數字礦山

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

數字礦山(DigitalMine)

　　數字礦山是以電腦及其網路為平臺，在統一的時間、空間框架下，將礦山的所有空間和屬性數據進行科學、合理和高效的管理與整合，構建為一個礦山信息模型，提供直觀、快速的檢索和顯示手段，充分應用於礦山生產、管理與決策中，達到生產方案優化、管理高效和決策科學化的目的。

　　數字礦山是建立在數字化、信息化、虛擬化、智能化、集成化基礎上的，由電腦網路管理的管控一體化系統，它綜合考慮生產、經營、管理、環境、資源、安全和效益等各種因素，使企業實現整體協調優化，在保障企業可持續發展的前提下，達到提高礦山企業整體效益、市場競爭力和適應能力的目的。^[1]

　　數字礦山具有如下特征。

　　(1)空間性、數字性和整體性三者的融合統一。這是它與其它信息系統的根本區別。

　　(2)具有無邊無縫的分散式數據層結構，包括多源、多比例尺、多解析度的歷史和現時的矢量格式及柵格格式的數據。

　　(3)具有海量、充實、分類、迅速、聯網的礦山地理信息資料庫。

　　(4)採用開放平臺、構件技術、動態互操作等最先進的技術方案。

　　(5)可以用圖形、圖像、圖表、文本報告等形式提供服務。

　　(6)用戶可以以多種方式從中獲取信息。無論生產者是誰，也無論數據在什麼地方，任何一個用戶都可以實時調用信息，國際互聯網上的用戶可以根據自己的許可權查詢“數字礦山”中的信息。

　　(7)服務對象覆蓋整個礦山層面，分機構、分密級地為礦山機關、生產單位、科教部門、專業技術人員、普通礦工等提供其所需要的信息服務。

　　數字礦山的建設是一個複雜而龐大的工程，其長期目標是：實現礦床與開采環境數字化、生產過程可視化、信息傳輸網路化、技術裝備自動化、管理與決策科學化。依據目前世界科技的發展水平，結合國內數字化礦山建設現狀及技術裝備水平，確定我國數字礦山建設的具體目標。

　　(1)應用電腦技術、網路技術、信息技術、控制技術、智能技術和礦山生產工藝技術，實現企業經營管理、生產決策、安全生產管理和設備控制信息的有機集成，有效解決“信息孤島”，服務於企業生產經營和決策。

　　(2)通過應用成熟的礦業軟體系統，實現從礦產資源儲量、開采方案與設計優化、生產計劃編製、開采環境的可視化、模型化與數字化。

　　(3)保證礦山生產安全，提高產量和質量，提升企業經濟效益和競爭能力。

　　(4)採用先進的生產信息管理系統，實現礦山生產人員與設備的實時跟蹤與定位，生產過程智能化調度與控制，使礦山的生產管理與決策的科學性得到全面的提升。

　　礦山系統作為一個以資源為開發對象的複雜的、離散的生產系統，各個子系統之間聯繫密切，因此只有快速、準確地瞭解各個系統的運行情況，並使各個子系統有機結合，為生產管理提供及時、科學的決策依據，使礦山系統的效益最大化。結合當前國內數字礦山發展現狀，認為數字礦山的建設內容包括：基礎網路系統、礦山基礎資料庫系統、礦床可視化與儲量計算系統、電腦輔助優化與設計系統、生產調度與監控系統、礦山MIS(信息管理)／ERP(企業資源規劃)系統與決策系統。

　　1.基礎網路系統平臺

　　數字礦山的建設與礦山基礎業務的運行是以高速企業網為基礎。基礎網路平臺的建設既要滿足礦山企業內部數字化信息的傳輸和通信需要，也要滿足對互聯網的需求，確保數字礦山建設及海量實時數據在企業內部、省際間的採集、傳輸、儲存、決策、發佈和查詢功能。

　　2.礦山基礎資料庫系統

　　目前，大部分礦山企業現有不同的業務系統(地質、測量、採礦、財務、物流等)和大量的業務數據(圖片、文本、表格、語音、視頻等)都分散在企業內不同部門、不同系統，由於缺乏必要的數據交換與共用機制，使數據信息需要重覆多次的輸入，數據無法保證一致性，信息無法及時更新與共用，產生所謂的“信息孤島”。通過建立規範的礦山資料庫，將數據文件、文本文件、圖形文件、視頻文件等不同類型的基礎性數據有機地關聯起來，便於數據的導入、導出和共用，有效解決企業各管理層之間、各業務部門之間、各應用系統之間數據獨立和相互隔離的問題，有效消除礦山“信息孤島”問題。

　　3.礦床可視化與儲量計算系統

　　利用成熟的礦山數字建模軟體，在統一的空間和時間坐標下，將獲取的礦山所有信息(包括地形、建築、地層、構造、礦體、井巷工程、採場監控系統)進行利用與管理，建立礦床三維地質模型，實現礦山的三維可視化，通過模型屬性賦值，建立礦山三維礦山信息模型，再利用勘探、測量等手段獲取的動態信息對模型和屬性信息進行實時修正，實現地質圖件的快速編製及地質統計學品位與儲量的動態計算。

　　4.電腦輔助優化與設計系統

　　電腦輔助優化與設計系統是以礦床三維模型為基礎，運用電腦輔助優化軟體，對地下礦開采系統設計與開采單體設計，露天開采境界，長、短期生產計劃編製，礦井通風系統網路解算等進行優化，動態、快速地調整生產計劃，從而有效利用礦山資源，降低礦山生產成本與日常管理工作勞動強度，提高礦山工作人員工作效率與經濟效益。

　　5.礦山生產調度與監控系統

　　礦山企業的作業過程、生產設備較分散，礦山的提升、運輸、通風、排水、填充等工藝工程和設備分佈範圍廣泛，要對這些設備的運行參數進行及時的瞭解和掌握非常不方便。生產調度與監控系統就是建立礦山主要生產設備、設施監測網路，採用不同種類的感測器將礦山主要生產設備的運行信息進行採集，通過專門的工業乙太網傳輸到總調度室，進行模擬處理後，顯示到監測屏幕上，及時掌握各系統的工作參數，便於管理人員對礦山生產設備運行狀態進行統一監控，調度指揮生產，從而實現對礦山生產系統、設備的集中監控，實現對井下工作人員及移動設備的自動識別、跟蹤定位和管理。

　　6.礦山MIS／ERP系統

　　礦山MIS(ManagementInformationSystem信息管理系統)與ERP(EnterpriseResourcePlanning企業資源規劃)系統是企業信息資源的全面整合，以區域網與互聯網架構為支撐，以礦山工作流程為基礎，以達到礦山企業的精細管理的信息保障系統。ERP系統主要包括人力資源管理系統、物流管理系統、營銷管理系統、生產計劃管理系統、信息管理系統、財務管理系統、辦公自動化系統等，各個子系統之間可通過信息資料庫實現無縫鏈接與集成，有效解決“信息孤島”的問題。

　　7.決策系統

　　數字礦山的建立，是為了給礦山企業管理人員提供科學的決策依據與技術支持，而不僅僅是數據的羅列與堆積，更重要的是將礦山海量的基礎數據經過加工、處理形成的數據集，結合礦山的數字化建設形成的圖形、地質模型、三維巷道模型等，直觀、簡介的表現礦山生產經營狀況，為各級管理人員提供科學、準確的決策依據。

　　1.3S及其集成技術

　　3s技術即指全球定位系統(GPS)、遙感(Rs)和地理信息系統(GIs)。作為數字地球的基礎核心技術，3s及其集成技術在我國的快速發展，使得數字礦山這一設想成為可能。我們使用GPS進行定位與導航，確定目標地物的位置及高程；運用RS技術拍攝高解析度、多時相的衛星遙感影像，獲取地物信息；最後利用GIS中對數據進行空間分析處理，為方案的實施提供依據。在礦山的具體應用當中，GPS除廣泛應用於礦區控制及地面測量外，在礦山的應用研究集中在變形監測、卡車調度等方面；而近年來RS在礦山的應用研究重點是礦區生態環境受採礦影響的遙感調查分析，像礦區地表形變及復墾土地、土壤的物理和生化特性演變監測研究等；GIS在礦業界出現了應用與理論研究並重的局面，體現在二次開發與自主開發軟體的應用程度的深化擴寬，涉及礦山的專業信息系統的開發研製，礦山三維數據結構、三維地學模擬及地學信息的本體論(ontology)等方面的研究進一步深入等。然而，當前3s及其集成技術在礦山的應用研究中還有很多問題急需解決，這也為我國的礦業提供了難得的發展機遇。

　　2.數據倉庫、數據挖掘與知識發現技術

　　數據倉庫(DataWarehouse，D聊概念的創始人w．H．Inmon給數據倉庫下的定義是：“數據倉庫就是面向主題的、集成的、穩定的、不同時間和空間的數據的集合，用來支持經營管理中的決策過程”。而從數據倉庫中提取出有用的信息、知識或規律稱為數據挖掘(DataMinin）或知識發現。針對礦山信息複雜多樣、不確定、海量動態和多精度、多尺度的特點，必須要研究出適合於礦山信息存儲、管理、分析的數據倉庫技術和高效智能的數據挖掘技術，用於指導和預測礦山的生產、管理等活動。

　　3.三維可視化與虛擬現實技術

　　在DM的建設中，我們需要通過以地質層面、地質體三維可視化為主要研究內容的三維地學建模(3DGeologyModeling，3DGM)對不同來源和性質的空間數據進行集成，生成三維模型，進行可視化的表達、模擬和分析。通過虛擬現實技術（VirtualReality，VR)，在電腦的虛擬環境中，以極其逼真的效果來模擬各種礦業生產活動，像虛擬開采、虛擬爆破等，為生產活動的可行性、安全性提供判斷依據，減少生產活動中的不必要的風險和損失。

　　4.人工智慧技術

　　人工智慧(Artificial Intelligence，AI)利用電腦技術研究並模擬人類的智能行為的現代電腦科學中的一個重要分支，它在礦業工程中也得到了廣泛的應用，先後經歷了專家系統(Expen System，ES)和神經網路(Neural Network，NN)兩個階段，開發出了像採礦方法選擇系統、礦井通風設計專家系統、瓦斯危害預報專家系統等專家系統和測井資料岩性自動識別、爆破參數神經網路預測、礦產品成本預測系統等神經網路系統。這些高水平智能系統的出現極大地促進了礦業技術向更高水平的發展。

　　5.網路與通信技術

　　礦山幾乎所有信息的傳輸與共用部需要網路與通信技術來實現。在礦“J內部以及各個礦山之間應該建立企業區域網，既可以共用資源又可以便於管理。在礦井通信方面，由於礦井裡面的地形複雜，環境惡劣，我國煤礦井下現有的主要無線通信方式僅有感應通信和漏泄通信等。如何快速、準確、完整、清晰、實時地採集與傳輸礦山井下各類環境指標、設備工況、人員信息、作業參數與調度指令等數據並以多媒體的形式進行地面一井下雙向、無線傳輸也是有待改進的技術問題。