数字铀矿勘查系统(QuantyU)的发展与应用_刘洋.pdf

数字铀矿勘查系统(Q u a n t y U)的发展与应用刘洋1 张明林2 王良玉1 王青1(1.核工业二四三大队 内蒙古 赤峰 0 2 4 0 0 0;2.中国铀业有限公司 北京 1 0 0 0 1 3)作者简介刘洋(1 9 9 1年),男,本科,工程师,现主要从事基础地质找矿工作。资助项目中国核工业地质局基础项目 铀矿勘查大数据汇聚与挖掘利用(2 0 2 1 0 4)。摘 要 数字铀矿勘查系统(Q u a n t y U)是一款适用于铀矿地质勘查、具有铀矿地质特色的专业化软件,实现了铀矿勘查工作主流程的数字化、信息化、网络化和三维可视化。数字铀矿勘查系统的总体结构采用三维可视化地质信息系统平台Q u a n t y V i e w的架构,是一种技术方法与应用模型层叠式复合的结构。软件功能在逻辑上划分为1 0个子系统,在实际应用过程中大幅提高了技术人员的工作效率和勘查资料的数字化程度。数字铀矿勘查系统的建设与应用,进一步创新了我国铀矿勘查工作手段,完成了勘查生产主流程数字化的实质性转变,为铀矿地质勘查信息化发展奠定了坚实基础。关键词 数字铀矿勘查系统;数据采集;数据库;三维可视化 1.前言随着计算机技术、软件技术、信息技术和网络技术的飞跃发展以及在地质勘查领域的深入应用,用户对于地质勘查信息化建设成果的需求与期待愈来愈迫切1,2。地球科学是数据密集型科学,工作方法包括三个层面:一是数据的采集、获取和保存;二是数据挖掘和数据分析,包括建模、可视化、管理和服务;三是知识发现,深化对地球信息的认识和理解3。目前,地球科学的数据采集、分析和可视化是整个地质勘查业务活动中的重点和难点,也是数字地质的首要任务。数字铀矿勘查系统(Q u a n t y U)的研发基于完全自主知 识 产 权 的 三 维 可 视 化 地 质 信 息 系 统 平 台“Q u a n t y V i e w”,致力于打造一款高性能、高可用性、高普适性的专业化三维数字铀矿勘查系统软件,实现铀矿勘查工作主流程的数字化、信息化、网络化和三维可视化。其目的是使勘查、决策效率更高、表现手法更丰富、信息量更多,从而大大提高铀矿勘查和经营管理的实时性和有效性。该系统(Q u a n t y U)数据存储的代码术语、图件编绘的图式图例、数据处理的方法流程和储量计算的类型参数,都以我国铀矿勘查开发标准执行,能够与铀矿勘查主流程及技术方法深度融合。2.发展历程中国核工业地质局铀矿勘查数字化工作于2 0 1 3年正式启动,发展至今分为四大阶段:(1)2 0 1 3-2 0 1 5年,数字铀矿勘查系统研制与开发阶段2 0 1 3年,中国核工业地质局组织有关专家就数字铀矿勘查系统研制工作方案进行论证,而后软件开发单位完成了用户需求分析报告,并在此基础上完成了系统总体设计;2 0 1 4年,中国核工业地质局成立应用测试组,配合武汉地大坤迪科技有限公司进行应用测试,基本完成了数字铀矿勘查系统的研发;2 0 1 5年初,数字铀矿勘查系统(Q u a n t y U)通过了中国核工业地质局组织的验收,该系统设计的所有功能、技术指标等符合现行规范要求。(2)2 0 1 5-2 0 1 7年,数字铀矿勘查系统测试应用与拓展阶段2 0 1 5年,数字铀矿勘查系统由开发研制阶段转向测试应用与拓展阶段;2 0 1 6年,开展数据中心管理、矿床三维地质建模等功能模块的研发工作,分别在蒙其古尔、十红滩、宝龙山、长排等典型铀矿床开展数字化勘查典型示范应用;2 0 1 7年,完成了数字铀矿勘查系统的三维建模与储量估算测试工作,测试完善数据中心管理系统。(3)2 0 1 8-2 0 2 0年,铀矿勘查数据综合应用阶段2 0 1 8年,开展数据存储中心建设,探索分线运行数字化管理模式,在蒙其古尔地区建立了应用试点并实现了初步运行;2 0 1 9年,完成了钻孔数据采集系统与语音识别系统的整合,在野外生产一线开展语音录入测试,验证了其实际应用的可行性;2 0 2 0年,开展铀矿勘查大数据平台架构设计和建设技术选型,利用061DOI:10.16631/15-1331/p.2022.06.055神经网络技术进行测井数据智能解译的前瞻性实验。(4)2 0 2 1年至今,铀矿勘查大数据汇聚与挖掘利用阶段2 0 2 1年至今,推进铀矿勘查大数据存储与管理系统研制工作,旨在实现“天空地深”多源异构地学数据的一体化集成,推进数据清洗与“一张图”数据库建设,为铀矿地质大数据的挖掘分析奠定基础。3.系统组成数字铀矿勘查系统(Q u a n t y U)的总体结构采用三维可视化地质信息系统平台Q u a n t y V i e w的架构,这是一种技术方法与应用模型层叠式复合的结构(图1)。各个组成部分在逻辑上分为三个层次:内层为数据管理层,是整个系统的核心,它贯穿于系统运作的全过程,也贯穿于系统功能应用的各个层次,数据管理层包括下部的主题数据库和上部的数据集市(或数据仓库),职能是实现数据组织、存储、检索、转换、传输、交叉访问、数据挖掘和知识发现;中层是功能应用层,是整个系统的躯干,它由下而上分为综合整理、编图建模、决策分析等3个层次,功能应用层的职能是实施系统的全部功能处理;外层是技术方法层,是整个系统的手足,可为功能应用层的各个层次及数据管理层服务,它包括各种高功能的硬、软件平台和G I S、多媒体技术、人工智能和人工神经网络技术。数据采集子系统处于地质信息系统的底层,是整个系统的基础,可实现野外与室内各种属性数据和空间数据的手工和机助入库4。图1 系统总体概念架构数字铀矿勘查系统(Q u a n t y U)在逻辑上划分为1 0个子系统(图2),包括铀矿勘查野外数据采集子系统、测井资料解释子系统、铀矿勘查数据转换与加工子系统、铀矿勘查综合信息管理子系统、地质图件计算机辅助编绘子系统、多元地学信息综合分析子系统、矿山三维地质建模与可视化子系统、多方法储量估算及三维可视化子系统、勘查项目综合管理子系统、勘查区网络信息服务子系统等5。4.现阶段应用成果数字铀矿勘查系统(Q u a n t y U)经过多年的研发、应用和优化完善,已经在中国核工业地质局下属各地勘单位全面推广,并且取得了实质性的应用效果。目前,在铀矿勘查数据的数字化获取、勘查图件的数字化编绘、勘查成果的数字化管理等方面取得了重要的进展。图2数字铀矿勘查系统(Q u a n t y U)子系统构成4.1勘查数据的快速数字化采集将W i n d o w s平台的Q u a n t y U系统移植于A n d r o i d平台,配合轻量化的移动设备(平板电脑),开发了便携式数据采集系统Q u a n t y U_P A D。结合语音识别技术,由传统低效的纸质编录向便捷高效的电子化编录转变,实现了铀矿勘查钻孔数据的野外快速数字化采集,将技术人员的编录效率提高了4 0%6 0%。4.2完备的数据库模型及层级式的综合信息管理4.2.1数据库建立了满足大数据需求的数据库模型,开发了数据质量检查工具,实现了钻孔数据采集的数字化、标准化。设计、开发的数据库结构具有高度的包容性,能集中管理Q u a n t y U形成的钻孔数据库、D G S S采集的地质调查数据库、物化探成果数据库、航测与遥感成果数据库,适宜于总体地质数据资源的开发与利用。4.2.2数据汇总与权限分配建立了基于个人、项目部、大队/研究所等三种不同级别的数据库,个人使用“轻量级”的A C C E S S数据161 资源综合库,项目部使用“中量级”的S Q LS e r v e r数据库,研究所使用大容量的O R A C L E数据库,以低层级向高层级逐级提交的方式实现数据汇总与同步。通过建立用户、科室,确定各层级的数据使用权限,从高等级向低等级授权,对数据库访问、借阅权限进行管控。4.2.3图件快速绘制与储量准确估算地质图件编绘实现了地质图件编绘的人机交互自动化,一键式自动数据驱动型成图与专家干预知识驱动型成图相结合,全面提高了资料整理的工作效率。编录本绘制基本全自动,格式调整工作量极少;综合柱状图绘制由系统生成整体框架,专家调整综合分层信息和样式;剖面图绘制由系统生成岩性柱、蚀变符号、矿段位置,专家干预连接标志层位;典型平面图件通过数据查询统计自动生成。储量估算基于传统几何图形法(块段法、剖面法)的储量估算功能,以知识驱动配合系统计算,由专家联立矿体、投影外推,由软件统计、计算各项参数。相比于以往M a p g i s、C A D成图的方法,减少了手动绘制、量算的误差,参数与图件的相互关联使Q u a n t y U在储量估算的动态更新上更具优势。4.2.4钻孔报表一体化输出以专家讨论形成的原始表格作为模板,将表格内容与数据库数据建立对应关系,输出报表时自动引用相关数据,免去了查找、手动填写的过程,精简了技术人员的工作内容,进一步提高了工作效率。4.2.5三维建模可视化在建模与可视化模块中,可以对矿体、地形、构造、蚀变、氧化带等多种类型地质体及其他地球物理参数开展三维建模工作,为可视化工作打下坚实基础。使用户能够方便地对工程数据和计算结果进行理解和交流,预先对生产流程进行可视化模拟,对地质数据做出正确的分析和判断,为勘查中遇到具体问题提供决策支持。4.2.6地质统计学方法储量估算在三维储量估算模块中,包括了普通克里格法、指示克里格法、距离反比法等多种插值方式,矿体为全属性结构,利于后续开发利用过程的数字化设计与监控。经过前期的应用对比测试,Q u a n t y U储量估算结果与国土资源部认可的D i m i n e软件相比较,误差在可控范围内,估算结果可靠。5.下一步发展方向5.1神经网络研发神经网络是典型的机器深度学习结构,通过模型训练,可以实现关键信息的精准提取、物探数据的自动解译等以往需要专家经验介入的功能,使系统由半自动化向真正的自动化、智能化转变。神经网络依靠庞大的数据参数支撑,其智能化程度与训练成本呈正比,研发合理体量且能满足数字铀矿勘查需求的神经网络模型将是以后的重点工作方向。5.2智慧勘查体系综合运用大数据、云计算、物联网等现代信息技术和定量统计分析、三维地质建模等地质信息方法,进一步完善、研发数字铀矿勘查系统、三维成矿预测系统、大数据挖掘分析系统等,在野外数据采集、地质数据管理、资源储量估算、勘探设计施工等铀矿地质勘查工作中实现全流程的信息化与智能化。6.结论(1)数字铀矿勘查系统顺应当前数字化、信息化建设与发展的趋势,在设计上保持先进性和实用性。体系架构重点体现4个方面:数字化、标准化、规范化的野外数据采集与资料整理系统;安全、高效、便捷、服务全局的数据中心管理系统;流程化、规范化、远程化的项目管理决策系统;精细化、可视化、智慧化的综合信息应用研究系统。(2)数字铀矿勘查系统的建设与应用,从根本上扭转了我国铀矿勘查工作手段落后的局面,完成了向勘查生产和管控全流程数字化的实质性转变,实现了铀矿地质勘查生产、管理全流程的数字化,为铀矿地质勘查信息化奠定了坚实基础。参考文献1孙焕英,李永生.地质勘查信息化软件研究意义与发展趋向J.黄金科学技术,2 0 1 3(0 2):6 5-6 8.2吴冲龙,刘刚.大数据与地质学的未来发展J.地质通报,2 0 1 9(7):1 0 8 1-1 0 8 8.3吴冲龙,刘刚,张夏林,等.地质科学大数据及其利用的若干问题探讨J.科学通报,2 0 1 6(1 6):1 7 9 7-1 8 0 7.4吴冲龙,张夏林,李章林,等.固体矿产勘查信息系统M.北京:科学出版社,2 0 1 9:1-4 7 4.5张夏林,吴冲龙,李章林,等.铀矿勘查工作信息化路径及必备的软件支持J.第十五届全国数学地质与地学信息学术研讨会论文集,2 0 1 6:1 9 8-2 0 1.261