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时空数据模型在露天矿排产中的应用
2008-08-15
针对露天矿开采数据具有的时空特征,在现有的时空数据模型的基础上,采用了面向对象时空数据 模型来组织露天矿开采时空数据,以动态规划和0-1整数规划相结合的算法对露天矿进行排产,并以马钢和尚桥 露天矿为例,建立时空数据库保存规划结果。在形成有历史、现时和计划数据的时空数据库的基础上实现露天矿 规划排产系统的设计及应用开发。
Series No. 386 Augestꢀ 2008 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总08第年 3第868期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 时空数据模型在露天矿排产中的应用 1 1 2 戴 小 平 ꢀ 王 ꢀ 敏 ꢀ 王 山 东 ( 1. 安 徽 工 业 大 学 ; 2. 河 海 大 学 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 针 对 露 天 矿 开 采 数 据 具 有 的 时 空 特 征 , 在 现 有 的 时 空 数 据 模 型 的 基 础 上 , 采 用 了 面 向 对 象 时 空 数 据 模 型 来 组 织 露 天 矿 开 采 时 空 数 据 , 以 动 态 规 划 和 0 - 1 整 数 规 划 相 结 合 的 算 法 对 露 天 矿 进 行 排 产 , 并 以 马 钢 和 尚 桥 露 天 矿 为 例 , 建 立 时 空 数 据 库 保 存 规 划 结 果 。 在 形 成 有 历 史 、 现 时 和 计 划 数 据 的 时 空 数 据 库 的 基 础 上 实 现 露 天 矿 规 划 排 产 系 统 的 设 计 及 应 用 开 发 。 关 键 词 ꢀ 时 空 数 据 ꢀ 块 段 模 型 ꢀ 面 向 对 象 时 空 数 据 模 型 ꢀ 露 天 矿 排 产 Application of Spatiotemporal Data Model in the Mining Scheduling for Strip Mines 1 1 2 Dai Xiaoping ꢀ Wang Min ꢀ Wang Shandong ( 1 Anhui University of Technology; 2 Hohai University) Abstractꢀ In light of the characteristic of the spatiotemporal data of strip mining and based on the existing spatio temporal data model, the objectoriented spatiotemporal data modeling was used to organize the spatiotemporal data of strip mining and make the strip mining scheduling by an arithmetic integrating dynamic programming and 01 integer pro gramming. Taking He Shang Qiao Openpit Mine of MaSteel as an example, a spatiotemporal database was setup to store the planning results. It was based on the spatiotemporal database with historical, present and planning data that the design and application development for the mining scheduling of strip mines were made. Keywordsꢀ Spatiotemporal data; block model, objectoriented spatiotemporal data model; mining scheduling for strip mines ꢀ ꢀ 露 天 矿 排 产 作 为 矿 山 规 划 的 一 项 重 要 工 作 , 是 型 实 际 是 空 间 目 标 的 快 照 模 型 。 为 了 实 时 获 取 时 间 维 上 的 历 史 数 据 、 现 时 数 据 和 计 划 数 据 , 我 们 引 入 了 面 向 对 象 的 时 空 数 据 模 型 2] 。 利 用 该 模 型 , 在 原 有 的 基 于 栅 格 的 空 间 关 系 数 据 库 的 基 础 上 , 将 栅 格 块 作 为 一 个 对 象 , 每 个 对 象 包 含 空 间 属 性 、 一 般 属 性 、 时 间 属 性 。 随 着 矿 山 的 逐 年 开 采 , 必 然 会 产 生 矿 山 现 状 改 变 、 矿 山 开 采 的 延 迟 、 提 前 、 停 滞 等 事 件 , 我 们 将 这 些 事 件 看 作 是 矿 山 开 采 的 规 划 类 型 , 在 时 间 维 上 给 予 一 个 计 划 开 采 时 间 和 实 际 开 采 时 间 , 将 各 种 数 据 结 构 单 元 附 上 计 划 开 采 时 间 3] 。 将 栅 格 块 段 作 为 露 天 矿 开 采 的 基 本 单 元 , 按 照 以 上 的 设 计 思 想 建 立 露 天 矿 开 采 时 空 数 据 库 。 全 面 反 映 露 天 矿 工 程 在 时 间 、 空 间 与 数 量 关 系 上 具 体 发 展 的 生 产 技 术 计 划 , 其 目 的 是 在 露 天 矿 境 界 圈 定 的 情 况 下 , 更 有 效 、 更 经 济 地 将 境 界 内 的 矿 体 开 采 出 来 , 并 且 使 得 效 益 达 到 最 优 1] 。 传 统 的 排 产 软 件 都 是 在 模 拟 开 采 的 基 础 上 编 制 采 剥 计 划 , 数 据 保 存 在 文 本 或 纯 空 间 数 据 库 中 , 使 得 计 划 数 据 无 法 系 统 保 存 , 尤 其 对 规 划 数 据 更 是 难 以 对 比 分 析 和 利 用 。 而 且 大 多 数 的 地 质 和 采 矿 软 件 都 是 基 于 地 理 信 息 系 统 的 , 如 何 结 合 地 理 信 息 系 统 的 时 空 数 据 更 好 地 实 现 采 矿 规 划 , 如 何 在 原 有 的 查 询 和 操 作 功 能 的 系 统 中 加 强 系 统 的 分 析 功 能 是 我 们 研 究 时 空 数 据 模 型 的 最 终 目 的 。 采 用 了 面 向 对 象 的 时 空 数 据 模 型 来 组 织 露 天 矿 时 空 数 据 , 结 合 矿 山 工 程 规 划 算 法 来 探 讨 面 向 对 象 时 空 数 据 模 型 在 露 天 矿 排 产 上 的 应 用 。 [ [ [ 1 . 2ꢀ 时 空 数 据 库 的 建 立 根 据 采 矿 系 统 设 计 的 基 本 功 能 需 求 , 将 采 矿 数 据 主 要 保 存 在 3 个 数 据 表 中 : 原 始 表 、 规 划 表 、 历 史 1 ꢀ 露 天 矿 开 采 规 划 时 空 数 据 组 织 . 1ꢀ 时 空 数 据 模 型 的 设 计 戴 小 平 ( 1958— ) , 男 , 安 徽 工 业 大 学 计 算 机 学 院 , 副 教 授 , 243002 安 徽 省 马 鞍 山 市 湖 东 路 59 号 。 1 在 栅 格 块 段 数 据 模 型 基 础 上 扩 展 的 时 空 数 据 模 · 85· 总 第 386 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 8 期 规 划 表 4] 。 [ 为 了 实 现 矿 山 的 电 算 化 , 在 处 理 矿 山 问 题 的 时 候 就 在 三 维 空 间 上 , 把 开 采 范 围 内 的 矿 岩 块 段 化 , 即 把 范 围 内 的 矿 岩 按 一 定 的 尺 寸 分 成 若 干 个 立 方 体 , 构 成 一 个 矿 岩 块 段 化 模 型 5] , 如 图 1 所 示 。 即 把 地 质 体 或 矿 体 划 分 为 一 系 列 的 长 方 体 单 元 , 近 似 地 表 示 地 质 体 或 矿 体 , 每 个 长 方 体 单 元 都 有 相 应 的 属 性 表 示 地 质 体 或 矿 体 内 部 某 一 位 置 的 内 部 性 质 。 原 始 表 中 保 存 栅 格 块 完 整 的 现 状 属 性 信 息 , 主 要 有 块 段 的 坐 标 ( 从 ( 0, 0, 实 际 标 高 × 10) 开 始 标 记 第 一 块 , 依 次 下 去 ) 、 矿 石 的 品 级 或 岩 石 ( 类 型 ) 、 各 种 矿 石 的 品 位 、 实 际 开 采 时 间 ( 空 时 表 示 未 开 采 ) 、 计 划 开 采 时 间 ( 开 采 规 划 结 果 ) 以 及 是 否 在 开 采 境 界 内 。 基 本 结 构 如 表 1 所 示 。 [ 表 1ꢀ 矿 山 栅 格 数 据 ( TblGrid) 属 ꢀ 性 字 段 名 称 块 段 号 ( GridID) Char( 10) X 坐 标 ( NX) int Y 坐 标 ( NY) int Z 坐 标 ( NZ) int 矿 石 的 品 级 或 岩 石 ( Mtype) Char( 2) float 矿 石 的 品 位 ( CS ) n 图 1ꢀ 块 段 模 型 实 际 开 采 时 间 ( VTime) 计 划 开 采 时 间 ( PTime) 境 界 范 围 ( Scare) Data Data bool 和 尚 桥 地 质 模 块 将 整 个 矿 床 36 m 到 - 120 m, 总 共 分 为 13 层 。 每 一 层 的 矿 床 边 界 最 大 长 度 为 ꢀ ꢀ 规 划 表 记 录 排 产 规 划 的 结 果 , 规 划 表 可 以 按 规 3 20, 最 大 宽 度 也 为 320, 以 5 × 5 × 3 的 长 方 体 为 最 划 号 分 别 存 储 多 次 规 划 的 结 果 , 某 次 规 划 按 规 划 周 期 分 开 。 规 划 周 期 ( 一 次 规 划 分 成 几 个 周 期 ) 、 各 级 矿 量 ( 规 划 周 期 内 各 种 矿 石 产 量 ) 、 所 需 设 备 ( 该 周 期 所 需 要 的 设 备 数 量 ) 。 基 本 结 构 如 表 2 所 示 。 表 2ꢀ 开 采 规 划 ( TblPlan) 小 单 元 块 , 则 每 个 层 可 分 了 320 × 320 × 4 个 小 块 , 每 层 第 一 块 从 ( 0, 0, 实 际 标 高 × 10) 开 始 标 记 , 将 栅 格 块 段 数 据 保 存 到 数 据 库 中 。 2 . 2ꢀ 露 天 矿 排 产 的 基 本 流 程 时 空 数 据 在 规 划 中 应 用 的 基 本 流 程 如 图 2 所 字 段 名 称 属 ꢀ 性 示 。 规 划 号 ( PlanID) 规 划 周 期 ( Period) Char( 10) Char( 10 flaot 各 级 矿 量 ( MineAmont) 各 种 金 属 量 ( MetalAmont) 所 需 设 备 ( Scaper) float int 规 划 时 间 ( Time) Date 图 2ꢀ 露 天 矿 排 产 流 程 ꢀ ꢀ 历 史 规 划 表 记 录 这 次 规 划 之 前 所 有 方 块 的 所 有 2. 3ꢀ 基 于 时 空 数 据 模 型 的 露 天 矿 排 产 的 基 本 思 路 计 划 开 采 时 间 。 规 划 号 . 计 划 开 采 时 间 表 示 某 次 规 划 下 的 该 块 段 的 计 划 开 采 时 间 。 基 本 结 构 如 表 3 所 示 。 在 设 计 的 露 天 矿 时 空 数 据 库 基 础 上 , 选 用 ( 0, [ 6] , 1) 整 数 规 划 和 N - best 动 态 规 划 相 结 合 的 算 法 对 和 尚 桥 露 天 矿 进 行 排 产 , 基 本 思 路 如 下 。 2. 3. 1ꢀ 一 次 规 划 表 3ꢀ 历 史 规 划 ( TblHisPlan) 字 段 名 称 属 ꢀ ꢀ 性 采 用 ( 0, 1) 整 数 规 划 算 法 建 立 一 个 数 学 模 型 , 从 TblGrid 表 中 取 出 境 界 内 栅 格 数 据 进 行 计 算 , 产 生 一 年 的 计 划 。 在 利 用 N - best 动 态 规 划 的 思 想 进 行 迭 代 , 这 样 便 产 生 一 个 开 采 周 期 内 的 长 期 计 划 。 基 本 流 程 图 如 图 3 所 示 。 块 段 号 ( GridID) Char( 10) Char( 20) Char( 20) 规 划 号 . 计 划 开 采 时 间 ( Ptime1) 规 划 号 . 计 划 开 采 时 间 ( Ptime2) 2 ꢀ 和 尚 桥 露 天 矿 排 产 的 应 用 2 . 1ꢀ 和 尚 桥 露 天 矿 地 质 模 型 简 介 和 尚 桥 矿 区 分 为 马 塘 、 大 尾 山 2 个 矿 段 , 由 于 2 个 矿 段 的 MFe2 和 MFe3 以 及 其 他 矿 石 的 品 位 都 不 相 同 , 在 分 析 地 质 模 型 时 要 区 分 , 但 在 这 里 我 们 将 两 个 矿 段 作 为 一 个 整 体 考 虑 。 图 3ꢀ 规 划 流 程 · 86· ꢀ ꢀ ꢀ 戴 小 平 等 : 时 空 数 据 模 型 在 露 天 矿 排 产 中 的 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 8 期 以 规 划 号 为 唯 一 标 志 保 存 到 TblPlan 表 中 , 同 时 修 改 TblGrid 表 每 个 栅 格 块 段 的 计 划 开 采 时 间 字 段 属 性 值 。 这 样 完 成 露 天 矿 开 采 前 首 次 规 划 , 数 据 完 整 的 保 存 到 时 空 数 据 库 中 。 基 本 数 据 库 操 作 为 : 选 择 境 界 内 的 块 段 数 据 Select  From TblGrid where Scare = 1。 2 . 3. 2ꢀ 更 新 露 天 矿 现 状 图 4ꢀ 2009 年 计 划 开 采 块 段 露 天 矿 开 采 同 时 , 某 些 块 段 已 经 开 采 , 则 修 改 Select GridID, PTime from TblHisPlan where Left( PTime, sizeof( 规 划 号 ) ) = 001; 根 据 查 询 出 来 的 块 段 和 计 划 时 间 , 编 制 采 剥 计 TblGrid 表 中 的 已 开 采 块 段 的 实 际 开 采 时 间 字 段 的 属 性 值 。 若 VTime 字 段 值 为 空 则 表 明 该 块 段 未 开 采 , 作 为 下 次 规 划 的 基 础 数 据 。 划 。 基 本 数 据 库 操 作 如 下 : 基 于 上 面 的 露 天 矿 排 产 的 基 本 思 路 , 本 研 究 设 修 改 露 天 矿 现 状 计 并 实 现 了 一 个 实 验 系 统 , 该 系 统 具 有 以 下 等 功 能 : Update TblGrid set VTime = ( 实 际 开 采 时 间 ) where GirdID = ( 已 开 采 的 块 段 号 ) 。 ( ( 1) 对 露 天 矿 一 次 规 划 ; 2) 更 新 露 天 矿 现 状 数 据 ; 2 . 3. 3ꢀ 二 次 规 划 在 露 天 矿 开 采 过 程 中 , 由 于 市 场 经 济 、 资 金 、 设 ( 3) 二 次 规 划 ; 备 等 外 界 因 素 的 影 响 , 原 计 划 变 更 的 情 况 是 肯 定 会 发 生 的 , 所 以 在 露 天 矿 开 采 过 程 中 进 行 二 次 规 划 是 有 必 要 的 。 从 TblGrid 表 中 取 出 未 开 采 的 块 段 数 据 , 重 复 一 次 规 划 的 过 程 , 产 生 二 次 规 划 的 结 果 。 此 时 首 先 以 块 段 号 为 标 志 将 一 次 规 划 的 规 划 号 和 该 块 段 的 计 划 开 采 时 间 从 TblGrid 表 中 取 出 放 到 TblHis Plan 表 中 保 存 起 来 , 再 将 TblGrid 表 中 每 个 块 段 的 PTime 字 段 的 值 修 改 位 该 次 规 划 的 计 划 开 采 时 间 。 这 样 将 两 次 规 划 的 数 据 都 保 存 到 时 空 数 据 库 中 。 同 样 , 以 后 的 开 采 过 程 中 可 以 继 续 进 行 规 划 , 所 有 的 规 划 数 据 都 能 保 存 到 时 空 数 据 库 中 。 基 本 数 据 库 操 作 如 下 : ( 4) 三 维 显 示 规 划 结 果 ; ( 5) 编 制 采 剥 计 划 。 3ꢀ 结 ꢀ 语 本 研 究 讨 论 了 运 用 0 - 1 整 数 规 划 和 N - best 动 态 规 划 相 结 合 的 算 法 , 利 用 浮 动 圆 锥 法 原 理 圈 定 出 露 天 矿 的 逐 年 开 采 范 围 , 提 出 可 以 在 时 间 维 上 实 现 多 次 规 划 形 成 历 史 、 现 时 和 计 划 数 据 的 对 比 分 析 的 时 空 数 据 模 型 。 露 天 矿 开 采 的 时 空 特 征 非 常 明 显 , 与 面 向 对 象 编 程 技 术 和 矿 山 工 程 规 划 算 法 结 合 不 仅 能 很 好 地 实 现 露 天 矿 排 产 , 而 且 为 整 个 矿 山 规 划 工 作 打 下 一 个 基 础 。 将 一 次 规 划 结 果 保 存 到 TblHisPlan 表 中 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 Insert int TblHisPlan values( select GridID, PTime form TblGrid ) ; [ [ 1] ꢀ 王 ꢀ 青 , 史 维 祥 . 采 矿 学 [ M] . 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 2006. 2] ꢀ 陈 ꢀ 倩 秦 小 麟 , 时 空 数 据 库 中 数 据 建 模 的 研 究 [ J] . 计 算 机 工 将 规 划 结 果 保 存 到 TblPlan 表 中 程 , 2004, 30( 20) : 5658. Insert into TblPlan values( 计 划 结 果 ) 。 [ 3] ꢀ 殷 丽 丽 , 等 . GIS 时 空 数 据 模 型 在 城 市 地 下 管 线 数 据 库 中 的 应 用 [ J] . 测 绘 科 学 , 2006, 31( 5) : 151152. 2 . 3. 4ꢀ 结 合 地 理 信 息 系 统 实 现 查 询 分 析 查 询 到 目 前 时 间 为 止 已 经 开 采 的 矿 块 [ [ [ 4] ꢀ 张 山 山 . 支 持 城 市 交 通 规 划 的 GIS 时 空 数 据 模 型 研 究 [ J] . 交 通 运 输 工 程 与 信 息 学 报 , 2004, 2( 1) : 6974. Select  from TblGrid where VTime < > “ ” ; 将 选 择 出 来 的 数 据 , 利 用 AutoCAD 三 维 显 示 到 5] ꢀ 郝 全 明 , 樊 兆 存 . 露 天 矿 采 掘 计 划 优 化 编 制 模 型 的 建 立 [ J] . 采 矿 工 程 , 2005, 26( 3) : 1721. 目 前 为 止 已 经 开 采 的 块 段 , 图 4 是 采 用 ArxObject 和 AutoCAD 三 维 技 术 显 示 2009 年 计 划 开 采 的 块 段 。 查 询 到 目 前 时 间 为 止 已 经 开 采 的 矿 块 6] ꢀ 《 采 矿 手 册 》 委 员 会 . 采 矿 手 册 ( 第 7 卷 ) [ M] . 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 2006. ( 收 稿 日 期 ꢀ 20080611) Select  from TblGrid where VTime < > “ ” ; 查 询 规 划 号 为 某 规 划 号 的 所 有 块 段 的 规 划 时 间 : · 87·
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