金属矿山地理信息管理系统数据库建设.pdf

第6 2 卷第1 期 有 色金属 矿山部分 2 0 1 0 年1 月 金属矿山地理信息管理系统数据库建设 刘馨蕊 赵鸿迪 马洪滨 骆帅 东北大学 沈阳1 1 0 0 0 4 摘要 矿山地理信息系统 M i n eG e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m M G I S 是实现矿山信息化的最重要的工具之 一 是实现数字矿山的重要载体 而矿山信息管理数据库正是此载体的核心 矿山信息具有复杂性 海量性 异质 性 不确定性和动态性及多源 多精度 多时相和多尺度特征 利用地理信息系统的开发思想与工具 结合金属矿 山实际项目 依托数据库设计理论与方法 详细分析并构建了基于金属矿山的生产数据库 完成了金属矿山地理信 息系统生产信息管理部分模块功能的构建 关键词 数字矿山 金属生产信息 金属矿山生产数据库 金属矿山地理信息系统 中图分类号 T D 6 7 9文献标识码 A文章编号 1 6 7 1 4 1 7 2 2 0 1 0 0 1 0 0 7 0 0 6 D a t a b a s eC o n s t r u c t i o no fM e t a lM i n eG r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m L I UX i n r u i Z H A OH o n g d i M AH o n g b i n L U OS h u a i N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y S h e n y a n g11 0 0 0 4 L i a o n i n g C h i n a A b s t r a c t A so n eo fi m p o r t a n tt o o l st oi m p l e m e n tm i n ei n f o r m a t i z a t i o na n ds i g n i f i c a n tc a r r i e r sf o rr e a l i z i n gd i g i t a lm i n e M i n eG e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m M G I S d e p e n d so nd a t a b a s eo fm i n ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t D a t ai n f o r m a t i o nh a s q u a l i t i e sa sS H o w s c o m p l e x i t y v a s t n e s s a n dh e t e r o g e n e i t y a n du n c e r t a i n t y d y n a m i cn a t u r e m u l t i s o u r c e m u l t i p r e c i s i o n m u l t i t e m p o r a la n dm u l t i s c a l e s T a k i n ga d v a n t a g eo fd e v e l o p m e n tt h i n k i n ga n dt o o l s c o m b i n i n gt h ep r a c t i c a lp r o j e c t a b o u tm e t a lm i n e w i t ht h ed a t a b a s ed e s i g nm e t h o d o l o g y t h ep r o c e s sa n ds t e p so fb u i l d i n gd a t a b a s ea 弛a n a l y z e da n dd e p i c t e di nd e t a i lA tl a s t p a r to ff u n c t i o nm o d u l ei se s t a b l i s h e df o rM G I Su p o nm e t a lm i n ep r o d u c t i o ni n f o r m a t i o n K e yw o r d s d i g i t a lm i n e m e t a lm i n ep r o d u c t i o ni n f o r m a t i o n m e t a lm i n ep r o d u c t i o nd a t a b a s e m e t a lm i n eg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m 0引言 面对知识经济与 数字中国 D i g i t a lC h i n a 简 称D C 战略要求 面对当前市场经济环境下我国矿 山企业迅速发展 中国矿山企业科技水平快速大幅 提升 我国矿山企业的矿山信息化势在必行 启用 数字手段对矿产资源开采进行合理规划设计 科学 控制是空间技术 信息技术发展到一定阶段的必然 结果 是矿业科技创新的核心方向 自1 9 9 9 年首届 国际数字地球 大会上提出 数字矿山 D i g i t a lM i n e 简称D M 概念以来 D M 的思想已开始深入人心 D M 的科学研究与技术攻 关已悄然兴起旧J 针对矿山这个真三维复杂多变 地质实体 科研工作者已经进行了大量工作 8o 矿山地理信息系统 M i n eG e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s 作者简介 刘馨蕊 1 9 8 4 一 女 博士生 主要研究方向是地理信息 系统与采矿工程 t e r n M G I S 建设与矿体三维建模研究不断深入 开 发出许多高尖端 高信息化矿山系统软件 逐渐向数 字矿山战略方向挺进 但是仍然存在很多问题亟待 解决 其中矿山这个真三维多源实体集合 数据量繁 杂 来源多 格式差异大 缺乏较为统一标准 造成数 据库系统开发针对性强 移植性差 因此合理科学 组织多维数据 构建符合实质的动态矿山基础数据 库与数据仓库已成为了数字矿山的首要任务 作为 数字矿山的 心脏 其运输的血液来源于矿山综合 基础数据库 以数据库设计原理与方法作为理论指 导 结合白银小铁山多金属矿山实际 以矿山生产信 息数据源为主要研究对象 针对金属矿山生产现状 详细分析和深入研究金属矿山生产信息数据库建 设 1 矿山信息解析 1 1 矿山信息特征 万方数据 第1 期刘馨蕊等 金属矿山地理信息管理系统数据库建设 7 1 矿山是特殊地理区域 地质条件和地层赋存条 件差别大 矿山信息量巨大 数据类型多 包括地 质 采矿 测绘 经济 建设 生产与管理多方面数据 数据载体有文件资料 表格 图形图像 数据库 等旧J 涵盖图像 图形 文字 表格等静态数据源 还有大量由于矿山生产和区域社会的不断发展 在 生产过程中不断更新 增加的动态数据 是生产管理 最新资料 是系统保持现实性的必要条件 这就造 成了矿山信息 五性四多 l 训的特征 复杂性 海量 性 异质性 不确定性 动态性及多源 多精度 多时 相和多尺度特征 1 2 矿山生产信息认知过程 由于矿山地质对象通常都位于地表以下 特别 是金属矿山 地学测量工作者往往只能通过钻探 物探 化探 开凿测量等手段获得矿山对象的部分特 征信息 并通过对这些信息的分析 推断 解释来获 得地质对象的三维基本特征 从而获取矿体三维实 体的属性特征 这种所谓的分析 推断 解释基本上 依托于二维剖面 每个剖面上既有勘探钻孔化验采 样的实际信息 也有分析 推断得到的信息 随着勘 探测量掘进工作深入进行 地质信息逐渐增多 非自 然人工工程信息随之增多 对矿体等地质对象特征 认识不断得到完善和补充 由此可见 对矿体生产 信息的认知是一个不断探索和积累的过程 根据上面阐述的生产信息认知过程 矿山生产 信息涵盖了众多数据 如地质勘探 矿山测量 采场 地质储量 日采矿量 矿石损失率 选矿日处理量等 矿山基本核心数据 生产处理数据根据生产过程可 分为与日常生产接轨的新近数据源及矿山 厂矿企 业在长期的信息处理过程中所积累下来的历史数据 源 按学科类型可主要分为测量 地质和采矿三大数 据源 还有伴随矿山生产安全 环境 机械和电力调 度将划分辅助生产数据源 1 3 矿山生产信息解析 矿山生产工程与水利水电工程 道路工程不同 它有自己独特工程特点 矿体是经过漫长的地质年 代演变形成的 其问经过多次地质运动 这必然使矿 体几何形态变化多样 十分不规则 导致开采矿产资 源所构筑或开挖工程也必然纷繁复杂 信息大部分 处于难以预知状态 根据矿山生产信息特点 可以 将矿山工程地质三维信息分为 矿山矿区地表信息 矿山所处地理区域内各种 自然和人工地物 比如山坡 道路 尾矿坝等等 这些 都是人们比较熟悉的三维空间信息 井下矿山矿区地质信息 矿区三维地质实体中 最重要也最难表达的部分 即样品探槽 地层 地质 构造 矿体 水体等 这些地质信息的表达所需数据 主要来源于矿山地质采样素描 地矿勘探以及地质 化验实验获得 井下矿山工程信息 为进行矿山资源开采所开 挖或构筑的一些临时或永久的工程 矿山工程信息 主要包括矿山开拓系统即井巷 采矿留下的采空区 地下炸药库 地下车场 通风天井 主井 盲井 联络 道 石门以及为了保证施工的安全而设置的锚杆等 人工工程建筑信息 井下矿山采矿信息 井下工程与地质信息逐渐 产生的综合信息描述 井下的采矿信息以地质勘探 信息为依托进行设计 随着工程进展与地质勘探 化 验 解译揭示矿体属性信息 一般为三维地质与工 程产生交叉再生信息 井下矿山辅助生产信息 矿山井下开采的过程 中 除了与矿山生产密切相关的生产数据 其它信息 包括 与矿山安全环境密切相关的矿山通风安全信 息 环境监测信息 开掘采掘设备工具调度 人员车 辆安排信息 罐笼电力等设备信息等 2 金属矿山生产信息数据库建设 在现代社会里 数据库和数据系统已经成为日 常生活中不可缺少的一部分 数据库设计是指对于 一个给定的应用环境 构造最优的数据库模式 建立 数据库及其应用系统 使之能够有效地存储数据 满 足各种用户的应用需求 信息要求和处理要求 2 1 需要经过需求汇集和分析阶段 概念数据库设计 逻 辑数据库设计 物理数据库设计 数据库的规范化调 优等步骤 下文将根据金属矿山实际与数据库设计 理论相结合 详细讨论金属矿山生产信息数据库构 建过程 2 1 金属矿山生产信息数据与业务需求分析 金属矿山生产数据与矿山的生产数据信息一 致 都是指那些从矿山及其下属企业现有业务处理 系统那里收集到并保存在业务处理系统的与日常生 产经营有关的事务级数据 但是数据源要比非金属 矿山数据源更为丰富与复杂 如地质勘探 矿山测 量 采场地质 储量 日采矿量 矿石损失率 选矿日 处理量等矿山基本核心数据 矿山生产基础信息数 据包涵了地质 测量 采矿等专业的矿山原始数据 矿山基础地质数据 矿山基础测量数据和已经生成 的各种矿山图表数据 这些数据处于矿山数据底 万方数据 有 色金属 矿山部分 第6 2 卷 层 是开发M G I S 的基础 这些数据共享性强 种类 繁多 承载形式多样化 数据与业务分析均围绕测 外业 内业 成果管理 量 地质 采矿三大数据源开展 图1 详细说明了金 属矿山生产信息的数据与业务流程 3 图1矿山生产数据业务流程分析图 1 T h ep r o c e s sa n a l y s i so fm i n ep r o d u c t i o nw o r k 2 2 金属矿山生产信息数据库概念模型设计 1 金属矿山生产数据库实体分析 标示实体是定义用户感兴趣的主要对象 通过 仔细调研几个金属矿山企业用户生产需求说明 可 以定义提到名词或名词短语为导线 巷道 采场 中 段 报表 图件 储量和品位等 其次分析金属矿山 存在的必要对象 如技术人员 矿体 地质岩体等 将金属矿山生产数据实体粗划分为 工程实体 地质 实体 矿体实体 其它设备实体 雇员实体 2 金属矿山生产数据库关系与属性分析 标示实体的关系仍然要根据矿山用户需求分析 获得 关系是实体的动作 关系也是实体与实体之间 的各种联系 实体集之间的联系多种多样 分布称 为一对一 一对多 多对多联系 矿山数据是地球空 间数据一部分 同时它具有区别于其他空间数据源 的特点 更偏重地球内部知识获取 情况复杂 规模 庞大 面积较广 能见度低 造成实体量繁多 属性纷 杂 几乎涵盖简单 复合 单值 多值属性所有类型 3 数据库概念模型设计实现 金属矿山工程与其多种属性描述作为实体 完 成金属矿山信息管理系统生产数据库概念模型 如 图2 2 3 金属矿山生产信息数据库逻辑模型设计 1 数据库命名规则 统一命名规则可以使数据库结构和风格标准 化 使数据库中的表易阅读 理解和维护 好的命名 约定可使数据库表结构严谨 可读性强且逻辑关系 清晰 因此 在系统面向对象模型向数据库物理模 型转化之前 将数据库的各个对象命名进行规则约 定 对数据库建模具有重大意义 引 2 E R 模型映射与表设计 在基于金属矿山生产数据库设计时 把概念模 型转化成为数据库管理信息系统所对应的表层结构 模型 完成概念设计向逻辑设计的转化 表设计是 数据库逻辑设计的第一步 也是整个设计过程中关 键的一步 根据系统需求分析 业务概念模型及逻 辑模型分析结果开始进行表的设计 根据E R 模型映射思想和对象关系映射模型含 义 从概念模式映射到关系模式的过程为 可以金属 矿山生产数据库划分为五大类信息 即工程实体集 合 地质实体集合 矿体实体集合 其它生产辅助信 息实体集合 用户实体集合 其它生产辅助信息实体 不作为重点研究对象 3 金属矿山生产数据库实现 分析金属矿山生 万方数据 第1 期刘馨蕊等 金属矿山地理信息管理系统数据库建设 产数据库部分表关系如图3 图2 金属矿山生产数据库概念模型 n 昏2C o n c e p t d a t am o d e lo fm e t a lm i l l ep r o d u c t i o nd a t a b a s e 圈3 金 矿山生产数据库部分关系图 脚3Ap a r to fr e l a t i o ng r a p ho fm e t a lm i n ep r o d u c t i o nd a t a b a s e 2 4 金属矿山生产信息数据库优化 数据库系统的性能优化是一个永恒的话题 对 于数据库性能的优化需要在设计和实施之初就应该 考虑 并采取相应措施 一般来讲 系统建立之初 数据量都不大 用户也比较少 这使得一些性能方面 的问题没能立即反映出来 随着系统使用的深入 性能问题逐渐暴露出来 如果在设计和实施时未能 周全考虑 日后出现性能问题时进行调整和优化会 造成很大的困难 有些问题可能是非常难于调整和 优化的 甚至会对整个系统造成致命的影响 包括 万方数据 7 4 有色金属 矿山部分 第6 2 卷 存储过程与S Q L 持久存储模块 S Q L P e r s i s t e n t S t o r e dM o d u l e s S Q L P S M 索引调优及S Q L 语句 调优等 3 金属矿山生产信息数据库建设实例 3 1 矿区概况与数据录入 小铁山矿位于甘肃白银市 是白银有色集团公 司下属的二级单位 是公司三个主体有色矿山之一 矿石品位较高 矿石中主要金属硫化矿物有黄铁矿 闪锌矿 黄铜矿等多种矿藏 目前收集到关于白银小铁山测量数据控制记录 薄 经纬罗盘数据记录薄 工程细部数据记录薄 采 场图册 采样素描记录薄若干 图件 工程中段平面 图 横剖面图 地质采样素描图 矿体连接图 矿区图 例 若干 在程序试运行阶段已完成 第7 8 中段 8 个分层所有工程数据录入 完成第6 中段第一分 层工程数据录入 完成1 0 0 0 1 2 0 0 勘探线的地质数 据录入 现已与日常生产接轨 保证矿山实时数据动 态更新 3 2 数据库功能模块实现 系统进行金属矿山生产数据库设计 主要是用 来实现金属矿山的各种地质 工程信息的输入输出 并附有简单的查询功能 为金属矿山工程 地质 矿 体信息拓扑组织与显示搭建媒介 提供金属矿山生 产信息的数字化管理 数据库系统的主要功能模块 分析如下 系统界面见图4 1 基本数据输入 输出 金属矿山各种测量工程数据与地质数据的添 加 修改 删除等功能 包括与其他数字格式之间的 转换功能 完成批量数据的传导功能 2 基本生产数据查询 对输人数据进行的查询 方便数据编辑 3 数据安全性检查 矿山环境复杂恶劣 工作量大 范围广 人员素 质不一 为保证生产工作顺利进行及提高键人数据 的准确性 需要进行安全性检查 4 数据库备份 恢复模块 包括数据库的初始化安装 备份恢复 以及自动 备份计划设置等 5 用户管理模块 为用户能够安全使用此系统 提供安全级别设 计与用户密码修改功能 本金属矿山生产数据库以S Q LS e r v e r2 0 0 0 为 工具搭建数据库管理系统 以M i c r o s o f tV i s u a lS t u d i o 2 0 0 5 作为语言工具开发数据库平台 以便捷的数据 库访问技术A D O 完成应用程序和后台数据关系库 的接口 初步实现金属矿山生产信息数据库数据录 入功能 为后续开发矿山生产实体交互拓扑组织 矿 体分析 与三维可视化等功能奠定数据基础 图4 生产数据录入界面 F i g 4 P r o d u c t i o nd a t ai n p u t t i n gi n t e r f a c e 万方数据 第1 期刘馨蕊等 金属矿山地理信息管理系统数据库建设 7 5 4 结论 数字矿山是对真实矿山整体及其相关现象的统 一性认识与数字化再现 是数字地球一个重要子集 信息化和可视化技术是地球空间信息科学重要组成 部分 也是数字化矿山信息系统研究主要内容 本 着这一原则对数据库功能进行设计与开发 分析数 据库构建优势 1 面向矿山生产信息数据库 完成矿山生产基 础数据存储 数据库完全面向金属矿山基础数据 源 存储金属矿山井下工程地质数据 2 多种手段实现数据检查 保证数据正确性和 安全性 由于矿山地理情况的复杂 采用录入 计 算 拓扑组织显示等多种安全检测手段 从而保证数 据录入正确完整性 5建议 数据库设计研究主要面向金属矿山的生产信息 数据 由于矿山数据信息复杂 具有多变和不确定的 数据特征 分析设计中难免有纰漏与不足 研究设 计与开发的金属矿山信息管理生产数据库与基于此 的金属矿山信息管理系统软件 需要关注以下几个 问题 1 进一步完善矿山生产信息数据库建设 不断 完善系统数据库模型 所研究构建的金属矿山生产数据库仅仅考虑有 限的矿山特征 不能代表我国金属矿山的完全数据 特征 应该进一步深入理解研究完善数据库分析与 设计 对数据库设计的整个流程作进一步的细化和 完善 2 进一步扩展开发全面的金属矿山信息管理 数据库 矿山生产数据资源仅是金属矿山数据源的一部 分 随着信息科学的快速发展 矿山信息化建设的需 要 全面的金属矿山信息管理数据库成为搭建数字 金属矿山基石 参考文献 1 吴立新 殷作如 邓智毅 论2 l 世纪的矿山一一数字矿山 J 煤炭学报 2 0 0 0 2 5 4 3 3 7 3 3 8 2 刘殿文 谢海云 孙力军 如何实现矿产资源开发利用行业的 可持续发展 J 昆明理工大学学报 2 0 0 1 2 6 4 4 3 L u k a s sZ I n f o r m a t i o nm a n a g e m e l l tn e e d so ft h eC a n a d i a nm i n i n g i n d u s t r y J C I MB u l l e t 2 0 0 1 9 4 1 0 4 6 7 6 8 0 4 K e i t hR u s s A n d r e wW e t h e r e h 1 丑r g e S c a l eM i l l eV i s u a l i z a t i o n U s i n gV R M L J I E 髓C o m p u t e rG r a p h i c sa n dA p p l i c a t i o n s 1 9 9 9 3 9 4 4 5 S c h o f i e l dD D e n b yB C o m p u t e rG r a p h i c sa n dV i r t u a lR e a l i t yi n t h eM i n i n gI n d u s t r y J M i n i n gM a g a z i n e 1 9 9 4 1 7 1 5 2 8 4 2 8 6 6 S t i p i c aP a v i e i c Z v o n k oB i l j e c k i e ta 1 M i n eI n f o r m a t i o nS y s t e m f o rt h eH u m a n i t a r i a nD e m i n i n g A 2 8 t hI n t C o n f I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y 2 0 0 6 1 4 7 1 5 2 7 马洪滨 刘馨蕊 骆帅 金属矿山空间信息管理系统开发与应 用 J 地理信息世界 2 0 0 8 5 4 4 4 7 8 李梅 毛善君 数字矿山中3 D G I S 关键技术研究 J 煤炭科 学技术 2 0 0 4 3 2 8 4 4 4 8 9 刘文玉 基于U M L 的综合地质数据库管理系统研究与实现 D 长沙 中南大学 2 0 0 7 8 1 0 吴立新 朱旺喜 张瑞新 数字矿山与我国矿山未来发展 J 科技导报 2 0 0 4 2 9 4 3 1 3 2 1 1 赵鸿迪 黄士芳 高福聚 矿山信息资源系统的研究与开发 J 金属矿山 1 9 9 5 6 1 1 一1 3 1 2 R a m E h n a z f i S h a m k a n tB N a v a t h e 著 孙瑜注释 F u n d s m e n t a l so fD a t a b a s eS y s t e m sF o u r t hE d i t i o n M 北京 人民邮 电出版社 2 0 0 8 3 3 6 2 3 6 4 1 3 D a m b o r gMJ R a m a s w a r n iR J a m p a hAK e ta t A p p l i c a t i o n o fr e l a t i o n a ld a t a b a q ct oc o m p u t e r a i d e d e n g i n e e r i n go f t r a n s m i s s i o np r o t e c t i o ns y s t e m s J I E E ET r a n s a c t i o n so nP o w e r S y s t e m s 1 9 8 6 l 2 1 8 7 1 9 3 万方数据 金属矿山地理信息管理系统数据库建设金属矿山地理信息管理系统数据库建设 作者 刘馨蕊 赵鸿迪 马洪滨 骆帅 LIU Xinrui ZHAO Hongdi MA Hongbin LUO S