基于体视化技术的矿床数据库管理信息系统.pdf_大学文库

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.01.003 第27卷第1期北京科技大学学报 Vol27 No.1 2005年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2005 基于体视化技术的矿床数据库管理信息系统冯超东杨鹏北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要讨论了基于体视化技术的矿床数据库管理信息系统的设计思想及实现技术.该系统是一个集图形数据管理、属性数据管理和空间数据分析为一体的管理信息系统.它利用八叉树数据结构实现了数据的压缩存储：结合了传统的MS技术和GS技术，实现了图形和数据的有机结合，关键词矿床：体视化：八叉树：数据库分类号TD178 体视化技术在地矿领域业中的研究与应用地质图、施工工程图、等值线图表)等.从以上可正处于新兴阶段，而矿床数据库建设是矿床体视以看出，矿床原始数据具有广泛、综合、复杂、动化的基础，也是矿床建模的基础.目前，国内外专态的特征，按其数据特性可分为属性数据和图形门为矿床建模与开采体视化系统而设计的矿床数据. 数据库系统为数不多，而且多数存在以下几个方数据库是矿床原始数据的存储场所.在数据面的缺陷：(1)只有地质数据，没有开采数据，不库结构设计的时候，需要遵循以下原则：()提供能动态地反映矿山勘探、开采的全过程：(2)内容稳定的空间数据结构，要能动态地反映矿山勘单一，类别简单，数据结构不够规范：(3)只对属探、开采的全过程：(2)考虑数据的压缩存储，减性数据进行管理，而没有对图形数据进行存储和少数据的存储量，提高数据的存取效率：(3)对属管理.由于缺乏完备的数据库系统，使矿床体视性数据和图形数据分别存储，且需要进行关联，化的设计思路受到很大限制，同时也影响了基于实现无缝连接：(4)既便于储量计算，又便于三维矿床体视化的矿山设计系统的研究与开发，因实体矿床、地质构造的呈现以及平面图、剖面图此，开发矿床体视化数据库系统有着非常重要的的生成等意义. 2系统设计及其实现 1数据库设计矿床体视化数据库管理系统的基础框架由矿床原始数据包括以下内容：钻孔数据（包数据库和数据库管理两部分组成，其总体结构如括xy,z三维坐标及孔深)，测斜数据（包括深度、图1所示. 方位角、倾角)，岩石（矿石）特征性质数据（即起始 2.1原始数据库的建立深度、截止深度、样长、岩石类型)，化验品位数据本系统采用Client/Server体系结构，以关系型 (即起始深度、截止深度、样长及有关矿物成分品数据库SQL Server2000作属性数据处理平台.原位等)，生产勘探数据（包括刻槽取样长度、倾向，始属性数据以交互方式或数据库接口方式输入刻槽点的x,y,z坐标及其品位，以及揭露的其他信数据库，便于动态更新数据库，反映矿山勘探、开息，如地质构造、断层、裂隙等)，图形数据（包括采的全过程. 矿区地形图、勘探线剖面图、钻孔柱状图表、水文 2.2规则化体数据的动态生成收稿日期：20040426修回日期：20041108 要生成规则化体数据，就必须对原始数据进基金项目：国家自然科学基金资助项目N0.50274009) 行预处理，即三维地质数据的规则化处理.本作者简介：冯超东(1977一)，男，顾士研究生

第卷第期年月北京科技大学学报招】一基于体视化技术的矿床数据库管理信息系统冯超东杨鹏北京科技大学土木与环境工程学院，北京摘要讨论了基于体视化技术的矿床数据库管理信息系统的设计思想及实现技术该系统是一个集图形数据管理、属性数据管理和空间数据分析为一体的管理信息系统它利用八叉树数据结构实现了数据的压缩存储结合了传统的技术和技术，实现了图形和数据的有机结合关键词矿床体视化八叉树数据库分类号体视化技术在地矿领域业中的研究与应用正处于新兴阶段，而矿床数据库建设是矿床体视化的基础，也是矿床建模的基础目前，国内外专「〕为矿床建模与开采体视化系统而设计的矿床数据库系统为数不多，而且多数存在以下几个方面的缺陷只有地质数据，没有开采数据，不能动态地反映矿山勘探、开采的全过程内容单一，类别简单，数据结构不够规范只对属性数据进行管理，而没有对图形数据进行存储和管理由于缺乏完备的数据库系统，使矿床体视化的设计思路受到很大限制，同时也影响了基于矿床体视化的矿山设计系统的研究与开发因此，开发矿床体视化数据库系统有着非常重要的意义 “ ，地质图、施工工程图、等值线图表等夕，从以上可以看出，矿床原始数据具有广泛、综合、复杂、动态的特征，按其数据特性可分为属性数据和图形数据数据库是矿床原始数据的存储场所在数据库结构设计的时候，需要遵循以下原则提供稳定的空间数据结构，要能动态地反映矿山勘探、开采的全过程考虑数据的压缩存储，减少数据的存储量，提高数据的存取效率对属性数据和图形数据分别存储，且需要进行关联，实现无缝连接既便于储量计算，又便于三维实体矿床、地质构造的呈现以及平面图、剖面图的生成等数据库设计矿床原始数据包括以下内容钻孔数据包括沙，三维坐标及孔深，测斜数据包括深度、方位角、倾角，岩石矿石特征性质数据即起始深度、截止深度、样长、岩石类型，化验品位数据即起始深度、截止深度、样长及有关矿物成分品位等，生产勘探数据包括刻槽取样长度、倾向，刻槽点的，，坐标及其品位，以及揭露的其他信息，如地质构造、断层、裂隙等，图形数据包括矿区地形图、勘探线剖面图、钻孔柱状图表、水文收稿日期习今修回日期今刁基金项目国家自然科学基金资助项目作者简介冯超东一，男，硕士研究生系统设计及其实现矿床体视化数据库管理系统的基础框架由数据库和数据库管理两部分组成，其总体结构如图所示原始数据库的建立本系统采用灯体系结构，以关系型数据库作属性数据处理平台原始属性数据以交互方式或数据库接口方式输入数据库，便于动态更新数据库，反映矿山勘探、开采的全过程规则化体数据的动态生成要生成规则化体数据，就必须对原始数据进行预处理，即三维地质数据的规则化处理口‘ 本 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．01．003

◆10· 北京科技大学学报 2005年第1期矿床体视化数据库管理系统 6 属性数据管理图形数据管理数据库管理图原始数据库据间数据库形数据体数据库理计算数据输出图1矿床体视化数据库管理系统框架图图2空间单元分割 Fig.1 Structure of deposit volume visualization database Fig.2 Partition of spatial cell management system 系统采用先进的克立格估值方法，动态生成规则体数据克立格估值法是利用变异函数所揭示的地 6 质变量的空间关系进行无偏估值.设未知网格的区域变量真值为Z,起估计值为Z,通过该网格影响范围内的几个信息点的值Z(X)(=1,2,…,)线性 3031323334353637 组合得到Z值： Z=Σ，ZX) 图3八叉树数据结构 (1) Fig.3 Structure of octree data 样本Z(X)的权系数，由克立格方程组求得. 则P所在体元八进制编码q1q2…qw满足：克立格估值法充分考虑了区域化变量的空 M=I,+2J+4K(=1,2,,M (2) 间变化特征，理论和误差分析严谨，无偏最优估例如：三维栅格坐标(xyz)为(2,3,1)，相应的值给出明确的参估半径（变程）二进制表示为(010,011,001)，则所在体元八进制 2.3数据的压缩存储编码M为：由于动态生成的规则化体数据具有数据量 M010+2×011+4×001=36. 大的特点，不便于数据的存取与三维图形的快速反之，已知八叉树八进制编码M值，也可求显示.因此，本系统采用空间单元分割技术与八出二进制值.其算法为明确M码对栅格各方向的叉树编码相结合的方法，实现数据的压缩存储。贡献，归纳如下： (1)空间单元分割技术.空间单元分割技术可若该位的编码值为0,2,4,6，则对1贡献值为0：以为一个三维数据场建立规整网格阵列可.方法若该位的编码值为1,3,5,7，则对1贡献值为1；是先建立数据场的三维包围盒，再将该包围盒适若该位的编码值为0,1,4,5，则对贡献值为0：应性地均匀分割为8个小盒，逐次分割直至各盒若该位的编码值为2,3,6,7，则对，贡献值为1；中至多只含一个数据观测点（如图2）.分割过程若该位的编码值为0,1,2,3，则对1贡献值为0：可建立起一棵八叉树（如图3），它以初始包围盒若该位的编码值为4,5,6,7，则对1，贡献值为1. 为其根结点，每次分割成的小盒为子结点，最终例如：P所在体元八进制编码M为36，则p的不可再分的小盒为叶结点，又称为体元. 坐标二进制值如表1所示. (2)八进制编码换算规则.设八叉树的深度为由表1可知，p的二进制坐标为(010,011,001) N,则任一体元的编码为91929w(q=0,1,…,7),采转化为十进制为(2,3,1).利用上述方法，对每个用八叉树结构之后，网格空间任一点P(xy,)相应栅格进行编码，然后将编码值进行排序，检查相的二进制表示为：邻八个码的属性值是否相同，如果相同则合并， x=I2…w(,k,…,1w-0,1): 如此循环直到没有能够合并的子块为止.这样， y=JJw(,五，，w-0,1): 网格结点集被划分为几块区域，每块区域内的结 z=KiK2Kx(Ki,K2,,Kx=0,1). 点编码相同

矿床体视化数据库管理系统属性数据管理图形数据管理数据库管理一原中规图数数数始间则形据据据数数化数输管输卜一一一一据据体据入理出库库数库计据算库一一一一一一门一一图矿床体视化数据库曹理系统框架图珑 · 加邝袖伽加，图空间单元分割吐七画】系统采用先进的克立格估值方法，动态生成规则体数据克立格估值法是利用变异函数所揭示的地质变量的空间关系进行无偏估值设未知网格的区域变量真值为，起估计值为，通过该网格影响范围内的几个信息点的值以不扮，，… ，线性组合得到乙值又 ‘以无样本怀的权系数凡，由克立格方程组求得克立格估值法充分考虑了区域化变量的空间变化特征，理论和误差分析严谨，无偏最优估值给出明确的参估半径变程数据的压缩存储由于动态生成的规则化体数据具有数据量大的特点，不便于数据的存取与三维图形的快速显示因此，本系统采用空间单元分割技术与八叉树编码相结合的方法，实现数据的压缩存储空间单元分割技术空间单元分割技术可以为一个三维数据场建立规整网格阵列 ‘ ，方法是先建立数据场的三维包围盒，再将该包围盒适应性地均匀分割为个小盒，逐次分割直至各盒中至多只含一个数据观测点如图分割过程可建立起一棵八叉树如图，它以初始包围盒为其根结点，每次分割成的小盒为子结点，最终不可再分的小盒为叶结点，又称为体元八进制编码换算规则设八叉树的深度为，则任一体元的编码为 … 咖产，， … ，，采用八叉树结构之后，网格空间任一点尸以少力相应的二进制表示为几…寿，人，一，吞，夕禹关 …人，，关， … ，弄，凡凡 … 瓜，，凡， … ，瓜劝，图八叉树数据结构落 ’ 则尸所在体元八进制编码 ’ 二咖满足去劫兀卜，， … ，的例如三维栅格坐标夕以少声为，，，相应的二进制表示为，，，则所在体元八进制编码衬为为卜又反之，已知八叉树八进制编码值，也可求出二进制值其算法为明确材码对栅格各方向的贡献，归纳如下若该位的编码值为，，，，则对人贡献值为若该位的编码值为，，，，则对贡献值为若该位的编码值为，，，，则对石贡献值为若该位的编码值为，，，，则对石贡献值为若该位的编码值为，，，，则对贡献值为仇若该位的编码值为，，，，则对乙贡献值为例如所在体元八进制编码为，则的坐标二进制值如表所示由表可知，的二进制坐标为，，转化为十进制为，，利用上述方法，对每个栅格进行编码，然后将编码值进行排序，检查相邻八个码的属性值是否相同，如果相同则合并如此循环直到没有能够合并的子块为止这样，网格结点集被划分为几块区域，每块区域内的结点编码相同

Vol.27 No.1 冯超东等：基于体视化技术的矿床数据库管理信息系统 ·11 表1p坐标二进制值的数据（如Excel)进行导入.这样很方便用户随矿 Table 1 M codes to the binary conversion of point p 山勘探和开采进度添加地质数据和开采数据，动 M码 0 3 6 态地反映矿山勘探、开采的全过程. 二进制I 0 0 本系统还有灵活的数据查询工具，不仅可以二进制， 0 查询原始数据库中的任意一张数据表，还可以根二进制1， 0 0 据用户的需要进行条件查询.本系统还具有完全这种编码的优点是既便于实现块所处的位实时的数据确认功能，所有的数据具有一致性和置与其编码值之间的转换，又可压缩存储数据，有效性，当你输入一个无效的数据时，系统会自还便于三维实体的显示，动给予提示. 2.4图形数据管理十分强大灵活的报告向导功能可以帮助用矿床体视化数据库的数据按其数据特性可户生成完全个性化的专业编录报告及报告摘要，分为属性数据和图形数据.属性数据的管理可以用户可以随意选择报告的内容、格式和字体，栏用关系数据库（如SQL Server2000)进行管理，而目的宽度可以根据文本的大小自行计算，可以打图形数据的管理可以用管理图形数据的软件印文件或把文件保存为HTML格式. MapInfo为平台，进行图形数据管理，建立图形数据库. 3系统特点利用MapInfo提供的数据模式，可以有机地 (1)系统以WINDOWS2000为操作系统，以把图形数据和属性数据组合在一起，以分层图形 SQL Server2000为数据库平台，以Visual C#.NET 数据为依托，将各类数据建在同一张图表中，这语言为前端开发工具，利用ADO·NET技术和编样的结构不仅灵活，易于修改和扩充，也为今后写存储过程技术来提高数据的存取效率分析处理打下了良好基础.利用MapInfo系统本 (2)系统利用空间单元分割技术与八叉树编身具有的图形和数据直接关联的功能，可方便、码相结合的方法，实现数据的压缩存储，节约了快速、实时地查询后台数据.对于远程数据库中存储空间，提高了存取效率. 的数据，可通过MapInfo内置的ODBC,实现对其 (3)系统将传统的MIS与GIS有机地结合，他类型数据库的访问连接，利用MapInfo的连接不仅吸取了数据库的强大管理功能，而且也充分功能可使外挂数据库具有内置数据库共同的功发挥了信息体视化软件的图形表达与处理功能，效.图形经坐标配准后，在MapInfo中就可做到最终达到图形与数据的完美结合，可同时看到三和矢量地图叠加显示；同时可利用MapInfo提供维图形及其有关的数据，有效地解决了数据信息的基本功能，直接获取距离长度、面积等信息. 体视化和数据存取效率问题，大大提高了管理效图形数据库还可以根据原始数据库和规则率，降低了生产成本，化体数据库的属性数据生成各种图形的图形数 (4)采用Client/Server结构体系，将不同部门，据，主要包括钻孔柱状图表、剖面图表及等值线以不同方式存储的数据进行灵活的调用，并将可图表等.它既提供人机交互能力，可以通过让用共享的空间数据和属性数据提供到局域网络上户修改数据来实现用户满意的各种视图：又提供实现信息共享，各种图形数据的保存，更新；还提供三维实体矿床、地质构造的显现、剖面生成等图形接口 4结语 2.5数据库的管理本数据库管理信息系统既能实现数据的输数据库的管理包括三方面的内容，即数据输入、管理和输出等基本功能，又能把传统的MS 入、数据管理和数据输出，技术和G1S技术相结合，使图形数据和属性数据本系统既能让用户创建新的数据库，又能让完美结合在一起.在MapInfo平台支持下，支持图用户连到已有的数据库上，在原始数据库中，除形和属性数据的双向相互查询，还可以根据需要几个基本的表外，用户可以自行定义其他的表：进行任意复合条件的查询，并进行多种统计计用户可以成批地输入数据，也可以通过其他格式算、数据漫游等

匕一一冯超东等基于体视化技术的矿床数据库管理信息系统表坐标二进制值伍恤码二进制乙二进制二进制乙这种编码的优点是既便于实现块所处的位置与其编码值之间的转换，又可压缩存储数据，还便于三维实体的显示图形数据管理矿床体视化数据库的数据按其数据特性可分为属性数据和图形数据属性数据的管理可以用关系数据库如进行管理，而图形数据的管理可以用管理图形数据的软件为平台，进行图形数据管理，建立图形数据库利用叩提供的数据模式，可以有机地把图形数据和属性数据组合在一起，以分层图形数据为依托，将各类数据建在同一张图表中这样的结构不仅灵活，易于修改和扩充，也为今后分析处理打下了良好基础利用系统本身具有的图形和数据直接关联的功能，可方便、快速、实时地查询后台数据对于远程数据库中的数据，可通过内置的，实现对其他类型数据库的访问连接，利用即的连接功能可使外挂数据库具有内置数据库共同的功效图形经坐标配准后，在几中就可做到和矢量地图叠加显示同时可利用叩提供的基本功能，直接获取距离长度、面积等信息图形数据库还可以根据原始数据库和规则化体数据库的属性数据生成各种图形的图形数据，主要包括钻孔柱状图表、剖面图表及等值线图表等它既提供人机交互能力，可以通过让用户修改数据来实现用户满意的各种视图又提供各种图形数据的保存，更新还提供三维实体矿床、地质构造的显现、剖面生成等图形接口数据库的管理数据库的管理包括三方面的内容，即数据输入、数据管理和数据输出本系统既能让用户创建新的数据库，又能让用户连到已有的数据库上在原始数据库中，除几个基本的表外，用户可以自行定义其他的表用户可以成批地输入数据，也可以通过其他格式的数据如进行导入这样很方便用户随矿山勘探和开采进度添加地质数据和开采数据，动态地反映矿山勘探、开采的全过程本系统还有灵活的数据查询工具，不仅可以查询原始数据库中的任意一张数据表，还可以根据用户的需要进行条件查询本系统还具有完全实时的数据确认功能，所有的数据具有一致性和有效性，当你输入一个无效的数据时，系统会自动给予提示十分强大灵活的报告向导功能可以帮助用户生成完全个性化的专业编录报告及报告摘要，用户可以随意选择报告的内容、格式和字体，栏目的宽度可以根据文本的大小自行计算，可以打印文件或把文件保存为，格式师，系统特点系统以仆为操作系统，以为数据库平台，以语言为前端开发工具，利用王技术和编写存储过程技术来提高数据的存取效率系统利用空间单元分割技术与八叉树编码相结合的方法，实现数据的压缩存储，节约了存储空间，提高了存取效率系统将传统的与有机地结合，不仅吸取了数据库的强大管理功能，而且也充分发挥了信息体视化软件的图形表达与处理功能，最终达到图形与数据的完美结合，可同时看到三维图形及其有关的数据，有效地解决了数据信息体视化和数据存取效率问题，大大提高了管理效率，降低了生产成本采用耐结构体系，将不同部门，以不同方式存储的数据进行灵活的调用，并将可共享的空间数据和属性数据提供到局域网络上实现信息共享结语本数据库管理信息系统既能实现数据的输入、管理和输出等基本功能，又能把传统的技术和技术相结合，使图形数据和属性数据完美结合在一起在平台支持下，支持图形和属性数据的双向相互查询，还可以根据需要进行任意复合条件的查询，并进行多种统计计算、数据漫游等