數(shù)字礦山的基礎(chǔ)及應(yīng)用發(fā)展綜述

摘要：對數(shù)字礦山的內(nèi)涵及關(guān)鍵技術(shù)簡略地進(jìn)行了介紹，并就國內(nèi)與國外的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行詳細(xì)概述，同時(shí)就其發(fā)展瓶頸進(jìn)行簡要分析，最后簡述了其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化 3S 可視化 虛擬現(xiàn)實(shí) 分散性 監(jiān)控一體化 遙控采礦

1、數(shù)字礦山的內(nèi)涵

我國比較早地提出數(shù)字礦山概念的是吳立新教授，后經(jīng)不斷的論述補(bǔ)充，逐步形成了較為完整的數(shù)字礦山的概念，即“數(shù)字礦山是對真實(shí)礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一認(rèn)識與數(shù)字化再現(xiàn)，即將礦山生產(chǎn)、安全、礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)等綜合信息全面數(shù)字化，其目的是為了利用信息技術(shù)及現(xiàn)代控制理論與自動(dòng)化技術(shù)去動(dòng)態(tài)詳盡地描述與控制礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營的全過程，以高效、安全、綠色開采為目標(biāo)，保證礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長，保證礦山自然環(huán)境的生態(tài)穩(wěn)定”。

2、數(shù)字礦山的關(guān)鍵技術(shù)

2.1“3S”技術(shù)

3S即“GPS RS GIS”，以 GIS 為核心的“3S”集成是當(dāng)前空間技術(shù)發(fā)展的重要方向，在解決實(shí)際問題中常常要 3 個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合使用，用 RS 技術(shù)來獲取信息，再由 GPS 進(jìn)行定位及導(dǎo)航GIS 負(fù)責(zé)最后的處理，并提供各種圖形，提出決策實(shí)施方案。

2.2可視化技術(shù)

2.2.1可視化的建立方法

可視化建模采用 TIN(不規(guī)則三角網(wǎng))技術(shù)產(chǎn)生數(shù)字地形表面模型和地質(zhì)體(包括床體、巖層及斷層)實(shí)體線框模型，同時(shí)采用變塊技術(shù)建立礦床資源評價(jià)塊段模型。 最終采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對塊段模型進(jìn)行估值， 得出既有結(jié)構(gòu)性又具有隨機(jī)性的復(fù)雜地質(zhì)體的空間分布及品位和開采環(huán)境綜合評價(jià)技術(shù)成果，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開采方案優(yōu)化與設(shè)計(jì)。

2.3虛擬現(xiàn)實(shí)（ VR）技術(shù)

2.3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

指利用人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口、多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及電子、機(jī)械、視聽等高新技術(shù)，模擬人在特定環(huán)境中的視、聽、動(dòng)等行為的高級人機(jī)交互技術(shù)。 VR 在許多工程領(lǐng)域和基礎(chǔ)研究方面已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用， 在國外礦業(yè)領(lǐng)域的研究起步比較早，出現(xiàn)了一些 2.5 維的虛擬礦山系統(tǒng)。 通過對虛擬礦山實(shí)體進(jìn)行操縱，可以構(gòu)造出逼真的三維、動(dòng)態(tài)、可交互的虛擬生產(chǎn)環(huán)境， 用以模擬完成在真實(shí)礦井中進(jìn)行的工作。

2.3.2虛擬技術(shù)條件下礦山模擬開采技術(shù)研究

以地質(zhì)及礦床模型為基礎(chǔ)， 結(jié)合其它關(guān)鍵信息構(gòu)造虛擬礦山，進(jìn)行數(shù)字模擬開采，完成礦山長、中、短期開采計(jì)劃編制、地下礦巷道標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計(jì)、峒室設(shè)計(jì)、開拓設(shè)計(jì)、采礦方法設(shè)計(jì)、穿爆設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、災(zāi)變應(yīng)變預(yù)案等工作。

3、數(shù)字礦山國內(nèi)研究狀況

2001年，中國礦業(yè)聯(lián)合會(huì)組織召開了首屆國際礦業(yè)博覽會(huì)，其中包括一個(gè)以“數(shù)字礦山”為主題的分組會(huì)。2002年，以“數(shù)字礦山戰(zhàn)略及未來發(fā)展”為主題的中國科協(xié)第86次青年科學(xué)家論壇召開， 2006年，煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)和煤礦信息與自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)在新疆烏魯木齊召開了“數(shù)字化礦山技術(shù)研討會(huì)”。2000年以來，國內(nèi)多所高等院校、科研院所、企事業(yè)單位相繼設(shè)立了與數(shù)字礦山有關(guān)的研究所、實(shí)驗(yàn)室或工程中心。主要有: 2000年設(shè)立于中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院的“3S與沉陷工程研究所”。在數(shù)字礦山建設(shè)方面，煤炭行業(yè)比非煤礦山投入的力度大，廣泛應(yīng)用各種先進(jìn)適用的信息技術(shù)，數(shù)字化建設(shè)已經(jīng)取得了一些喜人的成果，如:神華集團(tuán)神東公司的綜合自動(dòng)化采煤系統(tǒng)、開灤集團(tuán)的企業(yè)信息化與電子礦圖系統(tǒng)、伊敏露天礦的卡車調(diào)度系統(tǒng)等。此外國內(nèi)的高等院校和研究設(shè)計(jì)單位也都在不同程度上開展了礦業(yè)軟件的開發(fā)研究工作，但仍處于起步階段。

4、數(shù)字礦山研究存在問題

4.1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(yīng)用，礦山積累的數(shù)據(jù)越來越多。目前的信息系統(tǒng)，可以高效的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入、查詢統(tǒng)計(jì)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(yù)測礦山的發(fā)展趨勢，從而導(dǎo)致“數(shù)據(jù)爆炸但知識貧乏”的現(xiàn)象

4.2礦山信息標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)充上，沒有充分利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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。

5、數(shù)字礦山的發(fā)展趨勢

5.1虛擬條件下礦山模擬開采研究。以地質(zhì)及礦床模型為基礎(chǔ)，結(jié)合其它關(guān)鍵信息構(gòu)造虛擬礦山，進(jìn)行數(shù)字模擬開采，完成礦山開采計(jì)劃編制、巷道標(biāo)準(zhǔn)斷面、硐室、開拓、采礦方法、穿爆、通風(fēng)、管道、災(zāi)變應(yīng)變預(yù)案等設(shè)計(jì)工作。

5.2實(shí)現(xiàn)無人采礦和遙控采礦。利用電子與機(jī)械技術(shù)的結(jié)合把工業(yè)機(jī)器人用于生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)遙控機(jī)器人采礦，使機(jī)械化轉(zhuǎn)向自動(dòng)化，可以大大提高生產(chǎn)率，降低成本，增加礦產(chǎn)資源效益。

5.3人工智能技術(shù)研究。運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度指揮、資源預(yù)測、安全警示、突發(fā)事件處理等決策支持功能，實(shí)現(xiàn)礦山的智能化。

6、結(jié)束語

礦產(chǎn)資源永遠(yuǎn)是人類能源的支柱，是人類社會(huì)繼續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，然而又隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，3S技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)，人工智能模擬的興起與發(fā)展，并且這些技術(shù)必然成為人類未來世界的主宰，所以數(shù)字礦山必然是歷史發(fā)展的需要與必然。數(shù)字礦山的發(fā)展前景是廣闊的，但是礙于現(xiàn)實(shí)各種條件的限制還有技術(shù)的不成熟等，她的發(fā)展也充滿了挑戰(zhàn)。

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