李豐丹，倪平澤，李超嶺，劉 暢

（1.中國地質(zhì)大學(xué) （北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083；2.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京100037；3.有色金屬華東地質(zhì)勘查局地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210007）

單工程礦體自動(dòng)化圈定規(guī)則解析器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李豐丹1，2，倪平澤3，李超嶺2，劉 暢2

（1.中國地質(zhì)大學(xué) （北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083；2.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京100037；3.有色金屬華東地質(zhì)勘查局地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210007）

單工程礦體圈定是礦產(chǎn)勘查成果編制的基礎(chǔ)，本文針對(duì)礦產(chǎn)勘查詳查、勘探階段礦體圈定工業(yè)指標(biāo)要求多，圈定判斷復(fù)雜的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于條件表達(dá)式解析的單工程礦體自動(dòng)化圈定規(guī)則解析器。該規(guī)則解析器通過條件表達(dá)式對(duì)礦石的品級(jí)圈定條件進(jìn)行分類組織，然后根據(jù)條件表達(dá)式、礦石開采指標(biāo)進(jìn)行礦石品級(jí)自動(dòng)分類判斷和礦段合并。將該解析器集成到數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)中，作為資源儲(chǔ)量估算流程中的一個(gè)基礎(chǔ)模塊，通過提供的自動(dòng)化處理步驟，提高了礦體單工程圈定的效率。

礦產(chǎn)勘查；單工程礦體自動(dòng)化圈定；表達(dá)式解析；數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)

我國礦產(chǎn)勘查主要分為四個(gè)階段：預(yù)查、普查、詳查和勘探，每個(gè)階段都要根據(jù)勘查研究程度確定合理的工業(yè)指標(biāo)對(duì)礦體進(jìn)行邊界圈定和資源儲(chǔ)量估算。單工程礦體圈定是礦產(chǎn)勘查剖面礦體繪制及資源儲(chǔ)量估算的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的單工程圈定過程主要依靠人為判斷及手工計(jì)算，工作量大且易出錯(cuò)，因此研究自動(dòng)化的工程礦體圈定流程提高勘查成果編制效率和研究精度有重要的意義。

目前已有一些學(xué)者針對(duì)單工程礦體自動(dòng)化圈定做了相關(guān)的研究，如徐兵等（2006）提出通過遞歸算法來完成單工程礦體圈定的自動(dòng)化［1］，陳國旭（2008）提出利用規(guī)則判斷來實(shí)現(xiàn)礦體的自動(dòng)圈定［2］，同時(shí)一些國內(nèi)外礦業(yè)軟件也都具有自己的礦體圈定模塊［3］。但這些方法與功能模塊基本適用于一些礦體有益元素較為單一或勘查程度比較低（如普查、預(yù)查階段）的情況，仍然無法完全解決共生礦床、多金屬礦床的自動(dòng)化圈定問題；同時(shí)針對(duì)礦體礦石品級(jí)的劃分，目前也沒有自動(dòng)化的解決方案，而礦石品級(jí)劃分是詳查與勘探階段礦體圈定主要需要完成的工作。因此針對(duì)上述問題本文提出一套基于條件表達(dá)式解析及多礦石品級(jí)分類的綜合礦體自動(dòng)圈定的解決方法，將每種礦石品級(jí)的圈定條件用條件表達(dá)式的方式進(jìn)行組織，利用程序的自動(dòng)解析來完成樣品所屬的礦石類型和礦石品級(jí)的判斷，最后基于勘探參數(shù)、巖石屬性等條件來進(jìn)行自動(dòng)化的礦體圈定。

基于上述解決方案，作者應(yīng)用C＋＋開發(fā)語言對(duì)單工程礦體自動(dòng)化圈定規(guī)則器進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，并集成到數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)（DGSS）［4－5］的資源儲(chǔ)量估算與礦體三維建模信息子系統(tǒng)中，成為資源儲(chǔ)量估算從工業(yè)指標(biāo)設(shè)置、單工程礦體圈定、剖面間礦體圈連、資源儲(chǔ)量估算與三維建模流程中的一個(gè)基礎(chǔ)模塊，提高了礦體單工程圈定的效率。通過多個(gè)礦區(qū)的實(shí)踐應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 單工程礦體圈定需求分析

單工程礦體圈定的目的是為了區(qū)分出礦石品級(jí)和類型，計(jì)算出礦石中有用組分的含量，充分展示出礦體的連續(xù)性，為在勘探線剖面上進(jìn)行礦體連接做準(zhǔn)備。其主要圈定思想是利用礦體最低工業(yè)和邊界品位值，基于礦體最小可采厚度和夾石剔除厚度將符合品位和開采技術(shù)要求的樣品合并在一起，形成連續(xù)的礦段。在整個(gè)圈定過程中，同時(shí)還要考慮礦石類型與品級(jí)的自動(dòng)劃分、共生礦體的品位確定和綜合礦石折算等三個(gè)方面［6］。

1）礦石類型及礦石品級(jí)劃分。由于礦石開采和選礦工藝的需要，很多礦區(qū)必須在礦體圈定時(shí)區(qū)分出礦石的自然類型和工業(yè)類型。例如在圈定鐵礦時(shí)，需要按礦石類型劃分出磁鐵礦體、赤鐵礦體、及其它的共生礦體。在區(qū)分出各類不同礦體類型的基礎(chǔ)上，再根據(jù)工業(yè)/低工業(yè)礦體的品位邊界值進(jìn)行工業(yè)/低工業(yè)礦體的圈定。

2）共生礦體的圈定與處理。由于礦石之間的共生關(guān)系，很多有色金屬礦在圈定礦體時(shí)加入很多的判斷條件來進(jìn)行礦體篩選和圈定。如一些鐵礦和硫鐵礦共生的鐵礦床，由于硫鐵礦中的鐵無法綜合利用，所以在統(tǒng)計(jì)和圈定鐵礦體時(shí)，必須先根據(jù)一定的規(guī)則扣除掉硫鐵礦中鐵的含量，再按照圈定指標(biāo)進(jìn)行礦體的圈定。

3）礦石綜合折算處理。由于需要對(duì)礦床中多個(gè)有益元素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在圈定礦體時(shí)要考慮通過折算公式統(tǒng)一計(jì)算礦體的綜合利用價(jià)值。

從上述分析可以看出，單工程礦體的圈定是一個(gè)約束指標(biāo)多、判斷條件復(fù)雜的流程。而通過將各級(jí)礦石品級(jí)或礦體的圈定時(shí)涉及的眾多復(fù)雜條件與規(guī)則轉(zhuǎn)化為表達(dá)式的方式，即可以直觀的對(duì)礦體圈定條件進(jìn)行顯示，同時(shí)也有利于進(jìn)行數(shù)字化的解析和自動(dòng)化流程的實(shí)現(xiàn)。下面本文將詳細(xì)闡述條件表達(dá)式的組織與求值以及自動(dòng)化的礦體圈定過程。

2 單工程礦體自動(dòng)化圈定規(guī)則解析器的設(shè)計(jì)

將每一種礦體（或品級(jí)）的圈定規(guī)則轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言是解決復(fù)雜條件下單工程礦體自動(dòng)化圈定的關(guān)鍵，通過正則表達(dá)式的組織，對(duì)某一種礦體（或品級(jí)）的圈定規(guī)則進(jìn)行準(zhǔn)確而快速的歸納，從而利用表達(dá)式判斷當(dāng)前樣品的品位或?qū)傩詤?shù)是否符合該圈礦條件。整個(gè)圈定流程可以設(shè)計(jì)為以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：①圈定數(shù)據(jù)預(yù)處理；②圈定表達(dá)式組織與求值；③礦體自動(dòng)化圈定。具體的流程見圖1。

圖1 單工程礦體自動(dòng)化圈定總體流程設(shè)計(jì)圖

2.1 圈定數(shù)據(jù)預(yù)處理

圈定數(shù)據(jù)預(yù)處理的目的是將礦體品位數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，剔除一些異常數(shù)據(jù)對(duì)圈定結(jié)果的影響，其內(nèi)容主要包括三方面內(nèi)容。

1）綜合折算元素的生成。針對(duì)一些品位普遍偏低的多元素礦床，可能單個(gè)礦床元素?zé)o法直接利用，因此可以通過當(dāng)量折算的方式將幾種指定元素的品位與折算系數(shù)生成新的折算值對(duì)礦床元素進(jìn)行綜合利用。

2）特高品位的處理。樣品的特高品位值通常會(huì)對(duì)礦體的加權(quán)平均品位值統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生很大的影響，因此通過設(shè)置元素品位的上限或者一些經(jīng)驗(yàn)公式來對(duì)樣品進(jìn)行約束，可以將特高值對(duì)其它樣品品位的估計(jì)影響降到最小，例如：如果樣品的品位高于某個(gè)上限值就可進(jìn)行按上限值替換或剔除等處理。

3）伴生元素有用金屬量統(tǒng)計(jì)規(guī)則。在一些有色金屬礦礦體圈定與品位統(tǒng)計(jì)中，樣品中的伴生金屬元素品位只有達(dá)到了一定含量才會(huì)參與有益金屬量的統(tǒng)計(jì)。

2.2 圈定表達(dá)式的組織與求值

將所有的圈定判斷條件以圈定的礦石品級(jí)或礦體為單位進(jìn)行組織并轉(zhuǎn)化為表達(dá)式語句。針對(duì)多元素折算、共生礦物含量扣除等要求，生成的條件表達(dá)式不但要包含邏輯判斷語句，還必須支持計(jì)算式的求值。表達(dá)式的求值可以應(yīng)用基于棧結(jié)構(gòu)的“算符優(yōu)先法”實(shí)現(xiàn)。其算法的基本思想如下［7］。①首先定義兩個(gè)操作棧，一個(gè)用于運(yùn)算符的暫存，稱為Operator；另一個(gè)用于暫存操作數(shù)及求值結(jié)果，稱為Operand。②設(shè)置棧Operand為空，表達(dá)式起始符（如“＃”）為運(yùn)算符棧Operator的棧底元素。③順序讀入表達(dá)式中的各個(gè)字符，若是操作數(shù)則進(jìn)Operand棧，若是運(yùn)算符則要和Operator棧中的棧頂運(yùn)算符進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的比較。④對(duì)運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)比較結(jié)果進(jìn)行處理，若插入元素優(yōu)先級(jí)高于棧頂元素，則將插入元素壓入棧中；若優(yōu)先級(jí)相等則脫括號(hào)并接受下一個(gè)字符；若優(yōu)先級(jí)低，則退棧并將運(yùn)算結(jié)果入棧。⑤重復(fù)上述流程，直至整個(gè)表達(dá)式的值計(jì)算完畢。

2.3 自動(dòng)化圈定流程

通過條件表達(dá)式的判斷，只是初步確定了樣品是否符合礦石品級(jí)要求，還要對(duì)礦體進(jìn)行礦段長度、連續(xù)取樣時(shí)允許的夾石的剔除厚度等參數(shù)進(jìn)行判斷，最后生成連續(xù)的圈定礦段。具體的圈定流程（圖2）：①首先基于條件表達(dá)式判斷樣品品位是否符合要求；②判斷是否為連續(xù)取樣、兩段礦之間的間隔是否小于夾石剔除厚度、合并后礦段品位是否符合當(dāng)前圈定品級(jí)要求；如果是，則合并圈定礦段；如果否則新建礦段或不合并；③循環(huán)上述操作至所有樣品都完成判斷；④按最低可采厚度對(duì)所有礦段長度進(jìn)行判斷，如果礦段長度小于最小可采厚度且品位×長度小于米百分值，則刪除該礦段，反之則保留；⑤更換圈定表達(dá)式，重復(fù)①～④步驟，進(jìn)行下一品級(jí)礦石的圈定。

3 單工程礦體自動(dòng)化圈定規(guī)則解析器在DGSS中的實(shí)現(xiàn)

圖2 單工程礦體自動(dòng)圈定流程圖

圖3 圈定指標(biāo)向?qū)?/p>

由于實(shí)際工作中的圈定指標(biāo)涉及的條件較多，需要在圈定礦體的同時(shí)劃分出礦石類型及工業(yè)品級(jí)、針對(duì)不同的礦石類型或礦石品位設(shè)置不同開采指標(biāo)等，因此DGSS系統(tǒng)中通過“圈定指標(biāo)”向?qū)В▓D3）來引導(dǎo)礦區(qū)工作人員完成這一系列圈定指標(biāo)的設(shè)置，并通過方案管理不同的工業(yè)指標(biāo)。

1）輸入預(yù)賦礦體產(chǎn)狀。圈定礦體時(shí)，如果已經(jīng)對(duì)礦體的整體產(chǎn)狀有了一定的了解，可以輸入礦體的傾向、傾角用于計(jì)算礦體的真厚度；如果在圈定礦體前對(duì)礦體的整體產(chǎn)狀還不了解，可以暫時(shí)用0度代替，在圈定完礦體之后統(tǒng)一更新。

2）劃分礦石工業(yè)品級(jí)。如果要在圈定礦體的時(shí)候同時(shí)劃分出不同的礦石類型和工業(yè)品級(jí)，則可以選中該選項(xiàng)，選中該選項(xiàng)之后，點(diǎn)擊“下一步”之后進(jìn)入礦石品級(jí)劃分指標(biāo)設(shè)置，圈定礦體時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)置的劃分條件來進(jìn)行礦石品級(jí)的劃分（圖4）。

其中品級(jí)等級(jí)表示的是礦體圈定的優(yōu)先級(jí)，數(shù)值越小優(yōu)先級(jí)越高（圖5）。每個(gè)工業(yè)品級(jí)的條件表達(dá)式見圖6。完成所有的品級(jí)設(shè)置見圖7。用戶可查看圈定方案，瀏覽各工業(yè)品級(jí)的圈定指標(biāo)表達(dá)式（圖8）。圖9是根據(jù)工業(yè)指標(biāo)自動(dòng)執(zhí)行單工程礦體圈定步驟并進(jìn)行可視化的界面。在三維下，可以基于條件表達(dá)式展示樣品品位信息。

圖4 礦石品級(jí)劃分設(shè)置界面

圖5 設(shè)置礦石工業(yè)品級(jí)信息

圖7 品級(jí)劃分完成示意

圖8 根據(jù)工業(yè)指標(biāo)自動(dòng)執(zhí)行部分單工程礦體圈定

圖9 根據(jù)工業(yè)指標(biāo)自動(dòng)執(zhí)行部分單工程礦體圈定

4 結(jié)論

單工程礦體自動(dòng)化圈定規(guī)則解析器作為數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)的資源儲(chǔ)量估算與礦體三維建模信息自系統(tǒng)的一個(gè)基礎(chǔ)模塊，服務(wù)于固體礦產(chǎn)勘查資源儲(chǔ)量估算與成果表達(dá)的業(yè)務(wù)流程，符合業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的具體需求，為礦山勘查項(xiàng)目成果報(bào)告編制提供了數(shù)字化、可視化、自動(dòng)化的輔助工具，提高了地質(zhì)人員進(jìn)行單工程礦體圈定的效率。目前已廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)資源調(diào)查評(píng)價(jià)、全國危機(jī)礦山接替資源調(diào)查等項(xiàng)目，涉及全國地質(zhì)、煤炭、冶金、有色、武警黃金、化工、建材等部門。

［1］徐兵，馬小剛，田宜平.遞歸算法在單工程礦體邊界圈定中的應(yīng)用［J］.有色金屬：礦山部分，2006，58（6）：21－24.

［2］陳國旭.垂直剖面法礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)及自動(dòng)分類方法研究［D］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），2008.

［3］姜華，秦德先，陳愛兵，等.國內(nèi)外礦業(yè)軟件的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.礦產(chǎn)與地質(zhì)，2005，19（110）：422－425.

［4］李超嶺，楊東來，李豐丹，等.中國數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)的基本構(gòu)架及其核心技術(shù)的實(shí)現(xiàn)［J］.地質(zhì)通報(bào)，2008，27（7）：923－944.

［5］李超嶺，李豐丹，劉暢，等.數(shù)字地質(zhì)調(diào)查技術(shù)理論研究與應(yīng)用實(shí)踐［M］.北京：地質(zhì)出版社，2012.

［6］《礦山地質(zhì)手冊(cè)》編輯委員會(huì).礦山地質(zhì)手冊(cè)（上）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

［7］嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語言版）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1997.

Design and achievement about a rule parser of single engineering ore－body automatic delineation

LI Feng－dan1，2，NI Ping－ze3，LI Chao－ling2，LIU Chang2
（1.School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences（Beijing），Beijing 100083，China；2.Development and Research Center of China Geological Survey，Beijing 100037，China；3.Institute of Geochemical Exploration and Marine Geological Survey，ECE，Nanjing 210007，China）

Single engineering ore－body delineation is the foundation of mineral exploration data management.This research advances a rule parser of automatic delineation for single engineering ore－body delineation in mineral exploration of detailed and exploration stages while ore－body delineation industry guideline is complicated.This rule parser organizes each industrial delineation request of pending ore into logical expression，and then bases on an automatic logic estimation process to delineating ore－body of single engineering automatically.This rule parser has been integrated in Digital Geological Survey System（DGSS），and provided some automated processing steps which improve the efficiency of Single Engineering Ore－body Delineation.

mineral exploration；single engineering ore－body automatic delineation；expression evaluation；digital geological survey system

倪平澤（1981－），男，高級(jí)工程師，博士，主要研究方向?yàn)榈刭|(zhì)業(yè)務(wù)信息化、礦床資源儲(chǔ)量定量估算等。E－mail：jeffnpz＠163.com。

P62

A

1004－4051（2014）S2－0164－04

2014－07－11

全國危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目“危機(jī)礦山勘查項(xiàng)目成果報(bào)告編制GIS系統(tǒng)研究”資助（編號(hào)：200799096）；全國危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目“危機(jī)礦山勘查信息系統(tǒng)建設(shè)及推廣”資助（編號(hào)：20109909）；中國地質(zhì)調(diào)查局礦產(chǎn)資源調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目“礦產(chǎn)資源調(diào)查數(shù)據(jù)處理與綜合分析子系統(tǒng)”資助（編號(hào)：1212010551001）

李豐丹（1980－），男，高級(jí)工程師，博士生，從事地質(zhì)調(diào)查主流程信息化技術(shù)研究。E－mail：lfengdan＠m(xù)ail.cgs.gov.cn。