基于 GIS 的矿产资源储量动态监测与可视化管理系统开发

一、引言

矿产资源是国家经济发展的重要物质基础，准确掌握矿产资源储量及其动态变化，对保障资源可持续供应、指导矿山合理开发具有重要意义。传统的矿产资源储量管理主要依赖人工记录与报表统计，存在数据更新不及时、空间信息表达能力弱、多源数据难以整合等问题，难以满足现代矿业精细化管理的需求。随着地理信息系统（GIS）技术的发展，其强大的空间数据处理、分析与可视化能力，为矿产资源储量管理提供了新的技术手段。目前，国内外在 GIS 技术应用于矿产资源管理领域已取得一定成果。国外学者利用 GIS 技术构建了矿产资源评价与规划系统，实现资源空间分布分析与潜力预测；国内也有相关研究将 GIS 用于矿区地质数据管理与开采规划，但针对矿产资源储量动态监测与可视化管理的系统开发与应用仍有待完善。因此，开发基于 GIS 的矿产资源储量动态监测与可视化管理系统，实现储量数据的动态更新、可视化分析与高效管理，对提升矿产资源管理水平具有重要的现实意义。

二、系统需求分析

2.1 功能需求

1.数据采集与管理：支持多种格式（如 CAD、遥感影像、数据库表等）的空间数据与属性数据采集，实现数据的统一存储、编辑与更新，包括矿体边界、钻孔数据、开采进度等信息。

2.储量计算与评估：基于地质模型与相关规范，实现矿产资源储量的自动计算，支持不同计算方法（如地质块段法、断面法等），并对储量结果进行分析与评估。

3.动态监测：实时获取矿山开采数据，对比开采前后储量变化，监测储量动态变化过程，及时发现异常情况并预警。

4.可视化展示：以地图、图表、三维模型等多种形式直观展示矿产资源储量空间分布、储量变化趋势、开采进度等信息，支持数据的多维度查询与可视化分析。

5.辅助决策：提供储量变化预测、开采方案模拟等功能，为矿山开采规划、资源调配等决策提供数据支持。

2.2 性能需求

1.数据处理效率：能够快速处理大规模空间数据与属性数据，确保储量计算、动态监测等功能的实时性。

2.稳定性与可靠性：系统需具备高稳定性，保证数据存储与操作的准确性，避免数据丢失与错误。

3.易用性：界面设计简洁直观，操作流程清晰，方便非专业人员使用。

4.扩展性：系统架构应具备良好的扩展性，便于后续功能模块的添加与升级。

三、系统设计

3.1 系统架构设计

系统采用分层架构设计，分为数据层、数据处理层、应用服务层和用户界面层。

•数据层：负责存储系统所需的各类数据，包括基础地理数据（地形、水系等）、地质勘探数据（钻孔、剖面图等）、储量计算数据及开采动态数据等，采用关系型数据库（如 SQL Server）与空间数据库（如 ArcSDE）相结合的存储方式。

•数据处理层：实现数据的提取、转换与加载（ETL），进行储量计算、空间分析等数据处理操作，调用 GIS 相关算法与模型。

•应用服务层：提供系统各项功能服务，如数据采集、动态监测、可视化展示等，通过 Web Service 接口实现功能的调用与共享。

•用户界面层：采用 B/S（浏览器/服务器）与 C/S（客户端/服务器）混合架构，C/S 端用于专业数据处理与高级功能操作，B/S 端便于管理层用户通过浏览器进行数据查询与可视化浏览。

3.2 数据库设计

存储矿体边界、钻孔位置、开采区域等空间数据，采用 ESRI 的Geodatabase 数据模型进行组织，包含点、线、面等多种要素类。记录矿产资源储量参数（品位、厚度、矿石量等）、开采进度信息、监测数据等属性信息，通过唯一标识符与空间数据关联。

3.3 功能模块设计

数据采集模块：支持手动录入、文件导入（如 DXF、SHP 格式）、数据库对接等多种数据采集方式，实现数据的标准化处理与入库。储量计算模块：根据地质模型与选定的储量计算方法，自动计算矿产资源储量，生成储量报表与计算图件。动态监测模块：通过实时获取开采数据，对比分析储量变化，对储量异常减少、开采超界等情况进行预警。可视化展示模块：基于 GIS 地图实现储量空间分布展示，利用三维建模技术展示矿体形态；通过图表（折线图、柱状图等）展示储量变化趋势。系统管理模块：实现用户权限管理、数据备份恢复、系统日志记录等功能，保障系统安全稳定运行。

四、系统开发与实现

4.1 开发平台与技术选型

系统采用 ArcGIS Engine 作为 GIS 开发平台，结合 C#编程语言进行开发，利用 Visual Studio 集成开发环境实现功能代码编写。数据库选择 SQLServer 2019 进行数据存储与管理，通过 ArcSDE 实现空间数据的高效访问。前端界面采用 HTML5、CSS3 与 JavaScript 技术，结合 ECharts 图表库实现数据可视化展示。

4.2 关键技术实现

以地质块段法为例，通过在 GIS 平台上对矿体进行块体划分，根据每个块体的品位、厚度等参数，结合矿石密度，自动计算块体矿石量与金属量，汇总得到矿体总储量。利用 GIS 的空间分析功能，对比开采前后矿体边界变化，计算开采矿石量；通过设置阈值，对储量变化异常情况进行预警。基于钻孔数据与矿体剖面信息，利用 ArcGIS Engine 的三维建模功能，构建矿体三维模型，实现储量空间分布的直观展示。

五、系统应用与效果分析

系统成功整合矿区地质勘探数据、开采进度数据等多源信息，实现数据的统一存储与高效管理。储量计算与评估：利用系统储量计算模块，采用地质块段法完成储量计算，计算结果与人工计算误差在允许范围内，提高了计算效率与准确性。动态监测与预警：系统实时监测开采区域储量变化，当开采量超过设定阈值时，自动发出预警信息，为矿山安全生产提供保障。可视化展示：通过 GIS 地图与三维模型，直观展示矿体形态与储量分布；利用图表展示储量变化趋势，为管理层决策提供清晰的数据支持。用户反馈表明，系统操作便捷，功能满足矿产资源储量管理需求，有效提升了矿区资源管理的信息化水平。

结语：

本文基于 GIS 技术开发的矿产资源储量动态监测与可视化管理系统，实现了储量数据的动态采集、计算、监测与可视化展示，解决了传统管理方式存在的问题。系统在实际应用中表现出良好的性能，能够为矿产资源合理开发、科学管理提供有力支持。未来研究可进一步优化系统功能，集成物联网技术实现开采数据的自动采集，结合大数据分析提升储量预测精度，推动矿产资源管理向智能化方向发展。

参考文献：

[1]探索矿产资源储量数据完整链条式管理路径.俞柏.世界有色金属,2017(16)

[2]矿产资源储量数据库管理系统需求分析与设计.陈敏;孟刚;苗琦;王天元;陈雪;曲俊利;姚星.中国矿业,2022(10)