數(shù)字礦山的應用與發(fā)展現(xiàn)狀

數(shù)字礦山的應用與發(fā)展現(xiàn)狀摘要：數(shù)字礦山被定義為，以計算機及其網(wǎng)絡(luò)為手段，把礦山的所有空間和有用屬性實現(xiàn)數(shù)字化存儲、傳輸、表述和深加工，并應用于生產(chǎn)與管理和決策之中。近年來，我國礦山數(shù)字化進程發(fā)展較快，取得了一些成就，但總體數(shù)字化程度不高，與國際先進水平仍有很大差距。本文綜合論述了礦山數(shù)字化技術(shù)在礦山生產(chǎn)中的應用，介紹了我國數(shù)字礦山發(fā)展現(xiàn)狀，并對當前面臨的問題進行分析，最后提出數(shù)字礦山發(fā)展建議。關(guān)鍵詞：數(shù)字礦山；數(shù)字化；應用；現(xiàn)狀1引言自1998年，美國副總統(tǒng)戈爾首次提出“數(shù)字地球”的概念后，在1999年召開的首屆國際數(shù)字地球大會上提出了“數(shù)字礦山”的概念。隨著科技的進步、礦產(chǎn)資源消費的急劇增長和勘探開采難度的日益增大，利用“數(shù)字礦山”促使礦業(yè)行業(yè)逐步走向智能化與自動化是礦業(yè)發(fā)展的目標和方向。2數(shù)字礦山的概念與研究意義2.1數(shù)字礦山的概念目前，對數(shù)字礦山(DigitalMine)尚沒有一個公認、準確、統(tǒng)一的概念，一般意義上認為:數(shù)字礦山是以計算機及其網(wǎng)絡(luò)為平臺，在統(tǒng)一的時間、空間框架下，將礦山的所有空間和屬性數(shù)據(jù)進行科學、合理和高效的管理與整合，構(gòu)建為一個礦山信息模型，提供直觀、快速的檢索和顯示手段，充分應用于礦山生產(chǎn)、管理與決策中，達到生產(chǎn)方案優(yōu)化、管理高效和決策科學化的目的[1]。數(shù)字礦山是建立在數(shù)字化、信息化、虛擬化、智能化、集成化基礎(chǔ)上的，由計算機網(wǎng)絡(luò)管理的管控一體化系統(tǒng)，它綜合考慮生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、環(huán)境、資源、安全和效益等各種因素，使企業(yè)實現(xiàn)整體協(xié)調(diào)優(yōu)化，在保障企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提下，達到提高礦山企業(yè)整體效益、市場競爭力和適應能力的目的。2.2數(shù)字礦山的研究意義由于國內(nèi)部分礦山企業(yè)管理手段和方式落后，經(jīng)營觀念陳舊，缺乏創(chuàng)新能力，對數(shù)字礦山建設(shè)不夠重視，沒有將數(shù)字礦山的建設(shè)作為礦業(yè)企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略任務與長期發(fā)展目標，從而影響了數(shù)字礦山的建設(shè)進程[2]。因此數(shù)字礦山的研究主要體現(xiàn)在解決現(xiàn)階段礦山企業(yè)的以下不足。（1）礦山企業(yè)生產(chǎn)涉及的地質(zhì)、測量、采礦等信息繁多、數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)格式多、入口多，手工進行歸檔與統(tǒng)計比較困難，數(shù)據(jù)無法做到必要的交換機制，數(shù)據(jù)輸入有時重復進行，統(tǒng)計結(jié)果相差較大。（2）礦山企業(yè)的生產(chǎn)場所分散，探、采等生產(chǎn)信息難以及時、快速收集，在傳統(tǒng)管理模式下，各專業(yè)數(shù)據(jù)信息流動速度慢，生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析滯后，造成決策被動。（3）生產(chǎn)人員繪圖工作量大，繪圖過程復雜，生產(chǎn)管理人員對開采對象沒有完整的概念，多數(shù)憑借個人經(jīng)驗去指導生產(chǎn)，各種專業(yè)信息(包括地質(zhì)、測量、探礦等)無法在企業(yè)各類技術(shù)人員、管理人員之間共享。（4）大多礦山處于粗放式的生產(chǎn)狀態(tài)，采用固定的工業(yè)指標和傳統(tǒng)方法圈定礦體，礦體圈定不能適應經(jīng)濟與市場變化，采礦設(shè)計和探采工程盲目性大，采礦損失貧化率高，資源浪費嚴重，生產(chǎn)成本高。3礦山數(shù)字化系統(tǒng)構(gòu)架數(shù)字礦山建設(shè)的目的，是以信息的無縫鏈接來融合礦山生產(chǎn)過程中的各個生產(chǎn)單元，無論是組成、結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求等各個方面，數(shù)字礦山都是一個非常龐大的信息系統(tǒng)。它采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機圖形學、組件技術(shù)及GIS技術(shù)等，建設(shè)礦山統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)采集、存儲、輸出、查詢與分析平臺，構(gòu)建服務于生產(chǎn)技術(shù)人員的地測、通風、安全、生產(chǎn)技術(shù)、調(diào)度、機電、運輸、設(shè)備及辦公自動化等專業(yè)應用系統(tǒng)平臺[3]。3.1數(shù)字礦山的基本結(jié)構(gòu)[4]數(shù)字礦山以3S技術(shù)為基礎(chǔ)，通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)接入測繪系統(tǒng)、地質(zhì)勘探單元，融合遙感航拍等數(shù)據(jù)，建立豐富詳盡的基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并對這些基礎(chǔ)信息通過三維地學建模系統(tǒng)進行處理和可視化表達，進一步分析、提取相關(guān)背景知識，為采礦設(shè)計與決策支持系統(tǒng)提供依據(jù)。通過決策與支持系統(tǒng)的進一步知識升華，將直接能夠提供給采礦指揮系統(tǒng)參考信息，來生成生產(chǎn)的指導計劃。3.2數(shù)字礦山的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次從數(shù)字礦山的技術(shù)與結(jié)構(gòu)進行分析，可以將復雜的數(shù)字礦山系統(tǒng)分為了7個層次，每個層包含了對應的應用功能，各個層次和功能之間相對獨立又能保持良好的相關(guān)性，很好的處理了內(nèi)聚與耦合的辯證要求。數(shù)據(jù)層，即數(shù)據(jù)獲取與存儲層，為后續(xù)各層提供部分或全部輸入數(shù)據(jù)；模型層，即表述層，它不僅將數(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；模擬與優(yōu)化層，實現(xiàn)工藝流程模擬、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)計與計劃方案優(yōu)化等；設(shè)計層，即計算機輔助設(shè)計層，為把優(yōu)化解轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行方案，或直接為進行方案設(shè)計提供手段；執(zhí)行與控制層是生產(chǎn)方案的執(zhí)行者，如自動調(diào)度、流程參數(shù)自動監(jiān)測與控制、遠程操作等；管理層，包括MIS與辦公自動化；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，進行相關(guān)分析與預測，為決策者提供各個層次的決策支持。3.3數(shù)字礦山的系統(tǒng)組成按照功能劃分，數(shù)字礦山包括六大類系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)獲取與管理系統(tǒng)、數(shù)字開采系統(tǒng)、礦區(qū)地理信息系統(tǒng)、選礦數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)，每個系統(tǒng)分別定義了具體的功能要求。其中，數(shù)字開采系統(tǒng)是核心系統(tǒng)，也是效率和效益的主要創(chuàng)造者。數(shù)字開采系統(tǒng)完成與開采各工序直接相關(guān)的所有工作，它有礦床模型系統(tǒng)、地質(zhì)模型系統(tǒng)、優(yōu)化與模擬系統(tǒng)、輔助設(shè)計系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)等分系統(tǒng)組成。國際上有名的礦山專業(yè)軟件公司，都把開發(fā)重點放在數(shù)字開采系統(tǒng)上[4]。4礦山數(shù)字化現(xiàn)狀及存在的問題4.1我國礦山數(shù)字化現(xiàn)狀長期以來，我國的礦山一直處于勞動密集型的機械化初級水平，管理粗放，技術(shù)和裝備水平落后，決策、設(shè)計、生產(chǎn)等許多環(huán)節(jié)中都是依賴于經(jīng)驗，科學性程度不高。主要表現(xiàn)為：礦山地質(zhì)、測量、采礦技術(shù)工作手段落后，設(shè)計編制人為因素較大，施工、生產(chǎn)過程自動化控制程度低，作業(yè)安全保障程度低，生產(chǎn)可視化程度低、通信手段落后，生產(chǎn)設(shè)備落后、工人缺乏安全生產(chǎn)與合理操作培訓，管理理念陳舊，系統(tǒng)不健全，信息傳遞速度慢等。這些問題，主要是由于礦山的管理水平較低，管理創(chuàng)新能力不足，經(jīng)營觀念陳舊、管理基礎(chǔ)薄弱、管理手段和方式落后，導致先進技術(shù)、系統(tǒng)和手段上的引進、建設(shè)力度不夠。由此造成了生產(chǎn)科學性不高、安全程度低、開采合理性不夠、生產(chǎn)效率低、上傳下達滯后、缺乏有效的安全預警手段和機制等問題。為保障礦山生產(chǎn)的安全、合理、高效，加強礦山的數(shù)字化建設(shè)就顯得尤為重要[5]。4.2礦山數(shù)字化存在的問題在我國，數(shù)字礦山的研究已掀起一股熱潮，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，我國數(shù)字礦山也已經(jīng)開始從理論分析階段逐步走向?qū)嶋H應用[6]。數(shù)字礦山技術(shù)復雜，系統(tǒng)龐大，是一個涉及領(lǐng)域很廣的新興學科，數(shù)字礦山的建設(shè)也是一個龐大的系統(tǒng)工程。雖然我國數(shù)字礦山技術(shù)研究取得了一定的成績，但是礦山數(shù)字化總體水平還很低，在礦山數(shù)字化進程上還是存在著不少問題，與國際先進水平有很大差距[3]。4.2.1礦山開采的復雜性和分散性礦山是以自然資源開發(fā)利用為對象的生產(chǎn)企業(yè)。賦存于地殼淺層中的礦產(chǎn)資源，不僅其所賦存的地質(zhì)環(huán)境非常復雜，而且，對礦體本身而言，其空間位置、形態(tài)、元素品位分布等均極富變化，是一個復雜的系統(tǒng)。而且，其主要作業(yè)場所都會隨著時間的推移而不斷發(fā)生變化，正常的生產(chǎn)過程一般都要經(jīng)歷采切、鑿巖、崩礦、出礦、充填等環(huán)節(jié)，與其他加工企業(yè)工藝流程相比，具有離散（即工藝不連續(xù)）、分散（即作業(yè)場所多）等特征。4.2.2礦山數(shù)據(jù)豐富但知識貧乏隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的迅速發(fā)展以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在礦山廣泛應用，礦山積累的數(shù)據(jù)越來越多。激增的數(shù)據(jù)背后，隱藏著許多重要的礦山生產(chǎn)經(jīng)營信息，人們希望能夠?qū)ζ溥M行更高層次的分析，以便更好的利用這些數(shù)據(jù)。目前的信息系統(tǒng)，可以高效的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入、查詢、統(tǒng)計等功能。卻由于缺乏有效的數(shù)據(jù)分析和挖掘工具，無法發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的關(guān)系和規(guī)則，無法根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)預測礦山的發(fā)展趨勢，從而導致“數(shù)據(jù)爆炸但知識貧乏”的現(xiàn)象4.2.3礦山信息標準化工作滯后大部分大中型礦山企業(yè)已經(jīng)建立了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）和Internet網(wǎng)站，但是絕大多數(shù)企業(yè)起到的作用僅僅是停留在媒體的簡單擴充上，沒有充分利用網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)絡(luò)深層的信息資源挖掘，缺乏共享的、網(wǎng)絡(luò)化的信息資源。企業(yè)的產(chǎn)品編碼、管理編碼和統(tǒng)計指標等技術(shù)標準、規(guī)范不一，不能使企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)與客戶、供應商、業(yè)務伙伴的信息流暢通，更談不上電子商務的運用。6結(jié)語數(shù)字礦山的建設(shè)是一項長期、復雜而具有挑戰(zhàn)性的工作，數(shù)字礦山的建設(shè)是以計算機及其網(wǎng)絡(luò)為手段，涵蓋地質(zhì)、測量、采礦、選礦、管理等領(lǐng)域，以現(xiàn)代空間理論、數(shù)字建模、三維可視化及計算機網(wǎng)絡(luò)等高新科技為基礎(chǔ)，把礦山的所有空間和有用屬性數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)字化存儲、傳輸、表達和深加工，滿足礦山綜合數(shù)據(jù)處理，應用于各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)、管理及決策中，實現(xiàn)礦山資源與開采環(huán)境數(shù)字化、技術(shù)裝備智能化、生產(chǎn)過程控制可視化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)管理與決策科學化的目標。參考文獻：孫豁然,徐帥.論數(shù)字礦山［J］.金屬礦山,2007(2):1-5.朱超,吳仲雄,張詩啟.數(shù)字礦山的研究方向和發(fā)展趨勢［J］.現(xiàn)代礦