统建设虢得成功创造了条件。 本系统怒在原来的管理现状和系统流程基础上傲了计算机优化设计，在现实 系统中完全w 行；本系统在开发的过程中，将同时辨矮培训计划，保涯系统的实 雳性，提舞援户诗算撬操终承警。爨嚣零方案其窍缀强豹胃撵终牲。 ( 4 ) 法德方瑟的可孬往 本系统的开发遵照中华人民共和国软件保护的规定，尊重软释版权；所 有的程序流程的设计遵守国家i 搬律、法规规定。不涉及违法性行为；系统的安全 性设计将遵守中华人民共和囡计算机信息系统安念保护条理。这燎原则保证 了本系统程法律方面的可行性。 上述几方瓣的论证结果表明：本系统在技术上得劐了充分支持：农法德上已 褥到保薅；凌经济上授入产出豹疑会经凑效蓝弱显；谯瑗疆实蓬瓣篷绞傺谖方蕹， 本系统嚣教纛要性、必要佳褥戮脊关领导和专家麴嵩发重视，而且项霾缀有足够 的能力和实力保证项目的按期、保质、顺利完成。 综上所湍，本项目是可行的。 4 两安建筑科技大学硕士学位论文 2 。2 系统凌熊分耩 本系统熄基于图形信息、数据信息和计算机技术的综合应用系统，它的主要 目的是用计算机实现地质资料缴成与管理的自动化，以减轻设计人员的劳动强 度、缩短设计时间、提高设计散率和质量，并为下步生产设计自动化提供基础 资料。本系统主要开展以下两个方嚣的研究工作： ( 1 ) 魏蔟测量数据楚理。蘩l 耀篷质统计学秘溅麓擎等理论，霹楚缓测量酶 原始数据遴行处理，为采矿设计撼供基础圈 孛。 地质图件处理 地质数据处理 测蹙图件处理 ( 2 ) 地质剖面的剖切生成。根据平面地质数据，建立矿体空间数学模型， 以埂 壬意割甥蟪覆割露圈。 矿俸莠嚣毅会 斑狂排面割切 矿体界线调整。 2 2 1 系统的功能要求 在赛定系统载凌蔻对，主簧袄壤了欲下魏瑷羽： ( 1 ) 孩数据资源获取戆霹符睡作秀主要依豢； ( 2 ) 系统操作必须简洁、实用，以方便操作人员的使用： ( 3 ) 系统运行的逻辑顺_ | 警、运行速度等应能满足实用需要； ( 4 ) 系统应易于维护和管理。 2 2 。2 系统骥块与臻能 为了实现地质溅量数据处理和地震刹面的割韬生成两个方西的目标。这次的项目 开发将包括八个模块的建设。遮八个模块分别是图形与实体查询模块、剖面图生 成模块、巷邀添加与修改模块，添加实测井工程模块、钻孔与巷道取样泶入模块、 指标计算模块、资料输出与提取模块、炮孔排面剖丽成图模块。这八个模块可以 独立运行，但彼此之间又有关联。八个系统模块的鼹体功能描述如表2 1 、表2 2 窝表2 3 掰述。 表2 1 系统模块及功8 猫述 k 号 系绕名 基本模块功能描述 称 强形查餐 在趣质资瓣孛对已生残魏图形遂行查 卜 瓣 誊，势查落姿兹弱串各静实薅匏嚣魏疆及荬 附加属性，如潮切线名、取样的晶僚等等。 实体查询 瑗安建筑科技大学硕士学位论定 表2 2 系统模块及功畿搦逐 系统名 序号基本模块功能描述 称 平面图生成 在地质资料中添加新的平剖砸圈，( 平 面上添如剁瑟翻，翻葱上添加平露圈) ，在 裁瓣辫裁垂强生残各与之穗交戆乎潮嚣孛添趣裁甥线。 2 生成模根据与当蓊黼相交的箕德圈形中邑知 块 矿岩界线判断信息以及钻孔取样判断出当前图中各部分 的矿岩性质，用多义线对比连接成闭合的圈 矿岩界线连接 并定义其矿岩属性。 巷道实测 执 亍魏功能瓣，要求当兹塑毖缕楚乎嚣 巷遴添数握录入 匿。 3加与修 改模块 巷道实测 在相应的平剖面中添加巷道轮廓线、项 数据修改 线、底线以及旗：i l 耋剖面轮廓线。 溜井、通风辩 执行此功能时，要求当前图必须怒平面 添绷实 实测数据录入 踅。 t4测赞工 i 程模块 讶裁势 在褪应数平囊孛添热耘示著豹雩蜚鸯，莠 在与之邻近的剖磷图中添加并的剖稀线 实测数据录入 钻孔与 钻孔取样 执行此功能时，要求当前图必须是平面 巷邋取 数据录入 图。 5系统摄据辕入链魏或巷道取梯静位置 攒袋入 模块 巷道衮群 在耪痘孚裁霹黧巾藿出各样段戆投影并在 数据录入 其直线上附加赫位信息。 面积计算 指豁诗 体积计算 根据系统撼承用键盘和鼠标输入相应 s豹痿惠帮可计葵爨辑求煞瑟积、钵积、孚瑟 冀簇琰 蒹佼谤葵平璃鑫位、蘸获舅霾投品位竣及矿赣。 矿量计算 提取采场地质 执行此功能时，要求打开相应的平面图 资料输 资料 并关闭其他的燎璇资料强形文件。 7 爨每鼹鬏摆提示赣入僖怠刘把痰嚣簧魏溷形 i 取穰块文件存入稻应的文件夹鞋便于避夥船工 出图 处理。 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 表2 3 系统模块及功能描述 系统名 序号基本模块功能描述 称 执行此功能的前提是在所提采场地质 资料基础上利用中深孔设计自动化系统设 炮孔排计出有关的切割、进路、联巷炮排小剖面线， 面剖面切害4 炮j j 小音4系统生成新c a d 图形文件并根据炮排小剖面 8 成图模面成图线在地质平剖面图中的位置在新图形文件 块中画出矿岩界线、d - 音t l 面边界线和已有工程 轮廓线，最后根据小剖面线的扩展数据给新 生成的图形文件命名。 各系统的相互关系如图2 i 所示： 图2 1 系统问相互关系 表2 1 和图2 1 列出了各子系统功能模块所实现的性能要求以及相互关系 西安建筑科技大学硕士学位论文 r - - 下面给出各个功能模块的功能要求，说明输入量、处理过程、输出量： 1 图形查看 输入处理输出 用鼠标选取1 读实体的扩展数据获当前图形改变为 当前图中的取剖面文件名所查询的剖面图 剖面线实体2 以后台打开图形方式 在几个系统规定路径 中寻找所查询剖面路 径字符串 3 打开图形文件 2 实体查询 图2 2 图形查看i p o 图 输入处理输出 用鼠标选取当前读取实查询结果： 图中的线实体( 包体的扩1 剖面线文件名 括剖面线、坐标展数据2 坐标 线、工程轮廓线、列出查3 工程类型及参数信息 矿岩界线、钻孔及询信息4 矿岩类型 巷道取样等)5 取样参数及各种品位信息 3 平面图生成 2 3 实体查询i p o 图 输入处理输出 新平面1 打开所有剖面图，在其中新水平图 图的水添加水平剖面线 平标高2 以新水平+ “m 水平图” 作为文件名生成新的图形 文件并存入地质资料文件 夹 3 。在相应数据文件中记录 新水平 图2 4 平面图生成i p o 图 4 暗0 面图生成 西安建筑科技大学硕士学位论文 输入处理输出 新剖面图的1 打开所有平面图，在其中新剖面图 剖面线位置添加剖面线 1 用鼠标在2 以新剖面名作为文件名 当前平面图生成新的图形文件并存入 中点击地质资料文件夹 。1 2 用键盘输3 计算与新剖面相交的原 入剖面线各有各剖面并在新旧剖面文 顶点大地坐件中添加垂直相交剖面线 标4 在相应数据文件中记录 新水平 4 矿岩界线判断 图2 5 剖面图生成i p o 图 输入处理输出 1 已知相交平剖1 根据平剖面相交线重合处矿在当前平 面中矿岩界线岩属性相同原理计算剖面线上面图中绘 信息矿岩分界点制可判断 2 己知钻孔取样2 ，根据钻孔孔口坐标、方位角的矿岩分 信息和倾角计算钻孔在剖面图中的界线 位置并在图中画出邻近的取样 样段投影 5 矿岩界线连接 图2 5 矿岩界线判断i p o 图 输入处理输出 利用c a d 画多为所选闭合多义线添加相应的在当前平 义线命令圈出扩展数据，面图中标 边界( 要求闭例如：( 1 0 0 1 ”d e s c r i b e ”)示出矿岩 合) 再用鼠标选 ( 1 0 0 0 ”f e 7 _ m i n e ”) 分界线 定所圈边界表示此闭合多义线是铁矿石边 界线 图2 6 矿岩界线连接i p o 图 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 6 巷道实测数据录入 输入处理输出 1 选取巷道1 计算巷道左右轮廓线端点坐在各平面图和 所在剖面标 剖面图中绘制 2 输入巷道2 计算巷道顶线、底线端点坐 巷道工程轮廓 编号和各实标线 测数据信息3 计算原有各剖面与巷道相交h 。 的位置坐标 、 4 在当前平面图和各个与巷道 相交的剖面图中绘制巷道轮 廓线 图2 7 巷道实测数据录入i p o 图 7 巷道实测数据修改 1 选取巷道1 删除原有相同系统编号工程线 在各平面 轮廓线2 计算巷道左右轮廓线端点坐标 图和剖面 2 选取巷道3 计算巷道顶线、底线端点坐标 图中绘制 所在剖面4 计算原有各剖面与巷道相交的 巷道工程 3 输入修改位置坐标 轮廓线 后的巷道各5 在当前平面图和各个与巷道相 实测数据信交的剖面图中绘制巷道轮廓线 息 图2 8 巷道实测数据修改i p o 图 8 溜井、通风井实测数据录入 l ，确定井类型1 计算井在平面图中的位置并 在各个平 2 输入井的编在与之相交的平面图中画出井 面图和剖 号、井的半径、工程符号 面图中绘 井中心大地坐2 计算原有各剖面与井工程相制井工程 标、井口标高、交的位置坐标并在相应剖面文轮廓线 井深等实测数件中添加井工程剖面轮廓线 据信息 图2 9 溜井、通风井实测数据录入1 p o 图 1 0 西安建筑科技大学硕士学位论文 9 切割井实测数据录入 输入处理输出 1 输入切割井所1 计算切割井在平面图中的位在各个平 在采场号、进路置并在当前平面图中画出切割面图和剖 号、井中心坐井工程符号面图中绘 标、井口标高、2 计算原有各剖面与切割井工制切割井 井口长和宽、井程相交的位置坐标并在相应剖工程轮廓 桶高等实测数面文件中添加切割井工程剖面线 据信息轮廓线 图2 1 0 切割井实测数据录入i p o 图 10 钻孔实测数据录入 输入处理输出 1 钻孔编号、孑l1 计算钻孔在平面图中的位置在各个平 口坐标、孔深、并在当前平面图中画出附近的面图和剖 倾角、方位角取样样段投影面图中绘 2 取样信息：样2 根据方位角和倾角计算钻孔制取样样 起点、样终点、在剖面图中的位置并在剖面图段投影 样品类型、品位中画出附近的取样样段投影 信息 图2 1 1 钻孔实测数据录入i p o 图 1 1 巷道取样实测数据录入 输入处理输出 1 选取巷道轮廓计算样段在平面图中的位置并在当前平 线在当前平面图中画出取样样段面图中画 2 取样编号、样出取样样 起点、样终点、段 样品类型、品位 信息 图2 1 2 巷道取样实测数据录入i p o 图 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 2 面积、体积计算 输入处理输出 1 用鼠标依次点1 利用矩阵算法求区域面积1 区域面 击出所求区域2 根据上下截面面积大小比例积 边界各端点决定用台体公式、柱体公式或锥2 上下截 2 输入上下截面体公式面包围区 面积和两截面域的体积 间距 1 3 品位、矿量计算 图2 1 3 面积计算i p o 图 1 品位类型、边1 利用样长加权求截面平均品 1 截面平 界品位、圈定区位均品位 域2 利用面积加权求矿块平均品2 面积加 2 截面面积和截位权平均品 面平均品位3 利用矿量计算公式( 体积乘 位 3 矿块体积、矿体重) 求矿块矿量 3 矿量 块平均体重 1 4 提取采场地质资料 图2 1 4 面积计算i p o 图 输入处理输出 输入采场上水后台打开上水平平面图、范围内圈定的采 平标高、采层水的剖面图，根据上水平平面图中场资料 平标高、采场的炮孔排面线和房采边界线在 号，再利用鼠标剖面图中画已有工程并把所打 给出采场范围开的平面图和剖面图另存入系 统给定的文件夹( “b m h ”+ 采 层水平+ “m 水平、”+ 采场号+ “毒 采场原始图”) 图2 1 5 提取采场地质资料i p o 图 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 5 出图 输入处理输出 当前图为平面根据比例尺在当前平面图中画当前平面 图，输入比例尺坐标网格，再根据图中剖面线与图和选定 再利用鼠标选坐标网格线的相交情况计算相的剖面图 取需要出图的应剖面图中坐标网线，最后把当 剖面线前图以及所选剖面图存入打印 出图文件夹 图2 1 6 出图i p o 图 1 6 切割、进路、联巷炮孔排面剖面成图 已知在所提采遍历全部小剖面线，其扩展数据切割、进 场地质资料基中所含进路号与输入的进路号路、联巷炮 础上利用中深相同则生成炮孔排面剖面图，再孔排面剖 孔设计自动化根据炮孔排面线与回采分层平面图 系统设计出有- 面图、上水平平面图、左中右剖 关的切割、进面图各自的相交情况画出已经 路、联巷炮孔排存在的工程轮廓线以及矿岩界 面剖面线，输入线 进路号 图2 1 7 切割、进路、联巷炮排小剖面成图i p o 图 西安建筑科技大学硕士学位论文 3 1 引言 3 矿体自动圈定的神经网络方法 矿体圈定是地质资料管理中最基本的、最重要的而且也是最繁重的工作之一。 传统的矿体圈定方法是手工方法，即人根据经验和地质勘探数据进行矿体圈定。 这种方法带有浓厚的主观随意性，同一种矿体不同的人将有不同的圈定结果。例 如，对图3 1 所示两个钻孔( z k i 和z k 2 ) 间的矿体圈定将有如图( a ) 、( b ) 中 的两种不同的结果，出现这种情况的原因是人对两个钻孔间的形态无法了解，只 能靠经验去推断，不同的人经验有所差异，因而造成了同一矿体的不同圈定结果。 图3 1 矿体圈定手工方法的缺点 针对手工方法的缺限，人们曾运用人工智能专家系统方法和地质统计学的方 法圈定矿体，但都不能取得满意的效果l 1 1 4 ”，主要原因是： 专家系统技术需要事先输入大量的矿体圈定专家知识，但是由于矿山地质 条件的复杂多样性导致矿体圈定专家知识的获取异常困难，甚至不可能。 由于地质统计学是建立在一系列人为假设基础之上的脚】，而这些假设是仅 仅是对复杂矿体的一种简单近似。此外，地质统计学方法无法进行矿种区分、岩 种区分以及矿岩之间的区分。这些局限性限制了地质统计学在矿体圈定中的应 用。 神经网络是一种模拟人脑和神经系统的功能，由大量简单非线性单元( 神经元) 广泛互联而成的复杂系统，具有学习、记忆、联想、推广和概括的能力，已被广 泛应用于模式识别、自动目标辨识、信息处理、知识处理、智能控制等诸多领域， 由于矿体圈定涉及到许多信息的计算和识别问题( 如品位估计、矿种识别、岩种 识别，矿岩识别等) ，而这些计算、识别是建立在大量的联想、推广和概括基础 之上，这种联想、推广和概括是依赖于对具体矿床特征的学习和记忆，但不依赖 于或少依赖于专门设计的类似于专家系统的那种矿体圈定知识库。因此，神经网 络理论将是最终解决矿体自动圈定的重要方法之一。 本章研究的主要内容是在已知钻孔资料的基础上进行矿体自动圈定的神经网 络方法。 西鼗建筑科技大学硕士学位论文 3 2 神经嚣终模型绩构冬忑作原理 人工神缀网络( a n n ) 是由大量简单元件( 神缀元、模拟电子元件、光学元 件等) 广泛联接而成的复杂网络系统。它是在现代神经学研究成果撼勰上提出 的，能够模拟人的若干基本功能，具有并行分布的信息处理结构，通过“学习” 或“训练”的方式完成某一特怒的工作。其最显鬻的特点是具有自学习能力，并 在数据含蠢臻考、嫒顼或缺乏认知露麓获褥令入满意翦结论，特副是它露戳觚积 累的工豫实鞠孛擎习知识，尽麓多逮把各稳定後建筮懿影嫡因素幸筝凳变量热浚 输入，建纛备影响因素与结论乏阕的高菲线性映射，采用自适应模式谈别方法来 完成预测工作。它可以十分方便的处理内部规则不旗了解、不能用一缀规则或方 程式描述的问题或比较复杂的开放的系统。目前应用最广泛的人工神缀网络模型 是b p 模溅，它是r u m e l h a r t 镣人组成的p d p 小组于t 9 8 5 年提出的一种神经 元模型。理论已经证明一个三艨的b p 网络模型熊够实现任意的连续欧射【1 “。 3 2 1b p 模型结构 辕嫩艇 馨奢瓣 输八麓 强3 2 典蕉b p 霹络绥稳器慧鹜 b p ( b a c kp r o p a g a t i o n ) 弼j 终怒耱经题络孛采臻谈麓复建算法终为箕学习算法 豹蘩镶鼹终，逶零由输入瑟、羧毽瑟窝酶含层稳残，瑟与矮之瓣懿享枣经采爝全互 连的连接方筑，通过相应的两络权系数w 耜互联系，每层内的神经必之闻没有 连接( 如髓3 2 所示) 。b p 网络也可以看成是从输入到输出的一种高度非线性映 射f ，映射中保持拓扑不变性，在数学上可简单搬描述为 y = f g ) ，：r ”斗r 凇 ( 3 1 ) b p 髑络在应用于预测矿块凝谴之前，需要个阚络学习过程。葵其体方法 懿下掰遮，蹭终壤攥输入熬调练( 学习) 撵奉送移鑫逶应、塞组织，旗是各耱经 元盼连接投w 秘阈僮，经避多次调练后，网络凝蠢了对学习样本懿谗忆稠联鏊 的能力。掰络学习过程包括傣惑芷向传播和误差艨向传播两个反复交祷的过程， 如果网络她予学习模式，网络输出层的实际输出y 一 y i ，y 2 ，y m 裳与训练 西安建筑科技大学硕士学位论文 层的期望输出矢量t = t 2 ，t m ) 进行比较，也就是要计算出二者之差，然 后用来修正输出层以及所有隐层的权值，学习的目的是使网络的实际输出与期望 输出以一定的方式接近，重复这过程，直到网络的i o 映射能力已达到给定 的精度或已达到它的最大可能的学习能力。 3 2 2b p 模型工作原理 横剖面上矿体圈定的关键问题是利用已有的钻孔资料解决许多信息未知区 域( 如图3 1 中z k l 和z k 2 之间的区域) 的信息估计问题。网格方块信息估计就是 指推断出信息未知区域某个位置的品位信息及其矿岩类型，为矿体自动圈定提供 合理的控制点。 事实上，网格方块信息估计是一个向其周围取样段品位信息进行学习的过 程。周围所有的取样段品位信息对提高方块信息估计精度都是有意义的。由此可 见，能分离出方块周围取样段品位信息的多少。对方块信息估计精度改善起决定 性作用。信息提取的基本原则是对所提取信息应尽可能与方块有关联。但是信息 提取的数量与方块信息估计过程的速度成反比。如果提取的信息过多，一些对方 块信息估计关联程度很小的信息会占用大量的处理时间，大大的降低了方块信息 估计的效率。在方块信息估计过程中，钻孔取样和方块距离越小。它与方块的关 联程度就越大。因此，本论文中对方块信息估计的输入信息就取与方块左右两边 钻孔取样的品位信息对方块进行品位估计，然后把估计值与输入的边界品位值相 比较，其估计值大于边界品位值则方块可以圈定在矿石范围内，反之则把方块圈 定在岩石范围内。 3 2 2 1 输入量处理 影响方块信息估计的信息数据有许多，一般说来，这些信息可作如下分类： ( 1 ) 方块中心点空间位置，如空间坐标等。用，y 0 ，z o 表示： ( 2 ) 已知第i 个钻孔取样段中点空间坐标，用x ，y 。，z 表示； ( 3 ) 已知第i 个钻孔取样段品位，用喜表示： ( 4 ) 已知边界品位，用9 0 表示。 对上述数据信息进行量化方法如下： ( 1 ) 对于可直接确定其值的信息( 如品位) ，可直接取其值， ( 2 ) 对于不可直接确定其值、但可区分其等级优劣的信息( 如可钻性指标) ， 可用其等级表示， ( 3 ) 对于不可直接确定其值，又不可区分其等级的信息( 如矿石种类) ，可 用相应的数码编号来表示。 由此可见，神经网络所处理的信息既可以是定性信息，又可以是定量信息， 适应性非常广泛。为了更清楚地说明信息量化方法，现以一个示例来说明。 己知信息有：方块中心点空间坐标，钻孔取样段的中点空间坐标、钻孔取样 段的品位，边界品位。 在方块品位估计过程中，由经验可知方块品位估计值与钻孔取样的品位成正 比，而且钻孔取样和方块距离越小，它与方块的关联程度就越大，所以可以采用 如下所示信息量化方法： ( 1 ) 方块中心点与钻孔取样段的中点的距离： 1 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 d i = 【( 工，一x o ) 2 + ( 只一y o ) 2 + ( t 一如) 2 】_，i = 1 ，2 ，n( 3 2 ) ( 2 ) 输入信息量化公式： m 2 劳 ，i 。l ，2 n ( 3 3 ) 式中 n 为参与计算的钻孔取样段数，也就是b p 模型的输入量个数： m ，为第i 个距离平方反比法输出量( 所有m 归一化处理后组成输入量矩阵) 。 ( 3 ) 输入量归一化： 护警告l ( 3 4 )。 m 一m 。 、。 式中 ，为b p 模型的第i 个输入量； m 。为全部m ，中最大值； m 。为全部肘中最大值a 3 2 2 2 信息正向传播过程 由上面可知，输入信息结构为： i = ，l ，2 ，“ 当有信息向网络输入时，信息首先由输入层传至隐层节点，再传至输出层进 行输出，期间每经过一层都要由相应的特性函数进行变换。节点的特性函数要求 是可微的，网络节点的特性函数f 酞) 有许多，常用的为s 型函数，本论文的研究 中采用此类函数 ，、1 ，【”= 志 ( 3 5 ) 因此，这一过程可由第k 层第j 个神经元的输入输出关系来简单地表征 ，、 y j = i 艺叫k - l 妙。一钟l ，j = 1 ，2 ，。，i l k ；k = l 2 一m ( 3 6 ) l r l 式中 w i j ( k q ) 为第( k - 1 ) 层第i 个神经元到第k 层第j 个神经元的连接权因子： e l c i 为该神经元的阈值； f i x ) 为网络节点作用函数，通常为一非线性函数，如s 型函数； n k 为第k 层神经元的数目； m 为神经网络模