數(shù)字礦山軟件在國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀課件

1數(shù)字礦山軟件在國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀數(shù)字礦山軟件在國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀2數(shù)字礦山的基本特征與關(guān)鍵技術(shù)

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(jìn)步的巨大沖擊。如今，數(shù)字地球（DigitalEarth,DE）和數(shù)字中國（DigitalChina,DC）的鐘聲，已經(jīng)和正在驚醒一代采礦人。3數(shù)字礦山的基本特征與關(guān)鍵技術(shù)一、數(shù)字礦山及其戰(zhàn)略意義國際動態(tài)加拿大已制訂出一項擬在2050年實現(xiàn)的遠(yuǎn)景規(guī)劃：即將加拿大北部邊遠(yuǎn)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(jī)械自動破碎和自動切割采礦；4數(shù)字礦山及其戰(zhàn)略意義芬蘭采礦工業(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(jī)械應(yīng)用和自動控制等28個專題；瑞典也制定了向礦山自動化進(jìn)軍的“Grountecknik2000”戰(zhàn)略計劃。5數(shù)字礦山及其戰(zhàn)略意義

中國礦業(yè)大學(xué)等單位也相繼開展了采礦機(jī)器人（MR）、礦山地理信息系統(tǒng)（MGIS）、三維地學(xué)模擬（3DGM）、礦山虛擬現(xiàn)實（MVR）、礦山GPS定位等方面的技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用研究。6數(shù)字礦山及其戰(zhàn)略意義

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)）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)。。7數(shù)字礦山及其戰(zhàn)略意義

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。。8數(shù)字礦山原型：遙控采礦

國際著名礦山企業(yè)——加拿大國際鎳公司（Inco）從20世紀(jì)90年代初開始研究遙控采礦技術(shù)，目標(biāo)是實現(xiàn)整個采礦過程的遙控操作。Inco公司給遙控采礦下的定義是“利用目前最先進(jìn)的技術(shù)，包括地下通訊、定位、工藝設(shè)計、監(jiān)視和控制系統(tǒng)，去操縱采礦設(shè)備與采礦系統(tǒng)?！边b控采礦工藝包括自動鑿巖、自動裝藥與爆破、自動裝巖、自動轉(zhuǎn)運(yùn)、自動卸巖和自動支護(hù)等，其技術(shù)基礎(chǔ)是高速地下通訊系統(tǒng)和高精度地下定位、定向系統(tǒng)（要求達(dá)到mm級）。9中國礦山面臨的挑戰(zhàn)近年，中國礦山行業(yè)的信息化建設(shè)雖然有了較大發(fā)展，但總體狀況仍然很不樂觀?？傮w來看，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“軟”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)作礦山的重要戰(zhàn)略資源之一加以統(tǒng)籌開發(fā)和綜合利用，更沒有形成系統(tǒng)性能穩(wěn)定、信息資源充足的礦山信息基礎(chǔ)設(shè)施（MineInfrastructure）。10數(shù)字礦山的基本特征基于DM的定義，主流意見認(rèn)為，DM應(yīng)具有以下六大特征：以高速企業(yè)網(wǎng)為“路網(wǎng)”、以采礦CAD（MCAD）、虛擬現(xiàn)實（VR）、仿真（CS）、科學(xué)計算（SC）與可視化（VS）為“車輛”、以礦業(yè)數(shù)據(jù)和礦業(yè)應(yīng)用模型為“貨物”、以真三維地學(xué)模擬（3DGM）和數(shù)據(jù)挖掘為“包裝”、以多源異質(zhì)礦業(yè)數(shù)據(jù)采集與更新系統(tǒng)為“保障”和以礦山GIS（MGIS）為“調(diào)度”。11數(shù)字礦山的基本特征DM的最終表現(xiàn)為礦山的高度信息化、自動化和高效率，以至無人采礦和遙控采礦。12數(shù)字礦山的基本特征以高速企業(yè)網(wǎng)為“路網(wǎng)”以MCAD、VM、MS、SC、AI與SV為“車輛”以礦業(yè)數(shù)據(jù)和應(yīng)用模型為“貨物”以3DGM和數(shù)據(jù)挖掘為“包裝”以多源異質(zhì)礦業(yè)數(shù)據(jù)采集與更新為“保障”13數(shù)字礦山的基本特征

只有實現(xiàn)了礦業(yè)綜合數(shù)據(jù)的動態(tài)采集與快速更新，才能為動態(tài)時效的3DGM與MGIS提供數(shù)據(jù)糧食，為遙控采礦或無人采礦提供信息保障。此外，還要在3DGM的基礎(chǔ)上，基于統(tǒng)一的時空參照、元數(shù)據(jù)和編碼，根據(jù)需要將上述多源異質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有選擇的融合和分類，形成無縫無斥的數(shù)據(jù)組織。14數(shù)字礦山的基本框架DM應(yīng)是一個層次結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)一：DM按數(shù)據(jù)流和功能流，由外向里分別為采集系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、功能系統(tǒng)、包裝系統(tǒng)、核心系統(tǒng)共5部分。1)采集系統(tǒng)：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與處理，包括測量、勘探、傳感和文檔4類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；2)調(diào)度系統(tǒng)：指MGIS，負(fù)責(zé)提供拓?fù)浣⑴c維護(hù)、空間查詢與分析、制圖與輸出等GIS基本功能，并進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問控制、開放接口和生產(chǎn)調(diào)度與指揮管理；15數(shù)字礦山的基本框架3)功能系統(tǒng)：負(fù)責(zé)提供各類專業(yè)模擬與分析功能，包括MCAD、VM、MS、SC、AI和SV等；4）包裝系統(tǒng)：負(fù)責(zé)提供3D空間建模工具和多源異質(zhì)礦山數(shù)據(jù)的空間融合環(huán)境和數(shù)據(jù)過濾、組合與封裝機(jī)制，包括3DGM和數(shù)據(jù)挖掘工具；5）核心系統(tǒng)：負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)和模型，由時空數(shù)據(jù)倉庫和應(yīng)用模型庫兩個子系統(tǒng)組成。16數(shù)字礦山的基本框架還有一種劃分層次的方法，更加直接和易于理解：數(shù)字礦山自下而上可分為以下七個主層次：

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層。即數(shù)據(jù)獲取與存儲層。數(shù)據(jù)獲取包括利用各種技術(shù)手段獲取各種形式的數(shù)據(jù)及其預(yù)處理；數(shù)據(jù)存儲包括各類數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)文件、圖形文件庫等。該層為后續(xù)各層提供部分或全部輸入數(shù)據(jù)。(2)模型層。即表述層。如空間和礦物屬性的三維和二維塊狀模型、礦區(qū)地質(zhì)模型、采場模型、地理信息系統(tǒng)模型、虛擬現(xiàn)實動化模型等。該層不僅將數(shù)據(jù)加工為直觀、形象的表述形式，而且為優(yōu)化、模擬與設(shè)計提供輸入。17數(shù)字礦山的基本框架(3)模擬與優(yōu)化層。如工藝流程模擬、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)計與計劃方案優(yōu)化等。(4)設(shè)計層。即計算機(jī)輔助設(shè)計層。該層為把優(yōu)化解轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行方案或直接進(jìn)行方案設(shè)計提供手段。(5)執(zhí)行與控制層。如自動調(diào)度、流程參數(shù)自動監(jiān)測與控制、遠(yuǎn)程操作等。該層是生產(chǎn)方案的執(zhí)行者。(6)管理層。包括MIS與辦公自動化。(7)決策支持層。依據(jù)各種信息和以上各層提供的數(shù)據(jù)加工成果，進(jìn)行相關(guān)分析與預(yù)測，為決策者提供各個層次的決策支持。

18DM的關(guān)鍵技術(shù)

基于DM的定義、內(nèi)涵、特征與基本框架需要圍繞以下九項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和攻關(guān)：DM的關(guān)鍵技術(shù)

礦山數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)礦山數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)真3DGM與可視化技術(shù)礦山3D拓?fù)浼夹g(shù)應(yīng)用軟件與相關(guān)模型DM的關(guān)鍵技術(shù)

地下快速定位與自動導(dǎo)航技術(shù)井下多媒體通訊與無線傳輸技術(shù)智能采礦機(jī)器人“班組”技術(shù)礦山GIS、OA、CDS三位一體技術(shù)2021DM在國內(nèi)的一些實踐：近幾年來，數(shù)字礦山一直是國內(nèi)的熱門研究課題，取得了一批研究成果。以神華、首鋼為代表的一批煤礦、非煤礦山也進(jìn)行了有益的實踐。相關(guān)設(shè)備的研制也有了一定進(jìn)展，但主要集中在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及通信方面。22DM在國內(nèi)的一些實踐：數(shù)字礦山通用功能劃分模型23DM在國內(nèi)的一些實踐：煤炭井工礦井綜合自動化系統(tǒng)：將數(shù)字礦山網(wǎng)絡(luò)分為辦公信息網(wǎng)和礦區(qū)生產(chǎn)網(wǎng)兩部分，并實現(xiàn)相互安全分區(qū)隔離，為煤炭企業(yè)構(gòu)建堅實網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺。礦區(qū)生產(chǎn)網(wǎng)直接承載了煤炭生產(chǎn)調(diào)度、瓦斯監(jiān)控、井下生產(chǎn)人員安全管理、風(fēng)機(jī)監(jiān)控等關(guān)鍵業(yè)務(wù)，任意一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致爆炸、塌方、滲水等致命事故。因此，安全性、可靠性設(shè)計是礦區(qū)生產(chǎn)網(wǎng)最核心的內(nèi)容。24DM在國內(nèi)的一些實踐：典型礦區(qū)生產(chǎn)網(wǎng)方案25DM在國內(nèi)的一些實踐：為保障生產(chǎn)網(wǎng)的安全，生產(chǎn)網(wǎng)全部采用高可靠光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)，以避免強(qiáng)電磁環(huán)境的干擾?？紤]到井下工作環(huán)境的惡劣性，井下設(shè)備選擇具有防塵、防爆特性的第三方工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)；而井上生產(chǎn)網(wǎng)設(shè)備可完全采用商用設(shè)備，以降低組網(wǎng)成本和維護(hù)成本。由于礦區(qū)生產(chǎn)網(wǎng)事關(guān)煤炭企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營以及井下人員生命安全，因此，生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)只允許少數(shù)合法用戶具有網(wǎng)絡(luò)接入和業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問權(quán)限，生產(chǎn)網(wǎng)與辦公信息網(wǎng)之間要通過防火墻設(shè)備實現(xiàn)安全隔離。在此基礎(chǔ)上，生產(chǎn)網(wǎng)用戶可正常訪問信息網(wǎng)資源，但與Internet隔離，避免互聯(lián)網(wǎng)病毒和黑客的入侵，而信息網(wǎng)只有特定用戶可通過防火墻訪問部分生產(chǎn)網(wǎng)數(shù)據(jù)。26DM在國內(nèi)的一些實踐：27DM在國內(nèi)的一些實踐：地質(zhì)信息系統(tǒng)28數(shù)字化礦山的三個階段數(shù)字化礦山現(xiàn)在是一個熱門話題，國家科技部的中長期科學(xué)發(fā)展規(guī)劃里邊也有了這樣的內(nèi)容。但是到目前為止，關(guān)于數(shù)字化礦山還沒有一個準(zhǔn)確的定義。綜合國外礦山信息化建設(shè)的各種戰(zhàn)略設(shè)想，還有一些學(xué)者對數(shù)字化礦山的理解，將數(shù)字化礦山分為三個層次。29第一個層次是礦山數(shù)字化信息管理系統(tǒng)。第二個階段是虛擬礦山，是把真實礦山的整體以及和它相關(guān)的現(xiàn)象整合起來，以數(shù)字的形式表現(xiàn)出來，從而了解整個礦山動態(tài)的運(yùn)作和發(fā)展情況。第三個階段是遠(yuǎn)程遙控和自動化采礦的階段?？傮w來講，數(shù)字化礦山就是礦山地面和井下的、人類從事礦產(chǎn)資源開采的各種動態(tài)、靜態(tài)的信息都能夠數(shù)字化，而且用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來管理，同時利用空間技術(shù)、自動定位和導(dǎo)航技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控和自動化采礦。數(shù)字化礦山的三