【文章內(nèi)容簡介】 地質(zhì)模擬的集成數(shù)據(jù)模型，該模型中涉及多種空間對象類，所包括的數(shù)據(jù)模型主要有孤立點、鉆孔、地質(zhì)圖紙、GRID、TIN、線框、不規(guī)則體元、三維規(guī)則塊體、八叉樹、四面體模型等。該集成數(shù)據(jù)模型對各種地質(zhì)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象描述比較全面，能夠滿足大部分地質(zhì)模擬任務(wù)；但由于涉及模型較多，距實際應(yīng)用還有一定距離。李清泉等(2003)根據(jù)對三維空間數(shù)據(jù)目標(biāo)類型的分析，提出了一個矢量柵格集成的三維空間數(shù)據(jù)模型。該集成模型的柵格模型中包括四叉樹和八叉樹，在矢量模型中包括TIN、TNE、Grid、CSG和B—rep。在實際應(yīng)用中，根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇一個或多個合適的數(shù)據(jù)模型對目標(biāo)進(jìn)行描述，從而實現(xiàn)對目標(biāo)的幾何和拓?fù)涞耐暾硎?。陳學(xué)習(xí)(2005)通過對GTP模型進(jìn)行擴(kuò)展與修正，提出基于擴(kuò)展GTP的地質(zhì)體與開挖體三維集成數(shù)據(jù)模型。該模型在地學(xué)層面上將地下三維空間的地質(zhì)體和開挖體從地質(zhì)元素上劃分為點狀實體、線狀實體、面狀實體和體狀實體，其中體狀實體又進(jìn)一步分為簡單體、復(fù)雜體和復(fù)合體三類；在幾何層面上，抽象出結(jié)點、邊、弧、三角形、超面、GTP、四面體和超體八類；在拓?fù)鋵用嫔?，由幾何層面抽象出的八類幾何元素、采用面向?qū)ο蟮姆椒?，通過構(gòu)模元素之間的拓?fù)潢P(guān)系實現(xiàn)對地下三維空間的點、線、面、體的拓?fù)涿枋觥Ｔ撃Ｐ涂紤]到了開挖體模型與地質(zhì)體模型之間的相互聯(lián)系，能夠較好的從地學(xué)、幾何和拓?fù)涞炔煌膶哟螌Φ刭|(zhì)體和開挖體進(jìn)行抽象和表達(dá)。以上的三維空間數(shù)據(jù)模型都是針對特定的研究對象所建立的三維空間數(shù)據(jù)模型，在應(yīng)用的過程中具有一定的局限性，雖然它們己經(jīng)初步的涉及到了面向?qū)ο蟮母拍?，但是它們最終沒有完全采用面向?qū)ο蟮姆椒▉斫⑷S空間數(shù)據(jù)模型，因此也就無法充分利用到面向?qū)ο蟮姆椒ㄖT如集成、多態(tài)、易于擴(kuò)展等優(yōu)點[12]。 數(shù)字礦山建模的理論數(shù)字礦山中空間數(shù)據(jù)模型是對真實礦山的抽象，它是由一系列支持礦山空間實體顯示、查詢、編輯和分析的數(shù)據(jù)對象組成的。按照王家耀(2001)的地理抽象層次模式，空間數(shù)據(jù)模型是數(shù)字礦山系統(tǒng)抽象的中間層，即邏輯數(shù)據(jù)模型，稱之為數(shù)字礦山的空間數(shù)據(jù)模型。數(shù)字礦山的空間數(shù)據(jù)模型是關(guān)于真實礦山中空間實體及其相互間聯(lián)系的概念，是建立在對真實礦山空間的充分認(rèn)識與完整抽象的礦山空間認(rèn)知模型(或概念模型)的基礎(chǔ)上，并用計算機(jī)能夠識別和處理的形式化語言來定義和描述真實礦山空間實體、空間地理現(xiàn)象及其相互關(guān)系，是真實礦山到數(shù)字礦山的直接映射。它為描述礦山空間數(shù)據(jù)的組織和設(shè)計礦山空間數(shù)據(jù)庫模式提供著基本方法，是數(shù)字礦山空間數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)。因此，對數(shù)字礦山空間數(shù)據(jù)模型的認(rèn)識和研究在設(shè)計數(shù)字礦山空間數(shù)據(jù)庫和發(fā)展新一代數(shù)字礦山系統(tǒng)的過程中起著舉足輕重的作用。數(shù)字礦山的空間數(shù)據(jù)模型的發(fā)展是與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)的。第一代層次與網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫帶動了層次模型和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型的發(fā)展；第二代關(guān)系數(shù)據(jù)庫帶動了關(guān)系型數(shù)據(jù)模型的發(fā)展和成熟。而面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型技術(shù)對數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，成為第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要標(biāo)志，進(jìn)而也促進(jìn)了數(shù)字礦山的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的發(fā)展[13]。一般而言，空間數(shù)據(jù)模型由概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型三個有機(jī)聯(lián)系的層次所組成。其中概念數(shù)據(jù)模型是關(guān)于實體及實體間聯(lián)系的抽象概念集，邏輯數(shù)據(jù)模型是表達(dá)概念數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)實體(或記錄)及其間關(guān)系，而物理數(shù)據(jù)模型則是描述數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的物理組織、存儲路徑和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。空間概念數(shù)據(jù)模型由于職業(yè)、專業(yè)等的不同，人們所關(guān)心的問題、研究對象、期望的結(jié)果等方面存在著差異，因而對現(xiàn)實世界的描述和抽象也是不同的，形成了不同的用戶視圖，稱之為外模式。數(shù)字礦山中空間數(shù)據(jù)模型的概念模型是考慮用戶需求的共性，用統(tǒng)一的語言描述和綜合、集成各用戶視圖。空間邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型是根據(jù)前述的概念數(shù)據(jù)模型確定的空間數(shù)據(jù)庫信息內(nèi)容(空間實體及相互關(guān)系)，具體地表達(dá)數(shù)據(jù)項、一記錄等之間的關(guān)系，因而可以有若干不同的實現(xiàn)方法。一般來說，可將空間邏輯數(shù)據(jù)模型分為采用結(jié)構(gòu)化模型和面向操作的模型兩大類。物理數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型并不涉及最底層的物理實現(xiàn)細(xì)節(jié)，但計算機(jī)處理的是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，必須將邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為物理數(shù)據(jù)模型，即要設(shè)計空間數(shù)據(jù)的物理組織、空間存取方法、數(shù)據(jù)庫總體存儲結(jié)構(gòu)等。 數(shù)字礦山建模的方法三維空間數(shù)據(jù)模型是數(shù)字礦山研究的核心和基礎(chǔ)，從六十年代初到現(xiàn)在，國內(nèi)外的學(xué)者共提出了20多種三維空間數(shù)據(jù)模型?？梢詺w納為單一模型、混合模型和集成模型的三大類[14]。單一模型單一模型是指采用單一的面元模型或體元模型來表達(dá)三維空間實體。(1)面元模型基于面元模型的建模方法主要側(cè)重于三維空間實體的表面表示，如地形表面、地質(zhì)層面、構(gòu)筑物(建筑物)及地下工程的輪廓與空間框架。所模擬的表面可能是封閉的，也可使非封閉的。(2)體元模型基于體元(Voxe1S)模型的構(gòu)模方法是指將三維連續(xù)空間離散化，以一系列連通但不重疊的體元組成。體元模型是基于三維空間的體元分割和真三維實體表達(dá)，體元的屬性可以獨立描述和存儲，因而可以進(jìn)行三維空間操作和分析。體元模型可以按體元的面數(shù)分為四面體(Tetarlldearl)、六面體(HXehaedral)、棱柱體(prismatic)和多面體(polyhedral)共4種類型，也可以根據(jù)體元的規(guī)整性分為規(guī)則體元和非規(guī)則體元兩個大類?；旌夏Ｐ突旌夏Ｐ褪侵覆捎脙煞N或兩種以上的表面或體元模型同時對同一三維空間對象進(jìn)行幾何描述和三維建模。典型的有Ocrtee與TNE、B—rep與CSG、TIN與Sections、Wire Frame與Block、B—rep即與TEN等混合模型。集成模型集成模型是指采用兩種或兩種以上的不同模型分別對系統(tǒng)中的不同三維空間對象進(jìn)行幾何描述和三維建模。代表性的集成模型有TIN與CSG、TIN與Ocrtee和TIN與GTP，此外還有面向?qū)ο蟮氖笘偶桑糜谌S地質(zhì)模型的集成方法等。第四章 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的研究與建立Surpac數(shù)據(jù)庫模塊能夠在保持?jǐn)?shù)據(jù)相聯(lián)系的前提下，生成具有最小數(shù)據(jù)冗余的數(shù)據(jù)庫。Surpac軟件要求的最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)資料就是鉆孔的柱狀圖所包含的信息，要求輸入到Surpac中的信息有鉆孔位置、鉆孔編號、鉆進(jìn)方向、方位、傾角、巖性、長度、取樣結(jié)果、品位分布情況等。地質(zhì)數(shù)據(jù)庫中匯集了所有必要的地質(zhì)信息，包括鉆孔表、測量表和轉(zhuǎn)換表這三個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表，這些信息是以圖和表相互結(jié)合的形式來描述的。具體的數(shù)據(jù)信息可分為以下四類:鉆孔的孔口信息:包括鉆孔代號、孔口坐標(biāo)(X，Y，Z三維空間坐標(biāo))、剖面位置、孔深。鉆孔的測斜信息:包括測點位置、測點方位、傾角等信息。巖性信息:包括巖層、巖性及相應(yīng)的代碼和文字描述、巖層的起點、終點、礦化帶狀況、柱狀巖性符號、圖片、照片等信息。取樣信息:巖芯采取率、取樣位置、取樣品位、取樣結(jié)果等信息。Surpac吸收了多用戶的開放數(shù)據(jù)庫技術(shù)(ODBC)的優(yōu)勢，因此Surpac地質(zhì)數(shù)據(jù)庫能夠直接與許多流行的數(shù)據(jù)庫相連接，可用諸如Access，QLserver，oracle等任何一種方式來存儲和管理地質(zhì)信息。Surpac軟件的數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和各表之間的關(guān)系以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)[15]。建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和三維地形模型，收集必要的數(shù)據(jù)資料，是使用Surpac軟件進(jìn)行金屬礦山開采設(shè)計的首要工作。根據(jù)建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容要求，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了如下整理:從工程測量成果表中提取了28個鉆孔的鉆孔名、Y坐標(biāo)、X坐標(biāo)和Z標(biāo)高；從鉆孔柱狀圖中提取了28個鉆孔的鉆孔名、據(jù)孔口距離、傾角、方位角、樣品段起點、樣品段終點、巖石類型和孔深；從7個勘探線分析結(jié)果表中提取了個鉆孔的鉆孔名、樣品段起點、樣品段終點、au品位。根據(jù)收集的資料建立金礦地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。分析要創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫表創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫框架數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)從excel或txt數(shù)據(jù)庫定義文件Surpac的圖形顯示編輯 查看數(shù)據(jù)庫分析 提取 建立地質(zhì)數(shù)據(jù)庫步驟圖分析要創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫表和字段：數(shù)據(jù)庫的基本要素為“表”和“字段”。一個數(shù)據(jù)庫由若干表組成，每個表中包含若干字段，各字段有對應(yīng)的數(shù)據(jù)格式。這些表和字段都要與實際數(shù)據(jù)庫相匹配。創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫框架：分析完已有的地質(zhì)數(shù)據(jù)及Surpac的數(shù)據(jù)庫格式，創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)庫中包含哪些表及哪些字段。導(dǎo)入數(shù)據(jù)：，導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫：存放數(shù)據(jù)的地方，地質(zhì)數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫軟件中，如 Access，Oracel，Paradox，F(xiàn)oxpro以及所有的ODBC數(shù)據(jù)源，Surpac依靠數(shù)據(jù)庫定義文件負(fù)責(zé)訪問、管理這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫定義文件：通過此定義文件，建立了后臺數(shù)據(jù)庫和Surpac的橋梁，Surpac通過其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)引擎，來訪問‘編輯、顯示數(shù)據(jù)庫。Surpac圖形顯示系統(tǒng)：一旦我們建立了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，就可以在三維空間顯示地質(zhì)工程，如鉆孔孔跡線、巖性及描述、品味值、坑道取樣軌跡、斷層等，在三維空間了解地質(zhì)現(xiàn)象。編輯、查看數(shù)據(jù)庫：在Surpac端，可以直接查看、編輯、追加數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行批量處理等。分析、提取數(shù)據(jù)：提取各類信息，包括鉆孔柱狀圖、剖面圖，組合樣、地質(zhì)統(tǒng)計等。 數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建對數(shù)據(jù)處理后，創(chuàng)建名為“地質(zhì)數(shù)據(jù)庫”的數(shù)據(jù)庫文件，并在庫中設(shè)計4個數(shù)據(jù)表。Collar表、Survey表、Sample表和Geology表，分別記錄的礦區(qū)28個鉆孔的孔口置、深度、測斜、巖性和鋁金屬品位分布情況等數(shù)據(jù)信息。具體如下： Collar表(鉆孔定位表):鉆孔的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括鉆孔名、開孔位置等。本文中所建。 Collar表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Hole_id Y X Z Max depth Hole path鉆孔編號 北坐標(biāo) 東坐標(biāo) 標(biāo)高 最大孔深 孔跡類型表中字段說明:Holeid:孔號，原則上應(yīng)該用鉆孔的實際名稱，以便區(qū)分。y、x、z：孔口坐標(biāo)。Surpac采用的是西方的礦業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即北方向用字母“Y”。東方向用字母“X”。Max path：鉆孔的最大孔深。Hole path：鉆孔的孔跡類型，也就是Surpac在摘取鉆孔數(shù)據(jù)的時候用到的數(shù)學(xué)法則，用來表明鉆孔的軌跡性質(zhì)?！皏ertical”表示鉆孔為垂直鉆孔，Surpac用垂直直線來顯示此鉆孔的軌跡；“Linear”表示鉆孔有分段測斜，Surpac用分段直線來顯示此鉆孔的軌跡；“curved”表示鉆孔有分段測斜，Surpac用圓滑曲線來顯示此鉆孔的軌跡。此外，還有一些可選數(shù)據(jù)也可存儲在Collar表中。例如鉆井施工時間、類型或者項目名稱，都可以存儲在數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)一步處理和報告的時候，可以選擇這些信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。本研究中沒有添加這些可選數(shù)據(jù)。 Survey表(鉆孔測斜表)：鉆孔的測斜數(shù)據(jù)用來控制鉆孔的鉆進(jìn)方向，基本的字段包括，鉆孔測量深度，鉆孔的方位角和傾角等。所建立 。 Survey表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Hole_id Depth Dip Azimuth鉆孔編號 測斜深度 傾角 方位角表中字段說明：Depth：每次測斜時的深度。Dip：每次測斜時鉆孔的傾角，也就是鉆探方向與水平面之間的夾角，仰角為正(上向孔)，俯角為負(fù)(下向孔)。Asimuth：每次測斜時的方位角。對于沒有測量過的垂直鉆孔，測量表的深度值就是鉆孔表中的深度值，方位角為0度。Sample表(樣品表)：樣品表主要用來記錄礦體被鉆孔揭露部位所取樣品的金屬元素含量(品位)，它可以包含多個組分，也可以是所取樣品的體重、硬度等數(shù)據(jù)。本文主要關(guān)注的是礦體中金元素的品位分布情況。 Survey表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Hold id Sample id Depth from Depth to Value au鉆孔編號 采樣編號 從…高度 到…高度 金的品位值Geology(地質(zhì)表)地質(zhì)表主要用來記錄礦體被鉆孔揭露部位的巖性特征。 Geology表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) Hole id Sample id Depth From Depth To Rock_Type鉆孔編號 采樣編號 從…高度 到…高度 巖性 以上4個數(shù)據(jù)表之間表面上看是相互獨立的，但每個表都有“鉆孔編號”字段，通過它，表與表之間建立了鏈接關(guān)系，信息之間有了關(guān)聯(lián)。因此，Surpac支持用戶通過使用某個“公用字段”來創(chuàng)建包含多張數(shù)據(jù)表的“關(guān)系數(shù)據(jù)庫”。顯然，此類數(shù)據(jù)庫的組織方式擁有以下優(yōu)點數(shù)據(jù)清晰，各個表的結(jié)構(gòu)單一；將鉆孔定位、測量、編錄、取樣工作有效分開，符合礦山的實際工作流程和分工；數(shù)據(jù)冗余達(dá)到最小程度；符合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫格式，可以輕松將數(shù)據(jù)存儲于各種常用的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品中，方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。 鉆孔表 （collar） 測斜表（survey）孔號測斜深度傾角方位角孔號XYZ最大深度孔跡類型剖面號 化驗表（sample） 孔號樣品編號深度自深度至樣品品味孔號深度自深度至巖性 巖性表（geology） 數(shù)據(jù)表的形式