數字礦山的基礎及應用發(fā)展綜述

摘要：對數字礦山的內涵及關鍵技術簡略地進行了介紹，并就國內與國外的應用發(fā)展進行詳細概述，同時就其發(fā)展瓶頸進行簡要分析，最后簡述了其發(fā)展趨勢。

關鍵詞：數字化 3S 可視化 虛擬現實 分散性 監(jiān)控一體化 遙控采礦

1、數字礦山的內涵

我國比較早地提出數字礦山概念的是吳立新教授，后經不斷的論述補充，逐步形成了較為完整的數字礦山的概念，即“數字礦山是對真實礦山整體及相關現象的統一認識與數字化再現，即將礦山生產、安全、礦山地理、地質、礦山建設等綜合信息全面數字化，其目的是為了利用信息技術及現代控制理論與自動化技術去動態(tài)詳盡地描述與控制礦山安全生產與運營的全過程，以高效、安全、綠色開采為目標，保證礦山經濟的可持續(xù)增長，保證礦山自然環(huán)境的生態(tài)穩(wěn)定”。

2、數字礦山的關鍵技術

2.1“3S”技術

3S即“GPS RS GIS”，以 GIS 為核心的“3S”集成是當前空間技術發(fā)展的重要方向，在解決實際問題中常常要 3 個系統聯合使用，用 RS 技術來獲取信息，再由 GPS 進行定位及導航GIS 負責最后的處理，并提供各種圖形，提出決策實施方案。

2.2可視化技術

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)技術產生數字地形表面模型和地質體(包括床體、巖層及斷層)實體線框模型，同時采用變塊技術建立礦床資源評價塊段模型。 最終采用地質統計學方法對塊段模型進行估值， 得出既有結構性又具有隨機性的復雜地質體的空間分布及品位和開采環(huán)境綜合評價技術成果，并在此基礎上進行開采方案優(yōu)化與設計。

2.3虛擬現實（ VR）技術

2.3.1 虛擬現實技術的概念

指利用人工智能、計算機圖形學、人機接口、多媒體、計算機網絡及電子、機械、視聽等高新技術，模擬人在特定環(huán)境中的視、聽、動等行為的高級人機交互技術。 VR 在許多工程領域和基礎研究方面已經得到較為廣泛的應用， 在國外礦業(yè)領域的研究起步比較早，出現了一些 2.5 維的虛擬礦山系統。 通過對虛擬礦山實體進行操縱，可以構造出逼真的三維、動態(tài)、可交互的虛擬生產環(huán)境， 用以模擬完成在真實礦井中進行的工作。

2.3.2虛擬技術條件下礦山模擬開采技術研究

以地質及礦床模型為基礎， 結合其它關鍵信息構造虛擬礦山，進行數字模擬開采，完成礦山長、中、短期開采計劃編制、地下礦巷道標準斷面設計、峒室設計、開拓設計、采礦方法設計、穿爆設計、通風設計、災變應變預案等工作。

3、數字礦山國內研究狀況

2001年，中國礦業(yè)聯合會組織召開了首屆國際礦業(yè)博覽會，其中包括一個以“數字礦山”為主題的分組會。2002年，以“數字礦山戰(zhàn)略及未來發(fā)展”為主題的中國科協第86次青年科學家論壇召開， 2006年，煤炭工業(yè)技術委員會和煤礦信息與自動化專業(yè)委員會在新疆烏魯木齊召開了“數字化礦山技術研討會”。2000年以來，國內多所高等院校、科研院所、企事業(yè)單位相繼設立了與數字礦山有關的研究所、實驗室或工程中心。主要有: 2000年設立于中國礦業(yè)大學(北京)資源與安全工程學院的“3S與沉陷工程研究所”。在數字礦山建設方面，煤炭行業(yè)比非煤礦山投入的力度大，廣泛應用各種先進適用的信息技術，數字化建設已經取得了一些喜人的成果，如:神華集團神東公司的綜合自動化采煤系統、開灤集團的企業(yè)信息化與電子礦圖系統、伊敏露天礦的卡車調度系統等。此外國內的高等院校和研究設計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、數字礦山研究存在問題

4.1礦山數據豐富但知識貧乏

隨著數據庫技術的迅速發(fā)展以及數據庫管理系統在礦山廣泛應用，礦山積累的數據越來越多。目前的信息系統，可以高效的實現數據的錄入、查詢統計等功能。卻由于缺乏有效的數據分析和挖掘工具，無法發(fā)現數據中存在的關系和規(guī)則，無法根據現有的數據預測礦山的發(fā)展趨勢，從而導致“數據爆炸但知識貧乏”的現象

4.2礦山信息標準化工作滯后

大部分大中型礦山企業(yè)已經建立了企業(yè)內部網(Intranet)和Internet網站，但是絕大多數企業(yè)起到的作用僅僅是停留在媒體的簡單擴充上，沒有充分利用網絡進行網絡深層的信息資源挖掘，缺乏共享的、網絡化的信息資源。

5、數字礦山的發(fā)展趨勢

5.1虛擬條件下礦山模擬開采研究。以地質及礦床模型為基礎，結合其它關鍵信息構造虛擬礦山，進行數字模擬開采，完成礦山開采計劃編制、巷道標準斷面、硐室、開拓、采礦方法、穿爆、通風、管道、災變應變預案等設計工作。

5.2實現無人采礦和遙控采礦。利用電子與機械技術的結合把工業(yè)機器人用于生產，實現遙控機器人采礦，使機械化轉向自動化，可以大大提高生產率，降低成本，增加礦產資源效益。

5.3人工智能技術研究。運用數據挖掘與知識發(fā)現、專家系統等人工智能技術實現生產調度指揮、資源預測、安全警示、突發(fā)事件處理等決策支持功能，實現礦山的智能化。

6、結束語

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

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