一.导言

面对知识经济和数字中国(DC)战略的要求，以及当前市场经济环境下我国矿业企业的快速发展，我国矿业企业的科技水平得到了快速、大幅度的提高，因此我国矿业企业进行矿山信息化势在必行。利用数字化手段合理规划、设计和科学控制矿产资源的开采，是空技术和信息技术发展到一定阶段的必然结果，是矿业科技创新的核心方向。

自1999年第一届国际数字地球大会提出“数字矿山”概念以来，数据挖掘的理念深入人心，数据挖掘的科学研究和技术攻关悄然兴起。针对矿山这一真实的三维复杂多变的地质实体，研究人员做了大量的工作。随着矿山地理信息SVS-特恩(MGIS)的发展和矿体三维建模的研究，开发了许多高端、高信息化的矿山系统软件，正逐步向数字矿山的战略方向迈进。但仍有许多问题需要解决，其中矿山这种真实三维多源实体的集合，数据量复杂、来源多样、格式差异大、缺乏统一标准，导致数据库系统开发针对性强、可移植性差。因此，合理、科学地组织多维数据，构建符合本质的动态基础数据库和数据仓库，已成为数字矿山的首要任务。作为数字矿山的“心脏”，它输送的血液来自矿山综合基础数据库。以数据库设计的原则和方法为理论指导，结合白银小铁山多金属矿的实际，以矿山生产信息的数据源为主要研究对象，针对金属矿山生产的现状，对金属矿山生产信息数据库的建设进行了分析和深入研究。

二、矿井信息分析

(一)矿山信息的特点

矿山是一个特殊的地理区域，其地质条件和地层赋存条件差异很大。矿山信息量巨大，数据类型繁多，包括地质、采矿、测绘、经济、建筑、生产和管理等。数据载体包括文件、表格、图形和图像、数据库等。涵盖静态数据源，如图像、图形、文本和表格；还有大量的动态数据是由于矿山生产和区域社会的不断发展而在生产过程中不断更新和增加的，是生产管理的最新信息，是系统保持真实的必要条件。这就造成了矿山信息的“五性四性”特征(复杂性、海量性、异构性、不确定性、动态性、多源性、多精度、多时相、多尺度特征)。

(二)矿山生产信息的认知过程

因为矿山地质物体通常位于地表以下，尤其是金属矿山。地理学家只能通过钻探、地球物理勘探、地球化学勘探、挖掘测量等手段获得矿山物体的一些特征信息。，并通过对这些信息的分析、推断和解释，获得地质对象的三维基本特征，从而获得矿体三维实体的属性特征。这种所谓的分析、推断和解释，基本上要靠二维剖面。每个剖面既包含勘探钻井试验和取样的实际信息，也包含通过分析和推断获得的信息。随着勘探、测量和挖掘工作的深入，地质信息逐渐增多，非自然的人工工程信息也越来越多，对矿体等地质对象特征的认识也在不断完善和补充。因此，对矿体生产信息的认识是一个不断探索和积累的过程。

根据上述对生产信息的认知过程，矿山生产信息涵盖了很多数据，如地质勘探、矿山测量、采场地质储量、日开采量、矿石损失率、选矿日处理能力等矿山的基础核心数据。加工数据按生产流程可分为符合日常生产的新数据源和矿山、工厂、矿山企业在长期信息加工过程中积累的历史数据源；按学科类型可分为测量、地质、采矿三大数据源，辅助生产数据源将与矿山生产安全、环境、机械、电力调度一起划分。

(3)矿井生产信息分析

与水利水电工程和道路工程不同，矿业工程有其独特的工程特点。矿体是经过漫长的地质演化形成的，其间多次地质运动必然使矿体的几何形状变化多端，非常不规则，必然导致开采矿产资源的施工或开挖工程复杂，大部分信息处于不可预测的状态。根据矿井生产信息的特点，矿井工程地质三维信息可分为:

矿山地表信息:矿山所在地理区域的各种自然和人工地貌，如山坡、道路、尾矿坝等。，都是大家熟悉的三维空信息。

地下矿区地质信息:矿区三维地质实体中最重要也是最困难的部分，即样槽、地层、地质构造、矿体、水体等。表达这些地质信息所需的数据主要来自矿山地质采样草图、地质勘探和地质实验室实验。

地下工程信息:为开采矿产资源而挖掘或建造的一些临时或永久性工程。矿山工程信息主要包括矿山开拓系统，即矿山巷道、采矿留下的采矿空区域、地下炸药库、地下停车场、通风天井、主井、盲井、联络道、石门、为保证施工安全而设置的锚杆等人工工程施工信息。

地下开采信息:对地下工程和地质信息逐渐生成的综合信息的描述。地下开采信息是以地质勘探信息为基础设计的，矿体的属性信息是随着工程地质勘探、测试和解释的进展而揭示的。生成通用三维地质和工程的交叉再生信息。

井下辅助生产信息:在井下开采过程中，除了与矿井生产密切相关的生产数据外，其他信息还包括:与矿井安全环境密切相关的矿井通风安全信息、环境监测信息、采掘设备和工具调度、人员和车辆安排信息、罐笼动力和其他设备信息等。

三、金属矿山生产信息数据库建设

在现代社会中，数据库和数据系统已经成为日常生活中不可或缺的一部分。数据库设计是指构造最优的数据库模式，针对给定的应用环境建立数据库及其应用系统，使其能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求(信息需求和处理需求)。它需要经过需求收集和分析阶段、概念数据库设计、逻辑数据库设计、物理数据库设计、数据库标准化和调整等步骤。下面将结合金属矿山实践和数据库设计理论，详细论述金属矿山生产信息数据库的建设过程。

(1)金属矿山生产信息数据和业务需求分析

金属矿山生产数据与矿山生产数据信息一致，是指从矿山及其下属企业现有的业务处理系统中采集并存储在业务处理系统中的与日常生产经营相关的事务级数据。但数据源比非金属矿山数据源更丰富、更复杂，如地质勘探、矿山测量、采场地质、储量、日开采量、矿石损失率、选矿日处理能力等。矿山生产基础信息数据包括地质、测量、采矿等专业的矿山原始数据，矿山基础地质数据，矿山基础测量数据和已经生成的各种矿山图件数据。这些数据是矿山数据的底层，是开发MGIS的基础。这些数据共享性强，类型多样，承载形式多样。数据和业务分析是围绕测量、地质、采矿三大数据源进行的。图1详细说明了金属矿山生产信息的数据和业务流程。

图1矿山生产数据业务流程分析图

(2)金属矿山生产信息数据库概念模型的设计

1.金属矿山生产数据库的实体分析

标记实体是定义用户兴趣的主要对象。通过对几个金属矿山企业用户生产需求的仔细调查，所提到的名词或名词短语可以定义为电线、巷道、采场、中段、报表、地图、储量、品位等。其次，分析了金属矿山的必备对象，如技术人员、矿体、地质岩体等。金属矿山的生产数据实体大致分为工程实体、地质实体、矿体实体、其他设备实体和员工实体。

2.金属矿山生产数据库的关系及属性分析

标记实体之间的关系仍然需要根据矿山用户的需求进行分析和获取。关系是实体的动作，关系也是实体之间的各种联系。实体集之间存在各种连接，这种分布称为一对一、一对多、多对多连接。矿山数据是地球空之间数据的一部分，不同于地球空之间的其他数据源。它更注重地球内部的知识获取，情况复杂，规模巨大，面积广，能见度低，导致实体众多，属性复杂，几乎涵盖了简单、复合、单值、多值属性的所有类型。

3.数据库概念模型的设计与实现。

以金属矿山工程及其各种属性描述为实体，完成金属矿山信息管理系统生产数据库的概念模型，如图2所示。

图2金属矿山生产数据库概念模型

(3)金属矿山生产信息数据库逻辑模型的设计

1.数据库命名规则

统一的命名规则可以规范数据库的结构和风格，使数据库中的表格易于阅读、理解和维护。一个好的命名约定可以使数据库表具有良好的结构、可读性和逻辑相关性。因此，在系统的面向对象模型转化为数据库的物理模型之前，指定数据库中每个对象的命名规则具有重要意义。

2.ER模型映射和表格设计

基于金属矿山生产进行数据库设计时，将概念模型转化为与数据库管理信息系统相对应的表层结构模型，将概念设计转化为逻辑设计。表设计是数据库逻辑设计的第一步，也是整个设计过程中的关键一步。根据系统需求分析、业务概念模型和逻辑模型分析的结果，开始表格设计。

根据ER模型的映射思想和对象关系映射模型的含义，从概念模型到关系模型的映射过程如下:金属矿山生产数据库可分为五类信息，即工程实体集、地质实体集、矿体实体集、其他生产辅助信息实体集和用户实体集，其他生产辅助信息实体不是重点研究对象。

3.金属矿山生产数据库的实现，金属矿山生产数据库的部分表关系分析如图3所示。

图3金属矿山生产数据库部分关系图

(D)金属矿山生产信息数据库的优化

数据库性能的优化是一个永恒的话题。在设计和实现之初就要考虑数据库性能的优化，并采取相应的措施。一般来说，在系统建立之初，数据量并不大，用户数量也比较少，这就使得一些性能问题没有马上体现出来。随着系统的深入使用，性能问题逐渐暴露出来。如果在设计和实现上没有充分考虑，以后性能问题的调整和优化会非常困难。有些问题可能很难调整和优化，甚至对整个系统产生致命的影响。包括存储过程和SQL/持久存储模块(SQL/PSM)、索引优化和SQL语句优化。

四。金属矿山生产信息数据库建设实例

(a)矿区调查和数据输入

小铁山矿位于甘肃省白银市，是白银有色金属集团公司下属的二级单位，是公司三大有色矿山之一。矿石品位较高，矿石中主要金属硫化矿物为黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等矿物。目前，我们已收集了一批测量数据控制记录册、经纬度罗盘数据记录册、工程详图数据记录册、采场图集、取样草图册、图件(工程中段平面图、断面图、地质取样草图、矿体连接图、矿区图例)。方案试运行阶段，7、8中段、8层工程数据已全部录入，6中段第一层已录入，1000 ~ 1200勘探线地质数据已录入，现已与日常生产接轨，保证实时矿山数据的动态更新。

(2)数据库功能模块的实现

金属矿山生产数据库系统化设计主要用于实现金属矿山各种地质和工程信息的输入输出，具有简单的查询功能，构建金属矿山工程、地质和矿体信息的拓扑组织和展示媒介，提供金属矿山生产信息的数字化管理。数据库的主要功能模块分析如下，系统界面如图4所示:

1.基本数据输入/输出

金属矿山各类测量工程数据和地质数据的添加、修改、删除功能，包括与其他数字格式的转换功能，完成批量数据的传输功能。

2、基础生产数据查询

查询输入数据，方便数据编辑。

3.数据安全检查

矿山环境复杂恶劣，工作量大，范围广，人员素质参差不齐。为了保证生产的顺利进行，提高数据输入的准确性，有必要进行安全检查。

4.数据库备份/恢复模块

包括数据库的初始安装、备份恢复和自动备份计划设置。

5.用户管理模块

为了用户安全使用本系统，提供了安全等级设计和用户密码修改功能。

该金属矿山生产数据库以SQL Server 2000为工具构建数据库管理系统，以Microsoft Visual Studio2005为语言工具开发数据库平台，以ADO这一便捷的数据库访问技术完成应用程序与后台数据关系数据库的接口，初步实现了金属矿山生产信息数据库的数据录入功能，为矿山生产实体的交互式拓扑组织、矿体分析、三维可视化等功能的后续开发奠定了数据基础。

图4生产数据输入界面

动词 （verb的缩写）结论

数字矿山是对整个真实矿山及其相关现象的统一理解和数字化表示，是数字地球的重要子集。而可视化技术是地球空之间信息科学的重要组成部分，也是数字矿山信息系统研究的主要内容。基于这一原则，设计开发数据库功能，并分析数据库建设的优势:

(一)建立矿井生产信息数据库，完成矿井生产基础数据存储。数据库完全面向金属矿山基础数据源，存储金属矿山地下工程地质数据。

(二)多种手段实现数据检查，确保数据的正确性和安全性。由于矿井地理的复杂性，采用了输入、计算、拓扑组织显示等多种安全检测方法，保证数据输入的正确和完整。

不及物动词建议

数据库的设计与研究主要是针对金属矿山的生产信息数据。由于矿山数据信息复杂，具有多变和不确定的数据特征，在分析和设计中不可避免地存在一些缺陷和不足。金属矿山信息管理生产数据库及基于该数据库的金属矿山信息管理系统软件的研发需要注意以下问题:

(一)进一步完善矿井生产信息数据库建设，不断完善系统数据库模型。

金属矿山生产数据库的研究和建设只考虑了有限的矿山特征，不能代表我国金属矿山的完整数据特征。有必要进一步了解和研究数据库分析与设计，进一步细化和完善数据库设计的全过程。

(二)进一步拓展和开发金属矿山综合信息管理数据库。

矿山生产数据资源只是金属矿山数据源的一部分。随着信息科学的快速发展和矿山信息化建设的需要，综合的金属矿山信息管理数据库成为建设数字金属矿山的基石。