初论信息技术与我国有色金属矿产勘查与开发

1、第8卷第6期有色金属矿产与勘查1999年12月 GEOLOGICALEXPLORATIONFORNON FERROUSMETALS Vol.8,No.6Dec.,1999初论信息技术与我国有色金属矿产勘查与开发*方维萱 刘方杰 程顺有( 中科院地化所矿床地球化学开放实验室 贵阳 550002)( 西北大学地质系 西安 710069)( 西北有色金属地质勘查局 西安 710054)摘 要 我国有色金属工业在面对 转企 的压力下,又面临知识经济带来的挑战和机遇,重视和研究信息技术在有色金属矿产勘查与开发中的应用是一项紧迫的任务,这也是非传统的有色金属矿产勘查与开发的主要发展方向。从靶区优选!概查!

2、详查!勘探!初期开发(矿山生产勘探)!中期开发(矿山动态虚拟分析)!末期开发等一套系统集成的信息采集与处理技术系统是一项急需开拓性研究课题。已具备的有色金属矿产空间信息技术(如数据库,图形库)及空间信息统计学,为开展这项开拓性研究工作提供了必须的基础。搜索理论(STT)、专家系统(ES)、智能决策支持系统(IDDS)和虚拟分析技术是建立上述系统基础化的信息采集与处理技术系统的核心内容。关键词 有色金属工业 信息采集与处理 搜索理论 专家系统 决策系统 虚拟分析技术知识经济时代以 三C (即Computer(计算机),Communication(通信),Content(信息本体)、 三化 (数字

3、化,网络化,信息化)和 三性 (竞争性,全球性,综合性)为特征,给人类社会带来了日益深刻地变化和创造性重建1。面对未来的发展,我国有色金属工业也面临着观念、人才、技术、管理及体制等诸多方面的新挑战,同时也会带来许多新的发展机遇。近年来美国提出的 信息高速公路 计划和 数字化地球 在全世界引起了巨大反响,欧共体国家、日本、加拿大、俄罗斯、新加坡、韩国及巴西等国家把构建和实现信息化社会作为重要的国策。今年我国把地球的数字化和信息化列为优先资助研究的重大应用基础理论课题,并实施执行。重视和研究信息技术在有色金属矿产勘查与开发中的应用研究是一向紧迫的任务,这也是非传统的有色金属矿产勘查与开发的主要发展

4、方向。从本质上看,矿产勘查与开发中生产与科研都是空间信息的采集、处理、解释、应用和证伪(生产)过程。从野外观测数据获取、样品采集、室内样品处理与测试分析、成图与综合研究、矿点(化探异常)信息解释、评价、成矿预测,最终归档保存等一系列链式过程都是一个空间信息采集与处理过程。尤其是对已有科技资料的第二次信息开发和利用及其21世纪的矿产勘查与开发,空间信息技术的计算机自动化采集与处理成为主要的发展趋势和重要的研究方向。1999 08 26收稿。*本文研究由国家博士后基金(项目编号:9989)及中国有色金属工业总公司人才培养基金联合资助1 现状分析与存在问题1.1 发展现状矿产勘查与开发中空间信息自动

5、化技术实际上已逐渐开始和完善,如地面及航空磁法测量中,较先进的物探仪器已配备有数据自动采集系统并逐渐智能化,如MP-4型质子磁力仪(加拿大凤凰公司生产)可自动进行日变改正和数据采集,西方先进国家的地球物理勘探仪器几乎全部实现了数字化自动采集。我国的遥感、航空物探和地震勘探数据采集系统也已实现了计算机自动采集。但地面电法和重力数据多数仍采用手工方法。在样品测试方面,计算机自动化采集数据的发展十分不均衡,近来从国外引进的大型仪器具备不同水平的计算机自动记录系统,由于掌握仪器工作条件和系统软件不够完善,一些强大的计算机数据自动采集系统不能良好的运行。尤其是勘查地球化学,数据量很大,各测试元素采集方法

6、又大相径庭,有人工直读记录、模拟自动记录、计算机数字化自动采集。而目前西方先进国家已多数实现了模拟自动采集及计算机数字化自动采集。笔者曾访问美国地质调查所(USGS),该所的超净实验室实现了从溶样!分析测试!测试成果的采集全过程计算机自动化,从而避免了人工误差。地质矿产勘查中野外数据和文字目前以规范化的人工采集为主体,难以用计算机技术替代,室内的资料整理仍以传统的人工方法为主。使用野外现场录像、图形室内处理技术及计算机处理,仍局限于具较高水平、设备良好和人员素质高的研究单位和院校。图件是矿产勘查成果主要信息载体,遥感、物探、化探等勘查成果采用计算机自动成果已较为普遍,一些地质矿产图和地形图(G

7、IS)已经起步研究。在地质矿产勘查成果的信息化、计算机自动化处理方面,矿产统计预测研究与应用研究积累了较多成果、技术方法软件及成图软件,已经建成了全国1:25万比例尺的GIS系统。1.2 存在问题尚未规范化及发展不均衡的空间信息采集方法对现在和今后的发展有很大的不良影响,如勘查地球化学数据采集中,直读记录、模拟自动记录和计算机数字化自动采集势必存在着系统误差,而这种系统误差则是难以消除,甚至导致无法统一成图。#缺乏明确、统一的宏观发展和研究战略,导致地区性系统单位之间的不平衡发展,尤其是引进国外不同水平的仪器,其计算机数据采集系统差别甚大。虽然已进行了地质矿产勘查成果的数据库建库工作,目前多数

8、在应用开发上仍存在着很大问题,特别是一些关健技术问题仍需要进行多学科联合攻关。个别数据库多成为 死库 ,无法应用,成为 数据集合体 。笔者在负责陕西秦岭成矿区带勘查地球化学数据库建立与应用研究时#,应用人工智能理论建立了外接式数据库信息处理系统,应用人工智能系统对小秦岭及秦岭北坡的勘查地球化学异常进行了优选排队,但因原始数据采用 范式 优化不够完善,造成了计算机资源浪费较大。应用科学基础问题尚需研究解决。&缺少从靶区优选!概查!详查!勘探!初期开发(矿山生产勘探)!中期开发(矿山动态虚拟分析)!末期开发等一套系统集成的信息采集与处理技术系统。2 空间信息技术的数据库和图形库现代空间信息

9、技术(spatialinformationtechnology)有两个主要应用研究方向2:地球空间信息技术系统,以地理信息系统(GIS)为主要技术系统的多学科地学信息,地理信息系统在60年代就已出现,随着人类对地形图和各种专题地图,如自然资源中矿产资源专题制图的需求量增加和计算机技术发展,GIS为地学专家提供了强大的数据与信息计算机采集与处理自动化系统。#空间数字信息处理技术,以地质统计学和信息处理技术为主要技术支撑系统的计算机数字处理技术系统。这两个方面都成为21世纪地球科学发展的主要技术取向。这个方向中,对于空间信息来说,均表现为数据采集与信息处理的相同属性,因此,空间信息的数据库和图形库

10、是计算机自动处理的核心问题。2.1 数据库地质矿产普查、勘探与开发的数据信息具有长期保存和反复使用的特点,数据库的建立与应用也是一项长期的基础任务。美国地质调查所(USGS)从60年代开始,投入了巨大的技术力量和投资,先后建立了美国资源库、全国煤炭数据库、地球化学与岩石化学分析数据库等。美国矿产资源局建立了矿物资源可供性分析系统等。国土资源部曾于1986年对全国地矿信息系统的建设作出了规划,根据总体方案,该系统共包括12个子系统77个国家级数据库和若干个模型库、方法库,到目前为止,已建成了各种综合数据库和基础数据库,共有10大类、百余个数据库。中国有色金属工业总公司于1993年开始研究、设计重

11、点成矿区带地质物化探数据库的结构和方法系统,并开始了重点成矿区带地球化学数据库的建立与应用开发研究,数据库管理系统采用ORACLE关系型数据库管理系统(RPMS),同时采用了SQL数据语言,具有广泛的兼容性,可以在大型及微机系统上运行,具有相同的用户界面,使用户在更换或升级系统时均不会影响已开发的软件。数据库管理系统的主体结构采用自顶向下的层次结构,主要由文件管理、数据库维护、数据库管理处理成图等5大子系统组成。数据库的模式分为总库和分库2个层次。总库主要用于重点成矿区带找矿工作决策、规划及找矿方法模式的综合分析,分库主要便于地质专业人员对资料信息的使用、存取、分析研究与综合解释,同时也便于用

12、户(授权)负责对原始数据信息的自动采集和更新。为了充分满足数据信息的利用和共序,总库和分库在结构上相同,总库的数据信息通过远程通讯网络授权自动采集各分库的数据信息,二者以分布式数据库形式构成了远程通讯网络系统。数据库采集数据信息主要有:1:5万比例尺水系沉积物地球化学测量资料;#1:1万1:2.5万比例尺的基岩地球化学测量与土壤地球化学测量资料;化探异常综合信息;%区域地球化学剖面资料和地球化学背景资料等。2.2 图形库地质矿产普查、勘探的大量数据采集完成后,所建成的数据库不是传统意义的属性数据库,这种数据信息具有空间结构(如X、Y、Z地理坐标),经过专门制图系统和地理信息系统的数据信息处理后

13、,可转化为空间图形数据库4。建立空间图形数据库有2个关键技术:建立图形元素的拓朴关系,对空间图形信息进行有效的管理;#建立图形与属性的联动关系,要保证对图形单元进行任何复杂操作的情况下,都能得到一个合理的属性表。图形库的建立、应用3与开发,再现在地学专家的面前,这种直观地、能依地学专家需求而改变图形结构、重组图形内容、输出信息处理结构的地质成果可视化技术将成为21世纪地学发展的主要方向之一。可视化技术对于地质矿产的普查、勘探成果可以进行图形数据信息在空间上的检索、修改、拆分、合并、叠置、综合分析与研究,而且利用计算机技术极易实现和完成。这也就引起了对地质图、矿产图和矿产地质资料传统观念和认识的

14、重大改变,这些固定不变的图纸和资料,经过计算机数据信息采集、处理,变成了以计算机管理在逻辑-物理上有序组织、层次与网络清楚的数据信息流。在地理信息系统创立初期,Arc/Info是两个相互独立的系统,杰克.丹蒙德(JackDanger mond)倡导把Arc和Info2个系统联合起来,形成了著名的Arc/Info地理信息软件,GIS系统实际上也是图形技术与数据库技术相结合的产物。中国地质大学推出的MAPGIS系统已在全国推广应用,利用MAPGIS建立了陕西省1:20万地质图及矿产图数据库(刘燕等,1997),为进一步开发研究奠定了基础。3 空间信息统计学统和人工智能系统进行外围及深部的3D模拟分

15、析与预测,以扩大资源,实现可持续发展。智能搜索理论在化探异常评价、矿点评价及各类地质、异常区优选排队中有广泛的应用前景,广度优选搜索可以快速的缩小靶区,深度优选搜索可以深入评价有望区的深部找矿前景。笔者在建立小秦岭西段金矿点及金异常的人工智能系统时,应用了智能搜索理论,在将金矿点及金异常按陡倾斜和缓倾斜两类金矿(化)体进行广度搜索后,提出了化探异常及金矿点的优选排队顺序。对所获得的岳王庙地区Au-Ag-Pb-Hg重点有望异常进行深度优选搜索,提出该异常是寻找大型Au-(Pb-Ag)矿床的深部找矿基地。智能搜索理论是今后靶区优选与排队的一个重要的方法技术,值得进一步推广和研究。特别是应用空间拓扑

16、学理论,开展全国范围内的有色金属矿产勘查与开发的路径研究,是实现我国有色金属工业可持续发展的决策依据,这对于矿业城市及区域经济评估也十分重要。4 虚拟技术矿产普查、勘探和开发的决策支持系统以信息经济为主导的现代工业体系中,虚拟技术在飞机制造、高科技工业试验、高危项目试验中已得到广泛地应用。特别是地质项目投资费用日益减少,追求成本最小化、效益最大化的现代地质勘查工作中,虚拟技术将会成为地学中计算机空间信息处理主要方向之一。主要应用领域有:新区普查的计算机数据信息分析与决策;#重点勘探区的勘查风险计算机分析;矿山开采的经济地质评价与计算机虚拟生产;%矿山开采过程中计算机虚拟生产技术;&国家

17、级矿产资源可供性研究。决策支持系统(DSS)主要以数据和模型(数学模型、运筹学模型、经济计量模型等)来支持决策,这种基于两库(数据库、图形库)的结构对决策系统的结构产生了很大影响。专家系统的成功使决策支持系统的研究者得到启迪,二者的有机结合发展成为智能与决策支持系统的集成化系统智能决策支持系统(IDDS),并成为有机资源优化配置和区域生产力要素有机组合与配置的重要方法。5 讨论知识经济的战略核心是技术创新,我国的ChinaPAC、ChinaNet、ChinaDDN、ChinaFRN的建立,已初步构建了全国范围内的物理基础设施,其中ChinaNet、CSTNET、CERNET、ChinaGBN所

18、形成的互联网,为我国有色金属工业信息技术的研究和应用提供了良好的支撑环境。以知识资源的占有、配置、生产、分配、使用为重要因素的未来经济发展,将迫使传统企业向多面型转化,企业形式可虚拟化使企业界限变得模糊,中间商消失或中间环节转型。信息技术在我国有色金属矿产勘查与开发中开拓性应用研究这一科学技术问题,正是针对我国有色金属工业面对 改企 的压力,面临知识经济的挑战和机遇而提出的,从靶区优选!概查!详查!勘探!初期开发(矿山生产勘探)!中期开发(矿山动态虚拟分析)!末期开发等一套系统集成化的空间信息采集与处理技术系统的研究建立,可使有色金属勘查与开发有机地结合起来,缩小一系列中间环节,以现代知识经济

19、为指导理论,以协同学、系统工程为指导思想,以信息技术和计算机图形图象技术为技术工具,建立非传统的有色金属勘查与开发,从而实现勘查与开发的成本最小化,所获得的经济效益最大化。建议首先以有研究基础的地区和矿山为主体,研究开发系统集成化的空间信息技术采集与处理系统,然后大规模推广应用。811参考文献5 王永庆.人工智能(原理(方法(应用).西安:西安交通大学出版社,1994:13717 张成立.延长油区盆地构造模拟及含油系统分析(博士学位论文),西北大学地质系,1999:294610 师萍.面向知识经济的战略核心:技术创新.见:姚远,海成主编.新世纪论坛(中国科协第三届青年学术年会陕西卫星会议文集)

20、,陕西科学技术出版社,1999:5961卫星会议文集),陕西科学技术出版社,1999:7579INFORMATIONTECHNOLOGYANDTHESITUATIONOFEXPLORATIONANDDEVELOPMENTOFNON-FERROUSMETALRESOURCESINCHINAFangWeixuan LiuFangjie ChengShuiyou( GeochemicalLaboratoryofMineralDeposit,AcademianSinica,Guiyang,550002)( DepartmentofGeology,North-westChinaUniversity,Xi

21、an,710054)( North-westChinaBureauofGeologyandMineralResources,Xian,710054)Abstract Withthereformationofenterprises,arrivalofnewchallengeandcomingofknowledgeeconomy,Chinesenon-ferrousmetalindustryshouldpaymuchattentiontotheresearchontheapplicationofinformationtechnologyinexplorationandminingofnon-ferrousmetaldeposits.Itisanurgenttaskandama