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2.4 Surpac软件与GIS 软件的区别
地理信息系统( GIS) 是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面( 包括大气层) 的与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。GIS 的基本功能可以概括为：
1、准备：数据搜集、数字化、编辑；
2、分析：检验数据，产生新数据，即产生信息；
3、管理：永久性的文字、数字式数据、地理数据的管理； 4、显示：各种图形、报告、报表的输出或屏幕显示。
三维可视化矿山工程软件Surpac Vision不仅具有通用GIS 软件的基本功能，可以采集、存储、管理、分析和描述三维空间数据信息，而且还拥有许多针对矿山开采设计的实用性强的特殊功能，如钻孔和炮眼设计、矿坑设计、地下开采设计等功能模块。这些功能模块都是根据实际用户的需要，结合专业特点设计的，在矿山开采和工程设计中发挥更大的作用，更加易于为专业人士所接受。SSI公司将Surpac Vision 定位为矿山工程软件，而不是通用GIS 软件，就是基于专业人士的需要而设计的。最新的用户调查表明，Surpac Vision的用户主要是工程师、地质学家和测量专家，三者比例大致相当。
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第三章 数字矿山建模的理论与方法
数字矿山是真实矿山整体及其生产经营过程的全面数字化、信息化和可视化，是存储于计算机网络上的、能供多用户访问和应用的一种虚拟矿山。数字矿山作为数字地球、数字中国的一个重要组成部分，也在中国的采矿业中发挥着越来越大的作用。三维空间数据模型是数字矿山研究的一个热点，也是复杂地质体和矿山三维地质建模的关键。三维空间数据模型是数字矿山及其应用的研究基础，它研究地球三维地理空间中的地下内容，包括地层、土质、岩石、地下水、石油、矿藏等为对象，对这些对象相应在三维地理空间上采用适当的三维空间数据模型，以便充分利用此来促进和改进矿藏开采、减灾防灾等“数字矿山”各领域的深入发展与应用。
3.1 数字矿山研究意义
我国是一个采矿大国近年来由于市场竞争资金投入资源浪费和环境压力等原因，中国矿山企业在经济上和生产管理方面陷入困境，一些诸如矿山塌冒、瓦斯爆炸等矿山事故频频发生，许多矿工也因此丧失了宝贵的生命。为了应对当前的面临的困境和响应党中央的“坚持以人为本，努力构建社会主义和谐社会”的口号，中国矿山企业只有抓住矿山信息化的机遇，积极面对挑战，果断地开展数字矿山(DigiatlMine，简称DM)建设，从而推动采矿企业的技术发展与创新，进而合理协调矿产资源开发与环境及资源保护之间和矿山生产与矿山安全管理之间的矛盾，积极地改善矿山安全生产的状况，建立科学、合理、高效、低污染、安全的矿业生产新局面。实施数字矿山战略是矿山企业在经济上走出困境，在安全生产上坚持“以人为本”，走可持续发展之路的必须与大势所趋。通过数字矿山建设至少可以在以下几个方面给矿山企业带来好处：
1、拓展矿山企业的生存与发展空间； 2、促进矿山企业组织结构的优化；
3、加强矿山的安全管理，积极的预防矿难事故；
4、降低决策的风险性，提高企业快速反应能力。从而使矿山企业在现代企业竞争中取胜，并更好地与矿区资源、环境和社会经济发展相协调，使矿山逐步走向可持续发展道路。
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3.2 数字矿山中研究三维模型的意义
三维空间数据模型是以一定的方式组织起来的，具有足够的抽象性和概括性的，对客观世界中事物及其联系的在三维空间中描述，这种描述包括对数据内容的描述和各类实体数据之间联系的描述，为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供基本方法。随着数字矿山应用的不断深入，涉及到三维的自然和人为现象也越来越多，传统用二维空间数据结构描述的数据模型，已经不能适应三维空间数据表达和处理的需要，研究三维空间数据模型显得越来越重要。
真实矿山中的自然地质实体与采矿工程实体，都是三维空间实体，并且所有的矿山生产与组织活动均是在真三维地质环境中进行的。因此，真正实用的数字矿山系统，都应是真三维的，它离不开对三维空间数据模型的基础研究。
数字矿山作为一种复杂的三维空间信息系统，不仅能够存储、分析和表达真实矿山中各种空间实体对象的属性信息，而且涉及大量复杂的空间定位特征及可能的拓扑关系的组织和管理。数字矿山的三维空间数据模型则在空间语义和属性语义方面更加完整地模拟和抽象客观矿山空间世界。
因而，数字矿山的三维空间数据模型是联结真实矿山世界和计算机中抽象的矿山世界的桥梁。三维空间数据模型作为数字矿山的核心内容和基础，它不仅反映了真实矿山中三维空间实体及其相互之间的联系，而且为数字矿山中的三维空间数据组织和三维空间数据库模式设计提供基本的概念和方法。
因此，在数字矿山中开展三维空间数据模型的基础研究，是开展数字矿山三维地质模拟的研究以及开发数字矿山软件系统的基础，也是矿山企业进行IT改造及信息化建设，以及提高企业的信息管理水平，增强企业的竞争实力的保障[11]。
3.3 数字矿山三维数据模型的研究现状
三维空间数据模型是开展数字矿山研究的核心内容和基础，也是三维空间信息系统、计算机图形学、虚拟现实以及科学可视化等领域的研究基础。三维空间数据模型的研究从20世纪60年代国外学者提出的块段模型开始，到目前为止，经历了四十多年，国内外学者己经提出了二十多种三维空间数据模型，其中包括TIN、GRID、边界表示模型、CSG、八叉树等模型。
吴立新等(2005)将这些三维空间数据模型归纳为单一构模法、混合构模法和集成构
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模法。其中单一构模法主要指采取单一的面元模型或体元模型表达三维空间实体；混合建模法指采用两种或两种以上的单一模型来对同一三维空间对象进行几何描述和建模；集成建模法是指采用了两种或两种不同模型分别对系统中不同的三维空间对象进行几何描述和三维建模。
王继周等(2003)将现有的三维空间数据模型分为基于栅格结构的数据模型(体结构模型)、基于矢量结构的数据模型(面结构模型)和混合结构数据模型。其中，基于栅格结构的数据模型是二维栅格模型在三维空间的扩展，它将三维空间划分为一系列连通但不重叠的几何体素；基于矢量的数据模型以物体边界为基础定义和描述空间实体；混合结构数据模型是为了集成栅格模型和矢量模型的优点，将两种或两种以上的数据模型加以综合，形成具有一体化结构的模型。其中，与基于面向对象的集成三维空间数据模型近似或相关的研究工作主要有：
Smino.H.(1994)采用体元的集合来表达任意一个三维空间地质实体。体元时构成实体基本单元，它由定义在局部坐标系下的前、中、后三个剖面上的实体轮廓线对应连接而成。这种建模方法使得体元与任意平面及体元之间的相交变得简单，但依赖于人工交互，难以进行空间分析。
Cherry.T. A.etal.(1996)先以六棱柱体段对井孔和隧道进行建模，然后按Delunaya法则四面体化嵌入到底层四面体格网中，从而实现一体化建模。
龚健雅等(1997)以矿山为研究背景提出了一种矢栅集成模型，该模型将空间对象定义0维到3维及复杂对象，并将数字表面模型、像元和体元、柱状实体等引入到模型中处理复杂三维空间问题。该集成模型在实际应用中根据不同的需求选择不同的数据模型或结构对空间对象进行表达。程朋根等(2001)以地勘工程的各种三维空间对象为研究背景，提出适合地勘工程的矢栅集成数据模型，其实质是对上诉模型的集成和发展，该建模方法以复杂体、体、面、线、点对象之间的逻辑关系来建立空间对象之间的拓扑关系。
侯恩科(2002)提出了适用于三维地质模拟的集成数据模型，该模型中涉及多种空间对象类，所包括的数据模型主要有孤立点、钻孔、地质图纸、GRID、TIN、线框、不规则体元、三维规则块体、八叉树、四面体模型等。该集成数据模型对各种地质数据和现象描述比较全面，能够满足大部分地质模拟任务；但由于涉及模型较多，距实际应用还有一定距离。
李清泉等(2003)根据对三维空间数据目标类型的分析，提出了一个矢量栅格集成的三维空间数据模型。该集成模型的栅格模型中包括四叉树和八叉树，在矢量模型中包括
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TIN、TNE、Grid、CSG和B—rep。在实际应用中，根据不同的应用需求选择一个或多个合适的数据模型对目标进行描述，从而实现对目标的几何和拓扑的完整表示。
陈学习(2005)通过对GTP模型进行扩展与修正，提出基于扩展GTP的地质体与开挖体三维集成数据模型。该模型在地学层面上将地下三维空间的地质体和开挖体从地质元素上划分为点状实体、线状实体、面状实体和体状实体，其中体状实体又进一步分为简单体、复杂体和复合体三类；在几何层面上，抽象出结点、边、弧、三角形、超面、GTP、四面体和超体八类；在拓扑层面上，由几何层面抽象出的八类几何元素、采用面向对象的方法，通过构模元素之间的拓扑关系实现对地下三维空间的点、线、面、体的拓扑描述。该模型考虑到了开挖体模型与地质体模型之间的相互联系，能够较好的从地学、几何和拓扑等不同的层次对地质体和开挖体进行抽象和表达。
以上的三维空间数据模型都是针对特定的研究对象所建立的三维空间数据模型，在应用的过程中具有一定的局限性，虽然它们己经初步的涉及到了面向对象的概念，但是它们最终没有完全采用面向对象的方法来建立三维空间数据模型，因此也就无法充分利用到面向对象的方法诸如集成、多态、易于扩展等优点[12]。
3.4 数字矿山建模的理论
数字矿山中空间数据模型是对真实矿山的抽象，它是由一系列支持矿山空间实体显示、查询、编辑和分析的数据对象组成的。按照王家耀(2001)的地理抽象层次模式，空间数据模型是数字矿山系统抽象的中间层，即逻辑数据模型，称之为数字矿山的空间数据模型。
数字矿山的空间数据模型是关于真实矿山中空间实体及其相互间联系的概念，是建立在对真实矿山空间的充分认识与完整抽象的矿山空间认知模型(或概念模型)的基础上，并用计算机能够识别和处理的形式化语言来定义和描述真实矿山空间实体、空间地理现象及其相互关系，是真实矿山到数字矿山的直接映射。它为描述矿山空间数据的组织和设计矿山空间数据库模式提供着基本方法，是数字矿山空间数据模型的基础。因此，对数字矿山空间数据模型的认识和研究在设计数字矿山空间数据库和发展新一代数字矿山系统的过程中起着举足轻重的作用。
数字矿山的空间数据模型的发展是与数据库技术的发展密切相关的。第一代层次与网状数据库带动了层次模型和网络数据模型的发展；第二代关系数据库带动了关系型数据模型的发展和成熟。而面向对象的数据模型技术对数据库技术的发展产生了深远影
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