数字矿山

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数字矿山(DigitalMine)

　　数字矿山是以计算机及其网络为平台，在统一的时间、空间框架下，将矿山的所有空间和属性数据进行科学、合理和高效的管理与整合，构建为一个矿山信息模型，提供直观、快速的检索和显示手段，充分应用于矿山生产、管理与决策中，达到生产方案优化、管理高效和决策科学化的目的。

　　数字矿山是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化系统，它综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，使企业实现整体协调优化，在保障企业可持续发展的前提下，达到提高矿山企业整体效益、市场竞争力和适应能力的目的。^[1]

　　数字矿山具有如下特征。

　　(1)空间性、数字性和整体性三者的融合统一。这是它与其它信息系统的根本区别。

　　(2)具有无边无缝的分布式数据层结构，包括多源、多比例尺、多分辨率的历史和现时的矢量格式及栅格格式的数据。

　　(3)具有海量、充实、分类、迅速、联网的矿山地理信息数据库。

　　(4)采用开放平台、构件技术、动态互操作等最先进的技术方案。

　　(5)可以用图形、图像、图表、文本报告等形式提供服务。

　　(6)用户可以以多种方式从中获取信息。无论生产者是谁，也无论数据在什么地方，任何一个用户都可以实时调用信息，国际互联网上的用户可以根据自己的权限查询“数字矿山”中的信息。

　　(7)服务对象覆盖整个矿山层面，分机构、分密级地为矿山机关、生产单位、科教部门、专业技术人员、普通矿工等提供其所需要的信息服务。

　　数字矿山的建设是一个复杂而庞大的工程，其长期目标是：实现矿床与开采环境数字化、生产过程可视化、信息传输网络化、技术装备自动化、管理与决策科学化。依据目前世界科技的发展水平，结合国内数字化矿山建设现状及技术装备水平，确定我国数字矿山建设的具体目标。

　　(1)应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术和矿山生产工艺技术，实现企业经营管理、生产决策、安全生产管理和设备控制信息的有机集成，有效解决“信息孤岛”，服务于企业生产经营和决策。

　　(2)通过应用成熟的矿业软件系统，实现从矿产资源储量、开采方案与设计优化、生产计划编制、开采环境的可视化、模型化与数字化。

　　(3)保证矿山生产安全，提高产量和质量，提升企业经济效益和竞争能力。

　　(4)采用先进的生产信息管理系统，实现矿山生产人员与设备的实时跟踪与定位，生产过程智能化调度与控制，使矿山的生产管理与决策的科学性得到全面的提升。

　　矿山系统作为一个以资源为开发对象的复杂的、离散的生产系统，各个子系统之间联系密切，因此只有快速、准确地了解各个系统的运行情况，并使各个子系统有机结合，为生产管理提供及时、科学的决策依据，使矿山系统的效益最大化。结合当前国内数字矿山发展现状，认为数字矿山的建设内容包括：基础网络系统、矿山基础数据库系统、矿床可视化与储量计算系统、计算机辅助优化与设计系统、生产调度与监控系统、矿山MIS(信息管理)／ERP(企业资源规划)系统与决策系统。

　　1.基础网络系统平台

　　数字矿山的建设与矿山基础业务的运行是以高速企业网为基础。基础网络平台的建设既要满足矿山企业内部数字化信息的传输和通信需要，也要满足对互联网的需求，确保数字矿山建设及海量实时数据在企业内部、省际间的采集、传输、储存、决策、发布和查询功能。

　　2.矿山基础数据库系统

　　目前，大部分矿山企业现有不同的业务系统(地质、测量、采矿、财务、物流等)和大量的业务数据(图片、文本、表格、语音、视频等)都分散在企业内不同部门、不同系统，由于缺乏必要的数据交换与共享机制，使数据信息需要重复多次的输入，数据无法保证一致性，信息无法及时更新与共享，产生所谓的“信息孤岛”。通过建立规范的矿山数据库，将数据文件、文本文件、图形文件、视频文件等不同类型的基础性数据有机地关联起来，便于数据的导入、导出和共享，有效解决企业各管理层之间、各业务部门之间、各应用系统之间数据独立和相互隔离的问题，有效消除矿山“信息孤岛”问题。

　　3.矿床可视化与储量计算系统

　　利用成熟的矿山数字建模软件，在统一的空间和时间坐标下，将获取的矿山所有信息(包括地形、建筑、地层、构造、矿体、井巷工程、采场监控系统)进行利用与管理，建立矿床三维地质模型，实现矿山的三维可视化，通过模型属性赋值，建立矿山三维矿山信息模型，再利用勘探、测量等手段获取的动态信息对模型和属性信息进行实时修正，实现地质图件的快速编制及地质统计学品位与储量的动态计算。

　　4.计算机辅助优化与设计系统

　　计算机辅助优化与设计系统是以矿床三维模型为基础，运用计算机辅助优化软件，对地下矿开采系统设计与开采单体设计，露天开采境界，长、短期生产计划编制，矿井通风系统网络解算等进行优化，动态、快速地调整生产计划，从而有效利用矿山资源，降低矿山生产成本与日常管理工作劳动强度，提高矿山工作人员工作效率与经济效益。

　　5.矿山生产调度与监控系统

　　矿山企业的作业过程、生产设备较分散，矿山的提升、运输、通风、排水、填充等工艺工程和设备分布范围广泛，要对这些设备的运行参数进行及时的了解和掌握非常不方便。生产调度与监控系统就是建立矿山主要生产设备、设施监测网络，采用不同种类的传感器将矿山主要生产设备的运行信息进行采集，通过专门的工业以太网传输到总调度室，进行模拟处理后，显示到监测屏幕上，及时掌握各系统的工作参数，便于管理人员对矿山生产设备运行状态进行统一监控，调度指挥生产，从而实现对矿山生产系统、设备的集中监控，实现对井下工作人员及移动设备的自动识别、跟踪定位和管理。

　　6.矿山MIS／ERP系统

　　矿山MIS(ManagementInformationSystem信息管理系统)与ERP(EnterpriseResourcePlanning企业资源规划)系统是企业信息资源的全面整合，以局域网与互联网架构为支撑，以矿山工作流程为基础，以达到矿山企业的精细管理的信息保障系统。ERP系统主要包括人力资源管理系统、物流管理系统、营销管理系统、生产计划管理系统、信息管理系统、财务管理系统、办公自动化系统等，各个子系统之间可通过信息数据库实现无缝链接与集成，有效解决“信息孤岛”的问题。

　　7.决策系统

　　数字矿山的建立，是为了给矿山企业管理人员提供科学的决策依据与技术支持，而不仅仅是数据的罗列与堆积，更重要的是将矿山海量的基础数据经过加工、处理形成的数据集，结合矿山的数字化建设形成的图形、地质模型、三维巷道模型等，直观、简介的表现矿山生产经营状况，为各级管理人员提供科学、准确的决策依据。

　　1.3S及其集成技术

　　3s技术即指全球定位系统(GPS)、遥感(Rs)和地理信息系统(GIs)。作为数字地球的基础核心技术，3s及其集成技术在我国的快速发展，使得数字矿山这一设想成为可能。我们使用GPS进行定位与导航，确定目标地物的位置及高程；运用RS技术拍摄高分辨率、多时相的卫星遥感影像，获取地物信息；最后利用GIS中对数据进行空间分析处理，为方案的实施提供依据。在矿山的具体应用当中，GPS除广泛应用于矿区控制及地面测量外，在矿山的应用研究集中在变形监测、卡车调度等方面；而近年来RS在矿山的应用研究重点是矿区生态环境受采矿影响的遥感调查分析，像矿区地表形变及复垦土地、土壤的物理和生化特性演变监测研究等；GIS在矿业界出现了应用与理论研究并重的局面，体现在二次开发与自主开发软件的应用程度的深化扩宽，涉及矿山的专业信息系统的开发研制，矿山三维数据结构、三维地学模拟及地学信息的本体论(ontology)等方面的研究进一步深入等。然而，当前3s及其集成技术在矿山的应用研究中还有很多问题急需解决，这也为我国的矿业提供了难得的发展机遇。

　　2.数据仓库、数据挖掘与知识发现技术

　　数据仓库(DataWarehouse，D聊概念的创始人w．H．Inmon给数据仓库下的定义是：“数据仓库就是面向主题的、集成的、稳定的、不同时间和空间的数据的集合，用来支持经营管理中的决策过程”。而从数据仓库中提取出有用的信息、知识或规律称为数据挖掘(DataMinin）或知识发现。针对矿山信息复杂多样、不确定、海量动态和多精度、多尺度的特点，必须要研究出适合于矿山信息存储、管理、分析的数据仓库技术和高效智能的数据挖掘技术，用于指导和预测矿山的生产、管理等活动。

　　3.三维可视化与虚拟现实技术

　　在DM的建设中，我们需要通过以地质层面、地质体三维可视化为主要研究内容的三维地学建模(3DGeologyModeling，3DGM)对不同来源和性质的空间数据进行集成，生成三维模型，进行可视化的表达、模拟和分析。通过虚拟现实技术（VirtualReality，VR)，在计算机的虚拟环境中，以极其逼真的效果来模拟各种矿业生产活动，像虚拟开采、虚拟爆破等，为生产活动的可行性、安全性提供判断依据，减少生产活动中的不必要的风险和损失。

　　4.人工智能技术

　　人工智能(Artificial Intelligence，AI)利用计算机技术研究并模拟人类的智能行为的现代计算机科学中的一个重要分支，它在矿业工程中也得到了广泛的应用，先后经历了专家系统(Expen System，ES)和神经网络(Neural Network，NN)两个阶段，开发出了像采矿方法选择系统、矿井通风设计专家系统、瓦斯危害预报专家系统等专家系统和测井资料岩性自动识别、爆破参数神经网络预测、矿产品成本预测系统等神经网络系统。这些高水平智能系统的出现极大地促进了矿业技术向更高水平的发展。

　　5.网络与通信技术

　　矿山几乎所有信息的传输与共享部需要网络与通信技术来实现。在矿“J内部以及各个矿山之间应该建立企业局域网，既可以共享资源又可以便于管理。在矿井通信方面，由于矿井里面的地形复杂，环境恶劣，我国煤矿井下现有的主要无线通信方式仅有感应通信和漏泄通信等。如何快速、准确、完整、清晰、实时地采集与传输矿山井下各类环境指标、设备工况、人员信息、作业参数与调度指令等数据并以多媒体的形式进行地面一井下双向、无线传输也是有待改进的技术问题。