礦山生產(chǎn)管理及三維圖形智能解決方案

1、礦山生產(chǎn)管理及三維圖形智能解決方案一、概述21世紀是全球化信息爆炸、全球化經(jīng)濟競爭、全球化知識經(jīng)濟挑戰(zhàn)、全球化高新技術(shù)飛速發(fā)展的時代，21世紀人類面臨的三大問題人口、資源、環(huán)境，其中資源和環(huán)境與礦山密切相關(guān)。采礦業(yè)是以自然資源為生產(chǎn)對象的古老產(chǎn)業(yè)，絕大多數(shù)礦山企業(yè)還處在勞動密集性階段，信息化程度很低。綜觀歷史，采礦業(yè)曾受到大大小小技術(shù)進步的巨大沖擊。如今，數(shù)字地球（digital earth, de）和數(shù)字中國（digital china, dc）的鐘聲，已經(jīng)和正在驚醒一代采礦人。利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機科學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、礦山生產(chǎn)管理、礦山地質(zhì)、礦山測量、圖形學(xué)及軟件接口等多學(xué)科多種技術(shù)，對礦山開

2、采前期、資源管理及礦山生產(chǎn)中勘探、地質(zhì)、測量、采礦、選礦、冶煉和銷下載自管理資源吧售等多個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行采集、存儲、處理、提取、傳輸、匯總和分析加工，采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過開發(fā)的圖形接口進行圖形處理后，可以直接形成礦山地測采三維模型以及進行多種生產(chǎn)設(shè)計、生產(chǎn)管理、資源管理的圖件，采用c/s+b/s體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)用microsoft sql server數(shù)據(jù)庫、接口技術(shù)、框架式軟件架構(gòu)技術(shù)、多層系統(tǒng)設(shè)計理念、系統(tǒng)集成技術(shù)等計算機技術(shù)，開發(fā)出礦山生產(chǎn)及圖形處理綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)與國際互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，對礦山辦公領(lǐng)域進行了延伸，即解決了數(shù)據(jù)采集的靈活、穩(wěn)定性能，又滿足了查詢、統(tǒng)計、決策不限辦公場所要求，同時通

3、過管理系統(tǒng)與surpac圖形系統(tǒng)的集成，在國內(nèi)礦山生產(chǎn)管理中首次實現(xiàn)了“地測采選冶數(shù)據(jù)一次性采集、實時傳輸共享、三維自動生成、生產(chǎn)圖件智能處理”的礦山生產(chǎn)管理及圖件一體化管理模式。二、總體技術(shù)方案礦山生產(chǎn)管理及三維圖形處理綜合系統(tǒng)是以礦山生產(chǎn)管理為核心目標的計算機輔助管理工具。它包括礦山生產(chǎn)前期的探測到生產(chǎn)中的地測采及生產(chǎn)后期運選冶，系統(tǒng)依據(jù)企業(yè)信息原理，將礦山生產(chǎn)中的日常管理工作通過生產(chǎn)管理模塊處理，并加入計劃、統(tǒng)計及智能分析模塊，同時，本系統(tǒng)將圍繞礦山生產(chǎn)工作的圖形處理功能加入系統(tǒng)，采用將生產(chǎn)管理模塊中采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)本系統(tǒng)圖形接口處理后直接形成礦山虛擬三維模型，并根據(jù)虛擬的三維模塊智能生

4、成生產(chǎn)中所需的各種圖件的方式，從而把生產(chǎn)管理人員從圖件處理中脫離出來，將工具核心放到生產(chǎn)管理分析中去，真正提高了企業(yè)的生產(chǎn)管理能力與手段。系統(tǒng)在調(diào)研及分析開發(fā)中，依據(jù)采用了企業(yè)信息化原理、三層結(jié)構(gòu)最新的系統(tǒng)架構(gòu)理論、面向?qū)ο蟮拈_發(fā)原理、系統(tǒng)集成接口原理以及礦山生產(chǎn)中的地測采專業(yè)技術(shù)原理。企業(yè)信息化是這兩年我國信息化建設(shè)的重點，企業(yè)信息化理論日趨成熟。企業(yè)信息化理論強調(diào)系統(tǒng)編碼的一致性、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性、系統(tǒng)流程的可清晰可定義性、系統(tǒng)功能的可擴充可集成性、系統(tǒng)安全性等。本系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)中嚴格把關(guān)，在系統(tǒng)完整性、一致性、安全性、靈活性、可擴充性、智能分析等方面滿足企業(yè)運行發(fā)展的需要。系統(tǒng)采用b/s+

5、c/s模式相結(jié)合的三層架構(gòu)系統(tǒng)開發(fā)原理進行開發(fā)。c/s模式，是客服端與服務(wù)器模式，其技術(shù)成熟度高，但開發(fā)的系統(tǒng)不適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)，尤其在查詢分析決策方面有很大的缺陷，而且維護成本較高，b/s模式則是瀏覽器與服務(wù)器模式，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)模式，系統(tǒng)運行不受辦公場所限制，對辦公場所分散的現(xiàn)代集團公司更是適應(yīng)，但b/s在大數(shù)據(jù)量采集的情況下不適應(yīng)。本項目產(chǎn)品結(jié)合b/s+c/s的優(yōu)點，采用標準的三層結(jié)構(gòu)開發(fā)，即數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層。數(shù)據(jù)層采用ms sql進行數(shù)據(jù)存儲，業(yè)務(wù)邏輯層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類、匯總、統(tǒng)計、分析以及各類接口等，表現(xiàn)層則實現(xiàn)系統(tǒng)與用戶的交互功能。通過這種設(shè)計模式，使系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集性能

6、穩(wěn)定，使用方便，系統(tǒng)的查詢統(tǒng)計分析決策及調(diào)用更能符合現(xiàn)代企業(yè)要求。三維虛擬仿真技術(shù)（virtual reality），是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，九十年代初逐漸為各界所關(guān)注，在商業(yè)領(lǐng)域得到了進一步的發(fā)展。這種技術(shù)的特點在于，計算機產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過計算機圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，編制到計算機中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”，從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。虛擬仿真與通常cad系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型以及傳統(tǒng)的三維動畫是不一樣的，它不是一個靜態(tài)的世界，而是一個開放、互動的環(huán)境，虛擬現(xiàn)實環(huán)境可以通過控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響。surpac vision是

7、澳大利亞surpac公司開發(fā)的一套三維交互式圖形軟件系統(tǒng)，具有地表測量數(shù)據(jù)處理、地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)分析和采礦設(shè)計等功能。其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括勘探和地質(zhì)模型、資源評估、露天和地下采礦設(shè)計、生產(chǎn)計劃和開采進度計劃編制以及尾礦和復(fù)墾設(shè)計等。本項目集成surpac vision功能，依據(jù)系統(tǒng)接口原理，將項目產(chǎn)品中采集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過接口的智能處理，直接在surpac中生成基礎(chǔ)圖件。同時，通過對surpac的二次開發(fā)功能，實現(xiàn)在surpac中自動生成礦山生產(chǎn)所需圖件如中段平面圖、中段地質(zhì)平面圖、礦塊圖、試料圖、儲量計算圖、剖面圖、鉆孔柱狀圖等各種圖件。在三維建模及生產(chǎn)圖件生成上的智能化，是本項目產(chǎn)品的核心之一。

8、根據(jù)不同的功能，將系統(tǒng)劃分為十七個模塊：基礎(chǔ)信息平臺、探礦管理系統(tǒng)、地質(zhì)管理系統(tǒng)、測量管理系統(tǒng)、儲量管理系統(tǒng)、計劃管理系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)、出礦管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、選礦管理系統(tǒng)、銷售管理系統(tǒng)、成本核算系統(tǒng)、統(tǒng)計系統(tǒng)、圖形基礎(chǔ)平臺、圖形處理系統(tǒng)、數(shù)字素描工具、綜合查詢平臺。系統(tǒng)功能圖及系統(tǒng)布署網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下：三、國內(nèi)外礦山行業(yè)信息化現(xiàn)狀礦山是以自然資源為生產(chǎn)對象的古老產(chǎn)業(yè)，絕大多數(shù)礦山企業(yè)還處在勞動密集性階段，相信化程度較低。隨著近年資源、環(huán)境的逐步重視，如何合理利用、高效開發(fā)有限的礦產(chǎn)資源成了人們關(guān)注的問題。如何合同利用不可再生的有限資源進行持續(xù)性發(fā)展已成為現(xiàn)代礦山企業(yè)的主題。如何合理管理企

9、業(yè)的資源儲量、如何合理安排生產(chǎn)、如何將有限的資源與產(chǎn)供銷進行整體規(guī)劃及協(xié)同生產(chǎn)等已成為礦山企業(yè)生產(chǎn)管理的重要工作。加拿大已制訂出一項擬在2050年實現(xiàn)的遠景規(guī)劃：即將加拿大北部邊遠地區(qū)的一個礦山實現(xiàn)為無人礦井，從薩得伯里通過衛(wèi)星操縱礦山的所有設(shè)備實現(xiàn)機械自動破碎和自動切割采礦；芬蘭采礦工業(yè)也于1992年宣布了自己的智能采礦技術(shù)方案，涉及采礦實時過程控制、資源實時管理、礦山信息網(wǎng)建設(shè)、新機械應(yīng)用和自動控制等28個專題等，證明在一些較為發(fā)達國家，礦山信息化早已得到重視。隨著實時礦山測量、gps實時導(dǎo)航與遙控、gis管理與輔助決策和3dgm的應(yīng)用，國際上一些大型露天礦山（包括我國的平朔、霍林河礦區(qū)）

10、已可在辦公室生成礦床模型、礦山采掘計劃，并與采場設(shè)備相聯(lián)系，形成動態(tài)管理與遙控指揮系統(tǒng)。此外，專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、自適應(yīng)模式識別、遺傳算法等人工智能技術(shù)、gps技術(shù)、并行計算技術(shù)、射頻識別技術(shù)以及面向巖石力學(xué)問題的全局優(yōu)化方法、遙感技術(shù)等已在智能礦山地質(zhì)勘探調(diào)查與測量、智能礦山設(shè)計、智能礦山開采、計劃與控制、礦山災(zāi)害遙感預(yù)報等研究領(lǐng)域得到應(yīng)用。相對國外礦山企業(yè)，國內(nèi)礦山企業(yè)在信息化方面的投入力度明顯薄弱?！熬盼濉?、“十五”期間，在全國大力推廣信息技術(shù)應(yīng)用的大環(huán)境下，小部份礦山開始了信息化，從單方面的計算機工具，到礦山mis等。2000年后，在“信息化帶動工業(yè)化”的大環(huán)境下，礦山信息化

11、再一次得到重視，cad、mapgis、財務(wù)軟件、數(shù)字監(jiān)控等在礦山得到了基本普通的使用，甚至部份礦山企業(yè)實施了erp，還有部份礦山企業(yè)實施了三維處理軟件。據(jù)原國家經(jīng)貿(mào)委全國企業(yè)信息化建設(shè)現(xiàn)狀和十五規(guī)劃情況調(diào)查報告調(diào)查顯示，我國的礦山行業(yè)信息化具有以下幾個特點：1） 煤礦信息化投入力度較大，目前煤礦的信息化主要包括企業(yè)綜合應(yīng)用、辦公自動化、數(shù)字監(jiān)控、遠程監(jiān)測與調(diào)度等。煤礦信息化在礦山行業(yè)信息化具有帶頭作用；2） 非煤礦山信息化應(yīng)用主要包括企業(yè)綜合應(yīng)用、財務(wù)軟件、人事軟件、數(shù)字監(jiān)控、辦公自動化系統(tǒng)、cad等；3） 礦山行業(yè)信息化整體水平不高，礦山企業(yè)明顯存在重投入、輕管理，重局部、輕整體，重硬件、輕

12、軟件的問題，重項目建設(shè)，輕it人才培養(yǎng)。4） 礦山信息化在整體規(guī)劃、分步實施上沒有足夠重視，全面實現(xiàn)信息化管理的企業(yè)寥寥無幾，“信息孤島”逐漸顯露，嚴重制約礦山行業(yè)信息化整體效益的實現(xiàn)。5） 礦山信息化的主要途徑是與大專院校的合作，礦山專業(yè)應(yīng)用軟件也大部份來源于大專院校。大專院校的研發(fā)特點及服務(wù)模式，難以滿足全面推動礦山信息化的需要及系統(tǒng)維護升級的要求。我國礦山行業(yè)信息化，雖然近幾年有了較大的發(fā)展，但較之國外先進礦山還存在著很大的差距：礦山信息化應(yīng)用規(guī)模小，企業(yè)投入、管理關(guān)注不夠；行業(yè)專用軟件研發(fā)相對滯后，研發(fā)力量薄弱；信息化單方面深入，全面發(fā)展少；礦山信息化標準不統(tǒng)一，企業(yè)之間難以進行信息共

13、享；礦山管理模式相對落后，礦山信息產(chǎn)品通用性較差；礦山專業(yè)性軟件功能單一，全面性軟件功能不專業(yè)等。本系統(tǒng)的研發(fā)，是從目前國內(nèi)信息化現(xiàn)狀出發(fā)的。本系統(tǒng)研究內(nèi)容包括三個方面，包括礦山生產(chǎn)管理、三維圖形處理、礦山生產(chǎn)管理與三維圖形處理的一體化。礦山生產(chǎn)管理方面，目前國內(nèi)在煤礦方面有較有全面的同類軟件，但其專業(yè)性強，煤礦的針對性大，不適應(yīng)非煤礦山，而非煤礦山的生產(chǎn)管理專業(yè)軟件較少，更多的是一些地質(zhì)數(shù)據(jù)庫、測量數(shù)據(jù)庫等單一生產(chǎn)工具軟件，本系統(tǒng)的生產(chǎn)管理，從礦藏勘探到地質(zhì)、測量，從資源的探測到礦石的采礦、提升，從礦石的提升到選礦、銷售，從企業(yè)生產(chǎn)計劃到調(diào)度、統(tǒng)計，從生產(chǎn)日常管理到生產(chǎn)成本核算，做到礦山生產(chǎn)

14、各環(huán)節(jié)全面而專業(yè)的管理，在同類產(chǎn)品中具有領(lǐng)先作用。本系統(tǒng)在生產(chǎn)管理系統(tǒng)與三維圖形處理一體化方面的研究與開發(fā)，包括從生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫自動建立礦山井巷模型，礦山地質(zhì)模型以及智能生成中段平面圖、中段地質(zhì)平面圖、礦塊圖、試料圖、儲量圖、剖面圖等礦山生產(chǎn)圖件等功能，填補了國內(nèi)空白。四、行業(yè)及市場綜述1國內(nèi)外礦山信息市場走勢礦產(chǎn)資源的開發(fā)對人類賴以生存的環(huán)境造成了極大的污染和破壞。因此，如何在有限的資源條件下，在生態(tài)系統(tǒng)包容能力允許的條件下，探討礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境保護，實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展是21世紀人類面臨的重大課題。如果繼續(xù)沿襲舊的外延擴張式經(jīng)濟發(fā)展模式，而不是轉(zhuǎn)向?qū)で笠环N變革性力量，將難以解決礦產(chǎn)資源開發(fā)中

15、的諸多矛盾。強化信息資源開發(fā)利用，加強礦山數(shù)字技術(shù)運用是這種巨大變革性力量的主力軍。信息化建設(shè)已成為我國的一項重要的戰(zhàn)略國策，國家“十五規(guī)劃”中明確指出：“信息化是當(dāng)今世界經(jīng)濟和社會發(fā)展的大趨勢，也是我國產(chǎn)業(yè)升級和實現(xiàn)工業(yè)化、現(xiàn)代化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要把推進國民經(jīng)濟和社會信息化放在優(yōu)先位置?！辈⑻岢觥皥猿忠孕畔⒒瘞庸I(yè)化、以工業(yè)化促進信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染小、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子”的戰(zhàn)略方針。因此，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，實現(xiàn)礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，達到資源開發(fā)與環(huán)境保護和諧統(tǒng)一，是“十一五”礦業(yè)發(fā)展規(guī)劃要解決的重要任務(wù)之一。礦山企業(yè)作為資源開發(fā)的

16、主體，其信息化是礦業(yè)信息化的重要組成部分之一。礦山信息化即是挖掘先進的管理理念，應(yīng)用先進的信息技術(shù)去整合礦山現(xiàn)有的生產(chǎn)、經(jīng)營、設(shè)計、管理，及時地為礦業(yè)“三層決策”（戰(zhàn)術(shù)層、戰(zhàn)略層、決策層）系統(tǒng)提供準確而有效的數(shù)據(jù)信息，以便對市場需求做出迅速反應(yīng)，進而提升礦業(yè)經(jīng)濟核心競爭力的過程。礦山信息化不僅是礦山信息技術(shù)的延伸，更重要的是礦業(yè)管理、組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)流程的變革和延伸1-7。近年來，隨著我國礦業(yè)經(jīng)濟的繁榮以及信息技術(shù)的發(fā)展，我國礦山企業(yè)對信息化軟件產(chǎn)品的需求大量增加。上世紀90年代，由于我國礦業(yè)經(jīng)濟不景氣，礦山企業(yè)、高等學(xué)校及研究院所在相當(dāng)長的時間內(nèi)，對礦業(yè)軟件產(chǎn)品的研發(fā)速度緩慢，除了經(jīng)濟因素外，

17、其中主要原因是礦山行業(yè)難以留住高水平的軟件開發(fā)和管理人員。面對新世紀迅速繁榮的礦業(yè)經(jīng)濟和快速發(fā)展的采礦工業(yè)，目前我國礦山信息化發(fā)展存在二大矛盾：一是礦山信息化產(chǎn)品需求空前增加與國內(nèi)礦山軟件產(chǎn)品研發(fā)能力相對滯后的供需矛盾；其次是礦山企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)對“數(shù)字礦山”的高期望值與礦山it人才流失嚴重，it技術(shù)力量的嚴重不足，操作維護培訓(xùn)跟不上，難以保證系統(tǒng)良好實施和運行的矛盾。與此同時，面對中國巨大的礦業(yè)軟件市場，國外礦業(yè)軟件商的將主要力量轉(zhuǎn)向中國，在經(jīng)濟利益的驅(qū)動下，國內(nèi)相繼出現(xiàn)大量的國外礦業(yè)軟件代理商（如surpac、micromine、datamine、minesight等），他們利用自己在國內(nèi)的客戶關(guān)

18、系與國外軟件廠家密切合作，使得目前國內(nèi)礦業(yè)軟件市場正在迅速被外商占領(lǐng)，這種發(fā)展趨勢必須引起我國政府和礦山企業(yè)決策層的高度重視。2系統(tǒng)市場價值本系統(tǒng)旨在滿足礦山行業(yè)生產(chǎn)管理全面信息化需求，目前礦山生產(chǎn)管理中存在主要問題：1）礦山企業(yè)生產(chǎn)場所松散，生產(chǎn)信息難以及時收集，無法及時決策管理；2）礦山生產(chǎn)信息種類繁多，數(shù)據(jù)量龐大，手工無法進行歸檔與統(tǒng)計，在手工時代只能對重要信息進行臺賬，通過臺賬查詢，而無法對真正的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析；3）礦山生產(chǎn)專業(yè)計算復(fù)雜，地質(zhì)、測量、儲量、選礦等各專業(yè)均需進行繁重的數(shù)據(jù)運算；4）礦山生產(chǎn)信息量多，大，及時性差，生產(chǎn)統(tǒng)計、成本統(tǒng)計、計劃跟蹤在傳統(tǒng)管理模式下只能是滯后管理，對生產(chǎn)管理是一種制約；5）生產(chǎn)信息統(tǒng)計入口多，各單位、各工種均需自行進行統(tǒng)計與相互引用，因為口徑的不一致與數(shù)據(jù)源的引用不一致，統(tǒng)計結(jié)果相差較大；6）生產(chǎn)人員繪圖工作量繁重，繪圖過程復(fù)雜，生產(chǎn)管理人員人少活多，負擔(dān)較重；7）礦山生產(chǎn)的對象是地下資源，無法對待采對象有