數(shù)字礦山技術(shù)

數(shù)字礦山技術(shù)字礦山”應(yīng)運而生并開始提到一些決策者的議事議程。絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)眾多研究機構(gòu)和學(xué)者對數(shù)字礦山建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)和建設(shè)方案從不同角度提出了各自的看法及思路。建立數(shù)字礦山既可以實現(xiàn)安全管理的數(shù)字化,為打造本質(zhì)安全型礦井提供信息保障,也是實現(xiàn)生產(chǎn)管理的精細(xì)化,為打造高產(chǎn)高效礦井提供決策手段。數(shù)字礦山既不是“數(shù)字地球”概念的簡單延伸,也不是普通ERP概念的簡單復(fù)制,而是一個包含二者部分特性的嶄新概念。中國礦山在礦山勘察、規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)、管理、全過程監(jiān)控等信息化領(lǐng)域與發(fā)達(dá)采礦國家的差距越來越大,中國礦山既沒有把信息資源當(dāng)作礦山、信息資源充足的礦山信息基礎(chǔ)設(shè)施,也沒有形成“數(shù)字礦山”建設(shè)規(guī)范。2數(shù)字礦山的定義數(shù)字礦山也稱智慧礦山,是建立在礦山數(shù)字化基礎(chǔ)上能夠完成礦山企業(yè)所有信息的精準(zhǔn)適時采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、規(guī)范化集成、可視化展現(xiàn)、自動化操作和智能化服務(wù)的數(shù)字化智1)數(shù)字化基礎(chǔ):已把礦山的所有內(nèi)容處理成現(xiàn)代計算機可以接受、儲存、拷貝、加工和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字信息,并保證信息的完整性。2)精準(zhǔn)適時采集:能準(zhǔn)確地采集到任何地點、任何時間所需要的安全、生產(chǎn)和管理等信息,并保證信息的及時性。3)網(wǎng)絡(luò)化傳輸:所有信息包括實時數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)可以通過局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)進(jìn)行準(zhǔn)時、可靠、安全的傳輸,必要的數(shù)據(jù)要保證時鐘同步。4)規(guī)范化集成:通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式、開放的通信協(xié)議和統(tǒng)一的管理規(guī)范所定義的數(shù)據(jù)倉庫實現(xiàn)各種應(yīng)用中信息的互連互通,確保數(shù)據(jù)的唯一入口和一致性。5)可視化展現(xiàn):對于數(shù)據(jù)倉庫中的所有信息和模型均可用四維地理信息系統(tǒng)技術(shù)、虛理。6)自動化操作:對于主要生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)、監(jiān)聽監(jiān)視環(huán)節(jié)、時限性強、準(zhǔn)確度高的環(huán)節(jié)以及環(huán)境惡劣、易疲勞環(huán)節(jié)實現(xiàn)操作自動化或無人化。7)智能化服務(wù):在一些諸如危險辨識、災(zāi)害預(yù)警、事故報警、方案設(shè)計、計劃編制、過程控制、經(jīng)濟(jì)分析、調(diào)度優(yōu)化等方面提供智能化工具和綜合決策支持,最大限度地降低腦力勞動強度,避免人為決策失誤。8)數(shù)字化智慧體有2層含義:1通過數(shù)字化再造使整個礦山具有自我分析能力和決策相關(guān)專家的最新知識,使數(shù)字礦山的神經(jīng)中樞具有眾多專家集體決策的能力。5數(shù)字礦山研發(fā)進(jìn)展隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和眾多硬件廠商的努力,數(shù)字礦山的網(wǎng)絡(luò)平臺和有關(guān)硬件的研究已經(jīng)取得了長足進(jìn)展,無論是技術(shù)還是應(yīng)用都已經(jīng)基本成熟。眾所周知,數(shù)字礦山軟件系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是先進(jìn)的理念、科學(xué)的模型和快速的計算機算法,通過眾多學(xué)者的研究,已經(jīng)突破了包括三維精細(xì)化快速建模,礦體圈定和精細(xì)儲量評價,各種礦圖的自動生成,礦山四維地理信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范建設(shè),礦山災(zāi)害仿真、預(yù)警和事故預(yù)測預(yù)報,專業(yè)系統(tǒng)分析等難題。3)我國礦山信息化程度低,目前應(yīng)該投入大量的人力、物力、財力在全國大力進(jìn)行數(shù)字礦山建設(shè),盡快地把我國的礦山建設(shè)成數(shù)字礦山,化解礦山開采過程中的高風(fēng)險、高危害因素,落實我國資源開發(fā)政策,力保使我國資源開發(fā)進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展的良性軌道,從而提高我力。4)信息技術(shù)在我國礦山企業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀數(shù)字礦山是信息技術(shù)在礦山企業(yè)的應(yīng)用程度的集中體現(xiàn)。建設(shè)數(shù)字礦山,必須立足現(xiàn)狀,有目標(biāo)、有步驟地推進(jìn)。因此,有必要對信息技術(shù)在我國礦山企業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行實事求是的定位,對我們現(xiàn)在處在通向數(shù)字礦山道路的什么階段有一個清醒的認(rèn)識。從上個世紀(jì)80年代中期起,計算機在我國礦山開始得到應(yīng)用,經(jīng)過學(xué)術(shù)界與工業(yè)界近20年的努力,取得如今已不同程度地在計算機上完成;一些礦業(yè)公司和礦山企業(yè)建成了局域網(wǎng);不同規(guī)模的管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用較為普遍,并開始向更高層次升級。然而,從發(fā)揮的效用看,信息技術(shù)在我國礦山企業(yè)的應(yīng)用還十分有限,概括起來有以下主要特點:(1)應(yīng)用的廣度和深度處于,系統(tǒng)軟件和常用的平臺軟件大都是最新版本,但應(yīng)用的廣度和深度仍處于初級階段。例如,在管理方面,計算機與網(wǎng)絡(luò)主要用于財務(wù)、生產(chǎn)臺帳、綜合統(tǒng)計、報表生成等,以及這些工作中的數(shù)據(jù)傳輸;在礦體圈定、礦量品位計算及生產(chǎn)計劃等與礦山生產(chǎn)直接相關(guān)的領(lǐng)域,計算機主要用于模仿手工作業(yè)過程,即使如此,計算機化的程度也還較低(不少礦山仍然在圖板上完成大部分工作);在選礦方面,少數(shù)礦山安裝了簡單的監(jiān)測系統(tǒng)。先進(jìn)的手段與實踐中觀念和方法的陳舊之間的矛盾阻礙了信息技軟件產(chǎn)品。簡單的辦公自動化和管理軟件可以交給任何一家軟件公司開發(fā),但深層次應(yīng)用必需的、直接用于生產(chǎn)過程與技術(shù)方案設(shè)計的專業(yè)軟件,至今沒有專業(yè)的開發(fā)隊伍,沒有達(dá)到礦山生產(chǎn)過程的軟件,但它們大都是針對某個具體問題而開發(fā),功能專一、零散,形不成系統(tǒng),實用性不強,大部分只有很短的使用壽命,有的甚至一開發(fā)出來就束之高閣。國外有不少高水平的、功能強大的用于礦山生產(chǎn)的專業(yè)軟件產(chǎn)品,但在中國的推廣困難重重。除一套完整的進(jìn)口系統(tǒng)價格昂貴外,最重要的原因是軟件系統(tǒng)中使用的解決問題的理念和方法與我國現(xiàn)行的理念和方法差別太大,難于應(yīng)用。凡此種種,致使適用于我國礦山生產(chǎn)實際的專業(yè)軟件在低水平上徘徊了若干年后,許多科研院所和礦山開發(fā)的軟件出現(xiàn)應(yīng)用流產(chǎn),而后處于近乎停頓不前的狀態(tài)。(3)信息技術(shù)的應(yīng)用所帶來的效益甚微。如前所述,直到今日,信等),再加上體制和高知識層次應(yīng)用人才缺乏的制約,致使信息技術(shù)帶來的效益(直觀效益和隱形效益)甚微。礦山資源勘查開發(fā)信息化建設(shè)是數(shù)字礦山建設(shè)的核心內(nèi)容,而實現(xiàn)礦山資源勘查開發(fā)統(tǒng)工程原理,在數(shù)字礦山建設(shè)中應(yīng)以整體最優(yōu)化為基本目標(biāo),整體設(shè)計、分步實施、循序漸進(jìn),其中的信息技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)以主題式礦山地質(zhì)點源數(shù)據(jù)庫建設(shè)為核心,并且與MIS、DDS、ERP和OAS建設(shè)密切結(jié)合,抓住幾個關(guān)鍵技術(shù)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系,實行多S結(jié)合與集數(shù)字礦山系統(tǒng)研發(fā)中的部分關(guān)鍵技術(shù)“數(shù)字礦山”是真實礦山整體及其相關(guān)現(xiàn)象和生產(chǎn)過程的全面數(shù)字化、信息化,是存儲于計算機網(wǎng)絡(luò)上的、能供多用戶訪問和應(yīng)用的一種虛擬礦山.通過“數(shù)字礦山”能使礦山自然地理、生態(tài)環(huán)境、礦床地質(zhì)、礦山建設(shè)、掘采選冶、決策規(guī)劃等實現(xiàn)數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和可視化.數(shù)字礦山系統(tǒng)開發(fā)涉及諸多關(guān)鍵技術(shù)。2.1礦山三維可視化建模關(guān)鍵技術(shù)三維模型是數(shù)字礦山表達(dá)的基本方式,也是實現(xiàn)數(shù)字礦山的關(guān)鍵.礦山三維地質(zhì)模型是在野外地質(zhì)勘探和室內(nèi)地質(zhì)資料分析的基礎(chǔ)上,利用計算機量化描述地質(zhì)對象的幾何形態(tài)、拓?fù)潢P(guān)系和物性特征等信息.通過對礦山地質(zhì)對象的一維、二維和三維信息數(shù)據(jù)綜合解釋后重構(gòu)而建立的復(fù)雜整體計算機三維模型即為礦山三維地質(zhì)模型。2.2快速市場響應(yīng)機制下的動態(tài)資源儲量估算技術(shù)礦產(chǎn)資源儲量估算是礦山礦產(chǎn)勘探各階段極其重要的工作之一,資源儲量估算的結(jié)果是安排礦產(chǎn)勘查計劃、礦山開發(fā)、生產(chǎn)計劃和管理的基礎(chǔ)和依據(jù).其工作過程不僅僅限于礦石的資源儲量估算,而且還涉及到礦石質(zhì)量、礦體形態(tài)、規(guī)模、復(fù)雜程度、工程程度、開采條件及經(jīng)濟(jì)價值等問題.因此,資源儲量估算一直被列為地質(zhì)勘探開發(fā)各階段極其重要的工作中.并且現(xiàn)代礦山生產(chǎn)也迫切需求能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)和市場動態(tài)變化,對礦體的礦石量和信息化全程計算機輔助的系統(tǒng)集成化技術(shù)對于礦山,由于問題域的復(fù)雜性導(dǎo)致信息化中往往是在勘探、開采設(shè)計、礦山生產(chǎn)等環(huán)節(jié)采用多個不同的軟、硬系統(tǒng),多種技術(shù)綜合應(yīng)用,如何整體實現(xiàn)信息化是一個難題.進(jìn)行“多S”的集成,使各部分有機結(jié)合、相互銜接,數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流轉(zhuǎn)順暢、充分共享.這既是礦山工作信息化的基本內(nèi)容之一,也是礦山工作信息化的基本標(biāo)志之一。建設(shè)數(shù)字礦山對充分利用開發(fā)礦山資源,化解開采過程中的高危險、高危害因素,落實我國礦產(chǎn)資源開發(fā)政策,促進(jìn)礦山科技進(jìn)步的發(fā)展等具有積極重要的意義。通過對數(shù)字礦山定義的分析,闡述了數(shù)字礦山的主要特征并據(jù)此提出了我國數(shù)字礦山建設(shè)的主要內(nèi)容。數(shù)字礦山是未來礦山的發(fā)展方向。礦山應(yīng)根據(jù)實際情況,整體規(guī)劃礦山的數(shù)字化建設(shè),有重點、分步驟地實施。建立礦山信息管理系統(tǒng),為礦山數(shù)字化搭建好軟硬件網(wǎng)絡(luò)平臺,實面,首先是人的思想觀念與思維方式的轉(zhuǎn)變,然后是企業(yè)管理體制與管理模式的變革.企業(yè)決策者、管理者和廣大工程技術(shù)人員要共同參與和積極配合,才能再創(chuàng)礦山企業(yè)輝煌。在數(shù)字礦山建設(shè)的過程中,既要從系統(tǒng)的角度去探討數(shù)字礦山的整體功能及其構(gòu)架,也應(yīng)該有側(cè)重的對數(shù)字礦山的系統(tǒng)功能內(nèi)涵及含蓋的幾個核心技術(shù).我國數(shù)字礦山戰(zhàn)略對策我國礦山企業(yè)信息化現(xiàn)狀基本是%無路無車’(既沒有起碼的計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)施與硬件資源"又沒有相應(yīng)的礦山應(yīng)用軟件)&%有路無車’(進(jìn)行了計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)施與硬件資源建設(shè)投入"卻忽視了礦山應(yīng)用軟件的投入)&%車貨不一’(礦山應(yīng)用軟件及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建設(shè)混亂無序"無法實現(xiàn)信息資源共享)三層次并存/&&0$受體制&觀念和教育程度的限制"我國礦山企業(yè)的決策者&管理者和工程技術(shù)人員在礦山信息化建設(shè)方面尚存在1種不良傾向-因循守舊&短期效益&重硬輕軟和事不關(guān)己高高掛起/&&0$"2戰(zhàn)略在給我國礦業(yè)帶來挑戰(zhàn)的同時"也帶來了前所未有的發(fā)展機遇$礦山信息化改造是一項復(fù)雜&系統(tǒng)而艱巨的工作"有觀念的因素"也有技術(shù)的因素和資金的制約$因此"提出以下戰(zhàn)略對策$,$3進(jìn)行觀念更新$組織人才培訓(xùn)應(yīng)加大宣傳力度"組織各類人才培訓(xùn)"盡快進(jìn)行觀念更新"使企業(yè)決策者&管理者和廣大工程技術(shù)人員積極參與和協(xié)同配合"3建設(shè)$,$%加大經(jīng)費投入$組織科技攻關(guān)政府&企業(yè)應(yīng)高度重視和聯(lián)合投入"通過設(shè)立持續(xù)穩(wěn)定的%數(shù)字礦山’創(chuàng)新基金來支持"3創(chuàng)新研究"組織不同層次&不同范圍的科研攻關(guān)與技術(shù)推廣$,$’形成優(yōu)勢合力$穩(wěn)步健康推進(jìn)有關(guān)高校&院所和礦山企業(yè)之間&不同高校和學(xué)科之間應(yīng)優(yōu)勢互補&通力合作"有計劃&有步驟地穩(wěn)步實施"3戰(zhàn)略"力爭實現(xiàn)我國礦業(yè)生產(chǎn)的跨越式發(fā)展"使我國的礦山和礦區(qū)逐步走向可持續(xù)發(fā)DM的基本組成DM作為一個復(fù)雜巨系統(tǒng),具有同心圓型的層次結(jié)構(gòu)特點.按數(shù)據(jù)流和功能流進(jìn)行剖分,DM結(jié)構(gòu)由外向里依次為采集系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、核心系統(tǒng)共5部分.其基本組成如圖1所示.(1)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理與更新,包括測量、勘探、傳感和文檔(含設(shè)計數(shù)據(jù))四大類礦山基礎(chǔ)數(shù)據(jù).(2)調(diào)度系統(tǒng)作為礦山信息化辦公與決策的公共平臺和各類礦山軟件集成和各類模型融合的公共載體的MGIS,負(fù)責(zé)礦山地物對象的拓?fù)浣⑴c維護(hù)、空間查詢與分析、礦山制圖與輸出等GIS基本功能,并進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問