初論信息技術與我國有色金屬礦產(chǎn)勘查與開發(fā)

1、第8卷第6期有色金屬礦產(chǎn)與勘查1999年12月 GEOLOGICALEXPLORATIONFORNON FERROUSMETALS Vol.8,No.6Dec.,1999初論信息技術與我國有色金屬礦產(chǎn)勘查與開發(fā)*方維萱 劉方杰 程順有( 中科院地化所礦床地球化學開放實驗室 貴陽 550002)( 西北大學地質系 西安 710069)( 西北有色金屬地質勘查局 西安 710054)摘 要 我國有色金屬工業(yè)在面對 轉企 的壓力下,又面臨知識經(jīng)濟帶來的挑戰(zhàn)和機遇,重視和研究信息技術在有色金屬礦產(chǎn)勘查與開發(fā)中的應用是一項緊迫的任務,這也是非傳統(tǒng)的有色金屬礦產(chǎn)勘查與開發(fā)的主要發(fā)展方向。從靶區(qū)優(yōu)選!概查!

2、詳查!勘探!初期開發(fā)(礦山生產(chǎn)勘探)!中期開發(fā)(礦山動態(tài)虛擬分析)!末期開發(fā)等一套系統(tǒng)集成的信息采集與處理技術系統(tǒng)是一項急需開拓性研究課題。已具備的有色金屬礦產(chǎn)空間信息技術(如數(shù)據(jù)庫,圖形庫)及空間信息統(tǒng)計學,為開展這項開拓性研究工作提供了必須的基礎。搜索理論(STT)、專家系統(tǒng)(ES)、智能決策支持系統(tǒng)(IDDS)和虛擬分析技術是建立上述系統(tǒng)基礎化的信息采集與處理技術系統(tǒng)的核心內容。關鍵詞 有色金屬工業(yè) 信息采集與處理 搜索理論 專家系統(tǒng) 決策系統(tǒng) 虛擬分析技術知識經(jīng)濟時代以 三C (即Computer(計算機),Communication(通信),Content(信息本體)、 三化 (數(shù)字

3、化,網(wǎng)絡化,信息化)和 三性 (競爭性,全球性,綜合性)為特征,給人類社會帶來了日益深刻地變化和創(chuàng)造性重建1。面對未來的發(fā)展,我國有色金屬工業(yè)也面臨著觀念、人才、技術、管理及體制等諸多方面的新挑戰(zhàn),同時也會帶來許多新的發(fā)展機遇。近年來美國提出的 信息高速公路 計劃和 數(shù)字化地球 在全世界引起了巨大反響,歐共體國家、日本、加拿大、俄羅斯、新加坡、韓國及巴西等國家把構建和實現(xiàn)信息化社會作為重要的國策。今年我國把地球的數(shù)字化和信息化列為優(yōu)先資助研究的重大應用基礎理論課題,并實施執(zhí)行。重視和研究信息技術在有色金屬礦產(chǎn)勘查與開發(fā)中的應用研究是一向緊迫的任務,這也是非傳統(tǒng)的有色金屬礦產(chǎn)勘查與開發(fā)的主要發(fā)展

4、方向。從本質上看,礦產(chǎn)勘查與開發(fā)中生產(chǎn)與科研都是空間信息的采集、處理、解釋、應用和證偽(生產(chǎn))過程。從野外觀測數(shù)據(jù)獲取、樣品采集、室內樣品處理與測試分析、成圖與綜合研究、礦點(化探異常)信息解釋、評價、成礦預測,最終歸檔保存等一系列鏈式過程都是一個空間信息采集與處理過程。尤其是對已有科技資料的第二次信息開發(fā)和利用及其21世紀的礦產(chǎn)勘查與開發(fā),空間信息技術的計算機自動化采集與處理成為主要的發(fā)展趨勢和重要的研究方向。1999 08 26收稿。*本文研究由國家博士后基金(項目編號:9989)及中國有色金屬工業(yè)總公司人才培養(yǎng)基金聯(lián)合資助1 現(xiàn)狀分析與存在問題1.1 發(fā)展現(xiàn)狀礦產(chǎn)勘查與開發(fā)中空間信息自動

5、化技術實際上已逐漸開始和完善,如地面及航空磁法測量中,較先進的物探儀器已配備有數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)并逐漸智能化,如MP-4型質子磁力儀(加拿大鳳凰公司生產(chǎn))可自動進行日變改正和數(shù)據(jù)采集,西方先進國家的地球物理勘探儀器幾乎全部實現(xiàn)了數(shù)字化自動采集。我國的遙感、航空物探和地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也已實現(xiàn)了計算機自動采集。但地面電法和重力數(shù)據(jù)多數(shù)仍采用手工方法。在樣品測試方面,計算機自動化采集數(shù)據(jù)的發(fā)展十分不均衡,近來從國外引進的大型儀器具備不同水平的計算機自動記錄系統(tǒng),由于掌握儀器工作條件和系統(tǒng)軟件不夠完善,一些強大的計算機數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)不能良好的運行。尤其是勘查地球化學,數(shù)據(jù)量很大,各測試元素采集方法

6、又大相徑庭,有人工直讀記錄、模擬自動記錄、計算機數(shù)字化自動采集。而目前西方先進國家已多數(shù)實現(xiàn)了模擬自動采集及計算機數(shù)字化自動采集。筆者曾訪問美國地質調查所(USGS),該所的超凈實驗室實現(xiàn)了從溶樣!分析測試!測試成果的采集全過程計算機自動化,從而避免了人工誤差。地質礦產(chǎn)勘查中野外數(shù)據(jù)和文字目前以規(guī)范化的人工采集為主體,難以用計算機技術替代,室內的資料整理仍以傳統(tǒng)的人工方法為主。使用野外現(xiàn)場錄像、圖形室內處理技術及計算機處理,仍局限于具較高水平、設備良好和人員素質高的研究單位和院校。圖件是礦產(chǎn)勘查成果主要信息載體,遙感、物探、化探等勘查成果采用計算機自動成果已較為普遍,一些地質礦產(chǎn)圖和地形圖(G

7、IS)已經(jīng)起步研究。在地質礦產(chǎn)勘查成果的信息化、計算機自動化處理方面,礦產(chǎn)統(tǒng)計預測研究與應用研究積累了較多成果、技術方法軟件及成圖軟件,已經(jīng)建成了全國1:25萬比例尺的GIS系統(tǒng)。1.2 存在問題尚未規(guī)范化及發(fā)展不均衡的空間信息采集方法對現(xiàn)在和今后的發(fā)展有很大的不良影響,如勘查地球化學數(shù)據(jù)采集中,直讀記錄、模擬自動記錄和計算機數(shù)字化自動采集勢必存在著系統(tǒng)誤差,而這種系統(tǒng)誤差則是難以消除,甚至導致無法統(tǒng)一成圖。#缺乏明確、統(tǒng)一的宏觀發(fā)展和研究戰(zhàn)略,導致地區(qū)性系統(tǒng)單位之間的不平衡發(fā)展,尤其是引進國外不同水平的儀器,其計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)差別甚大。雖然已進行了地質礦產(chǎn)勘查成果的數(shù)據(jù)庫建庫工作,目前多數(shù)

8、在應用開發(fā)上仍存在著很大問題,特別是一些關健技術問題仍需要進行多學科聯(lián)合攻關。個別數(shù)據(jù)庫多成為 死庫 ,無法應用,成為 數(shù)據(jù)集合體 。筆者在負責陜西秦嶺成礦區(qū)帶勘查地球化學數(shù)據(jù)庫建立與應用研究時#,應用人工智能理論建立了外接式數(shù)據(jù)庫信息處理系統(tǒng),應用人工智能系統(tǒng)對小秦嶺及秦嶺北坡的勘查地球化學異常進行了優(yōu)選排隊,但因原始數(shù)據(jù)采用 范式 優(yōu)化不夠完善,造成了計算機資源浪費較大。應用科學基礎問題尚需研究解決。&缺少從靶區(qū)優(yōu)選!概查!詳查!勘探!初期開發(fā)(礦山生產(chǎn)勘探)!中期開發(fā)(礦山動態(tài)虛擬分析)!末期開發(fā)等一套系統(tǒng)集成的信息采集與處理技術系統(tǒng)。2 空間信息技術的數(shù)據(jù)庫和圖形庫現(xiàn)代空間信息

9、技術(spatialinformationtechnology)有兩個主要應用研究方向2:地球空間信息技術系統(tǒng),以地理信息系統(tǒng)(GIS)為主要技術系統(tǒng)的多學科地學信息,地理信息系統(tǒng)在60年代就已出現(xiàn),隨著人類對地形圖和各種專題地圖,如自然資源中礦產(chǎn)資源專題制圖的需求量增加和計算機技術發(fā)展,GIS為地學專家提供了強大的數(shù)據(jù)與信息計算機采集與處理自動化系統(tǒng)。#空間數(shù)字信息處理技術,以地質統(tǒng)計學和信息處理技術為主要技術支撐系統(tǒng)的計算機數(shù)字處理技術系統(tǒng)。這兩個方面都成為21世紀地球科學發(fā)展的主要技術取向。這個方向中,對于空間信息來說,均表現(xiàn)為數(shù)據(jù)采集與信息處理的相同屬性,因此,空間信息的數(shù)據(jù)庫和圖形庫

10、是計算機自動處理的核心問題。2.1 數(shù)據(jù)庫地質礦產(chǎn)普查、勘探與開發(fā)的數(shù)據(jù)信息具有長期保存和反復使用的特點,數(shù)據(jù)庫的建立與應用也是一項長期的基礎任務。美國地質調查所(USGS)從60年代開始,投入了巨大的技術力量和投資,先后建立了美國資源庫、全國煤炭數(shù)據(jù)庫、地球化學與巖石化學分析數(shù)據(jù)庫等。美國礦產(chǎn)資源局建立了礦物資源可供性分析系統(tǒng)等。國土資源部曾于1986年對全國地礦信息系統(tǒng)的建設作出了規(guī)劃,根據(jù)總體方案,該系統(tǒng)共包括12個子系統(tǒng)77個國家級數(shù)據(jù)庫和若干個模型庫、方法庫,到目前為止,已建成了各種綜合數(shù)據(jù)庫和基礎數(shù)據(jù)庫,共有10大類、百余個數(shù)據(jù)庫。中國有色金屬工業(yè)總公司于1993年開始研究、設計重

11、點成礦區(qū)帶地質物化探數(shù)據(jù)庫的結構和方法系統(tǒng),并開始了重點成礦區(qū)帶地球化學數(shù)據(jù)庫的建立與應用開發(fā)研究,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用ORACLE關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RPMS),同時采用了SQL數(shù)據(jù)語言,具有廣泛的兼容性,可以在大型及微機系統(tǒng)上運行,具有相同的用戶界面,使用戶在更換或升級系統(tǒng)時均不會影響已開發(fā)的軟件。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主體結構采用自頂向下的層次結構,主要由文件管理、數(shù)據(jù)庫維護、數(shù)據(jù)庫管理處理成圖等5大子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)庫的模式分為總庫和分庫2個層次?？値熘饕糜谥攸c成礦區(qū)帶找礦工作決策、規(guī)劃及找礦方法模式的綜合分析,分庫主要便于地質專業(yè)人員對資料信息的使用、存取、分析研究與綜合解釋,同時也便于用

12、戶(授權)負責對原始數(shù)據(jù)信息的自動采集和更新。為了充分滿足數(shù)據(jù)信息的利用和共序,總庫和分庫在結構上相同,總庫的數(shù)據(jù)信息通過遠程通訊網(wǎng)絡授權自動采集各分庫的數(shù)據(jù)信息,二者以分布式數(shù)據(jù)庫形式構成了遠程通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫采集數(shù)據(jù)信息主要有:1:5萬比例尺水系沉積物地球化學測量資料;#1:1萬1:2.5萬比例尺的基巖地球化學測量與土壤地球化學測量資料;化探異常綜合信息;%區(qū)域地球化學剖面資料和地球化學背景資料等。2.2 圖形庫地質礦產(chǎn)普查、勘探的大量數(shù)據(jù)采集完成后,所建成的數(shù)據(jù)庫不是傳統(tǒng)意義的屬性數(shù)據(jù)庫,這種數(shù)據(jù)信息具有空間結構(如X、Y、Z地理坐標),經(jīng)過專門制圖系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理后

13、,可轉化為空間圖形數(shù)據(jù)庫4。建立空間圖形數(shù)據(jù)庫有2個關鍵技術:建立圖形元素的拓樸關系,對空間圖形信息進行有效的管理;#建立圖形與屬性的聯(lián)動關系,要保證對圖形單元進行任何復雜操作的情況下,都能得到一個合理的屬性表。圖形庫的建立、應用3與開發(fā),再現(xiàn)在地學專家的面前,這種直觀地、能依地學專家需求而改變圖形結構、重組圖形內容、輸出信息處理結構的地質成果可視化技術將成為21世紀地學發(fā)展的主要方向之一?？梢暬夹g對于地質礦產(chǎn)的普查、勘探成果可以進行圖形數(shù)據(jù)信息在空間上的檢索、修改、拆分、合并、疊置、綜合分析與研究,而且利用計算機技術極易實現(xiàn)和完成。這也就引起了對地質圖、礦產(chǎn)圖和礦產(chǎn)地質資料傳統(tǒng)觀念和認識的

14、重大改變,這些固定不變的圖紙和資料,經(jīng)過計算機數(shù)據(jù)信息采集、處理,變成了以計算機管理在邏輯-物理上有序組織、層次與網(wǎng)絡清楚的數(shù)據(jù)信息流。在地理信息系統(tǒng)創(chuàng)立初期,Arc/Info是兩個相互獨立的系統(tǒng),杰克.丹蒙德(JackDanger mond)倡導把Arc和Info2個系統(tǒng)聯(lián)合起來,形成了著名的Arc/Info地理信息軟件,GIS系統(tǒng)實際上也是圖形技術與數(shù)據(jù)庫技術相結合的產(chǎn)物。中國地質大學推出的MAPGIS系統(tǒng)已在全國推廣應用,利用MAPGIS建立了陜西省1:20萬地質圖及礦產(chǎn)圖數(shù)據(jù)庫(劉燕等,1997),為進一步開發(fā)研究奠定了基礎。3 空間信息統(tǒng)計學統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)進行外圍及深部的3D模擬分

15、析與預測,以擴大資源,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。智能搜索理論在化探異常評價、礦點評價及各類地質、異常區(qū)優(yōu)選排隊中有廣泛的應用前景,廣度優(yōu)選搜索可以快速的縮小靶區(qū),深度優(yōu)選搜索可以深入評價有望區(qū)的深部找礦前景。筆者在建立小秦嶺西段金礦點及金異常的人工智能系統(tǒng)時,應用了智能搜索理論,在將金礦點及金異常按陡傾斜和緩傾斜兩類金礦(化)體進行廣度搜索后,提出了化探異常及金礦點的優(yōu)選排隊順序。對所獲得的岳王廟地區(qū)Au-Ag-Pb-Hg重點有望異常進行深度優(yōu)選搜索,提出該異常是尋找大型Au-(Pb-Ag)礦床的深部找礦基地。智能搜索理論是今后靶區(qū)優(yōu)選與排隊的一個重要的方法技術,值得進一步推廣和研究。特別是應用空間拓撲

16、學理論,開展全國范圍內的有色金屬礦產(chǎn)勘查與開發(fā)的路徑研究,是實現(xiàn)我國有色金屬工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的決策依據(jù),這對于礦業(yè)城市及區(qū)域經(jīng)濟評估也十分重要。4 虛擬技術礦產(chǎn)普查、勘探和開發(fā)的決策支持系統(tǒng)以信息經(jīng)濟為主導的現(xiàn)代工業(yè)體系中,虛擬技術在飛機制造、高科技工業(yè)試驗、高危項目試驗中已得到廣泛地應用。特別是地質項目投資費用日益減少,追求成本最小化、效益最大化的現(xiàn)代地質勘查工作中,虛擬技術將會成為地學中計算機空間信息處理主要方向之一。主要應用領域有:新區(qū)普查的計算機數(shù)據(jù)信息分析與決策;#重點勘探區(qū)的勘查風險計算機分析;礦山開采的經(jīng)濟地質評價與計算機虛擬生產(chǎn);%礦山開采過程中計算機虛擬生產(chǎn)技術;&國家

17、級礦產(chǎn)資源可供性研究。決策支持系統(tǒng)(DSS)主要以數(shù)據(jù)和模型(數(shù)學模型、運籌學模型、經(jīng)濟計量模型等)來支持決策,這種基于兩庫(數(shù)據(jù)庫、圖形庫)的結構對決策系統(tǒng)的結構產(chǎn)生了很大影響。專家系統(tǒng)的成功使決策支持系統(tǒng)的研究者得到啟迪,二者的有機結合發(fā)展成為智能與決策支持系統(tǒng)的集成化系統(tǒng)智能決策支持系統(tǒng)(IDDS),并成為有機資源優(yōu)化配置和區(qū)域生產(chǎn)力要素有機組合與配置的重要方法。5 討論知識經(jīng)濟的戰(zhàn)略核心是技術創(chuàng)新,我國的ChinaPAC、ChinaNet、ChinaDDN、ChinaFRN的建立,已初步構建了全國范圍內的物理基礎設施,其中ChinaNet、CSTNET、CERNET、ChinaGBN所

18、形成的互聯(lián)網(wǎng),為我國有色金屬工業(yè)信息技術的研究和應用提供了良好的支撐環(huán)境。以知識資源的占有、配置、生產(chǎn)、分配、使用為重要因素的未來經(jīng)濟發(fā)展,將迫使傳統(tǒng)企業(yè)向多面型轉化,企業(yè)形式可虛擬化使企業(yè)界限變得模糊,中間商消失或中間環(huán)節(jié)轉型。信息技術在我國有色金屬礦產(chǎn)勘查與開發(fā)中開拓性應用研究這一科學技術問題,正是針對我國有色金屬工業(yè)面對 改企 的壓力,面臨知識經(jīng)濟的挑戰(zhàn)和機遇而提出的,從靶區(qū)優(yōu)選!概查!詳查!勘探!初期開發(fā)(礦山生產(chǎn)勘探)!中期開發(fā)(礦山動態(tài)虛擬分析)!末期開發(fā)等一套系統(tǒng)集成化的空間信息采集與處理技術系統(tǒng)的研究建立,可使有色金屬勘查與開發(fā)有機地結合起來,縮小一系列中間環(huán)節(jié),以現(xiàn)代知識經(jīng)濟

19、為指導理論,以協(xié)同學、系統(tǒng)工程為指導思想,以信息技術和計算機圖形圖象技術為技術工具,建立非傳統(tǒng)的有色金屬勘查與開發(fā),從而實現(xiàn)勘查與開發(fā)的成本最小化,所獲得的經(jīng)濟效益最大化。建議首先以有研究基礎的地區(qū)和礦山為主體,研究開發(fā)系統(tǒng)集成化的空間信息技術采集與處理系統(tǒng),然后大規(guī)模推廣應用。811參考文獻5 王永慶.人工智能(原理(方法(應用).西安:西安交通大學出版社,1994:13717 張成立.延長油區(qū)盆地構造模擬及含油系統(tǒng)分析(博士學位論文),西北大學地質系,1999:294610 師萍.面向知識經(jīng)濟的戰(zhàn)略核心:技術創(chuàng)新.見:姚遠,海成主編.新世紀論壇(中國科協(xié)第三屆青年學術年會陜西衛(wèi)星會議文集)

20、,陜西科學技術出版社,1999:5961衛(wèi)星會議文集),陜西科學技術出版社,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