關于我國數字礦山發展戰略的探討

沈 情，吳潔葵

（1.湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南 長沙 410014 2.湖南有色金屬職工中等專業學校，湖南 長沙 410014）

關于我國數字礦山發展戰略的探討

沈 情1.2，吳潔葵1

（1.湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南 長沙 410014 2.湖南有色金屬職工中等專業學校，湖南 長沙 410014）

數字礦山對國內外而言都是一個新的課題，目前尚無成熟的模式可以參考和借鑒。通過對數字礦山基本內涵及要求的分析，結合我國礦山信息化現有基礎，闡明了數字礦山發展的根本目的和必須具備的基礎條件。指出礦山生產自動化和智能化是構建數字礦山的基礎，應作為當前發展的首要任務。并對在數字礦山發展認識上可能存在的誤區進行了提示和探討。

數字礦山；信息化基礎；自動化和智能化；障礙和陷阱

自從“數字礦山”這一概念于上世紀末誕生以來，開展數字礦山建設就一直是我國礦業領域的一個熱點話題。關于數字礦山發展的各種論點層出不窮，部分企業也在不同程度上進行了實踐。但十多年過去了，我國的數字礦山建設和發展仍處在探索和起步階段，真正達到了“數字礦山”預期的企業幾乎沒有。不少企業雖然投入了巨資，耗費了大量的人、財、物力，但礦山的發展現狀和信息化水平距理想的數字礦山仍相差甚遠。針對這一現象，本文嘗試從數字礦山的基本內涵和要求出發，結合我國礦山信息化基礎及條件，參考發達礦業國家的發展經驗，以務實的態度對數字礦山的發展目標、適合我國國情的發展途徑以及可能存在的認識誤區進行探討。

一、數字礦山的基本內涵和信息化要求

關于數字礦山的定義和內涵盡管存在各種不同的釋義，但普遍被接受的觀點是：數字礦山是真實礦山整體及其生產經營過程的全面數字化、信息化和可視化表達，是基于網絡信息技術的虛擬礦山。為此需要在統一的時間坐標和空間框架下，科學合理地組織各類礦山信息，將海量異質的礦山信息資源進行全面、高效和有序的管理和整合。顯然這里所述的數字礦山是一個巨系統，其涵蓋的內容不僅要包含礦山地質、采、選、冶以及人、財、物和技術、管理等基礎信息，還需要將這些信息根據需要進行高效的組織、處理和流動。基于這一巨系統平臺，不僅要實現對礦山各類功能實體及操作方法的真實屬性的再現，完全具備對真實礦山各項功能和職能的可操作性，更需要在操作、管理層面上獲得對傳統礦山運營方式的變革和超越的效果。因此，實現礦山數字化的基礎條件首先應該是礦山的高度信息化。

二、我國礦山信息化基礎

縱觀我國礦山信息化發展歷程，大致可分為三個階段。第一階段是計算機和網絡應用基礎階段，以管理信息化為標志。其主要內容包括采用計算機和礦山局域網進行財務核算、辦公、通訊，并加載有限的電子商務功能。這一階段發展的主要成果體現在兩個方面，一是形成了較好的信息化硬件基礎和運行環境，提高了礦山信息傳輸、日常工作和決策效率；二是逐步改變了操作人員的傳統工作習慣和方法，技術、管理水平得到提高，形成了龐大的具有良好基礎的信息技術應用群體。但客觀來看，以企業管理為主要目標的管理信息系統（Management Information System）由于與生產系統連接甚少，所帶來的變化主要還停留在管理層面，盡管改進了工作方式和流程，但對礦山生產經營的綜合效益的提升作用并不顯著。

與第一階段不同，我國礦山信息化發展的第二個階段是以生產過程的自動化和信息化管控為標志，發展的驅動力主要來源于對礦產資源開發綜合效益的追求。這一階段里，在部分先行礦山，大量的自動化設備、監控網絡、物聯網和各種信息化平臺投入生產和管理應用，顯著提高了礦山生產效率，企業信息化建設得到快速發展，礦山企業信息、數據量高速膨脹，形成了海量的信息資源。但由此帶來的問題也是顯而易見的。由于大部分礦山企業的信息化發展缺乏整體的、科學的規劃，沒有統一的標準可循。礦山各系統之間、部門之間信息化建設多各自為陣，相對獨立，采用的數據定義和數據模型往往各不相同，從客觀上制造了系統或部門之間信息傳輸和共享的壁壘，其后果是形成了大量的數據冗余和信息孤島。

進入二十一世紀，計算機與地質測量、遙感等技術相融合，基于虛擬現實的各種信息技術在礦山企業迅速推廣，礦山地質體及環境的模擬和生產過程三維數字化表達技術的應用標志著我國礦山信息化發展進入到以數字礦山為發展方向的第三階段。從目前發展情況來看，礦體三維建模技術較為成熟，利用礦體模型動態確定品位和實時經濟評價，并據此制訂和調整生產計劃的思想正逐漸被企業接受；受社會進步、企業需求和政策倒逼等多重作用影響，安全避險監控系統使用者日益增多，生產過程動態監控和災變預警系統的應用有效提高了礦山生產的安全性和生產管理水平。就局部而言，企業的各個生產管理子系統已經具備了較高的信息化水平，并逐步向相互支撐、融合的方向發展，但整體來看各種功能系統相互獨立的局面并沒有得到根本改變。不僅是因為系統之間存在基礎數據層差別，用于支撐系統運行的系統環境也各不相同。

三、數字礦山發展的目的和條件

眾所周知，人類社會生產的任何一次重大變革和技術創新，其根本目的都是為了提高生產效率，改善生產環境，作為國民經濟最基礎的行業—采礦業的發展也是如此。總體來看，國內外礦山的發展基本上都圍繞著兩大主題：資源高效開發利用和安全生產。參考發達礦業國家的礦業發展軌跡不難發現，其發展歷程也是圍繞這兩大主題演進。從最初的手工開采到機械化開采，再到自動化開采，采礦的效率和安全性隨著生產裝備水平的提高也在不斷提升。目前的情況是，發達礦業國家的采礦機械化已經相當成熟，自動化程度正在不斷提高。用于生產的各種設備、設施的智能化程度不斷上升，為礦山信息化發展創造了堅實的基礎和條件。各種信息和跡象表明，依托高度信息化平臺的無人開采技術被普遍認為是解決未來礦山采礦效率和安全性問題的重要途徑，是未來的發展方向。近年來國外部分礦山在自動鑿巖、裝藥和鏟運等遠程遙控技術領域取得了實質性突破，使得無人開采技術的前景正變得越來越清晰。

相比之下，我國的礦業發展目前還處于機械化的初級階段，尤其是金屬非金屬地下礦山的開采技術和機械化程度還不高，距離生產設備的智能化和生產過程管理的信息化還有相當長的路要走。事物發展的客觀規律和國外先進經驗都表明：我國礦業發展未來的主要任務應該是全面提高機械化生產水平并逐步向自動化生產過渡。這是全面提高我國礦業生產效率和安全性的根本途徑，也是構建數字礦山的必要基礎條件。在沒有形成高度機械化、自動化這一堅實基礎的條件下勉強推動和實施數字礦山戰略，未免會有些好高騖遠而不切實際。

四、數字礦山發展途徑選擇

與其他技術領域的發展不同，數字礦山是全球面臨的嶄新課題，即便是在發達礦業國家目前也沒有成熟的模式可以借鑒。因此，我國早期采取的“引進—消化—模仿—自主創新”的發展模式并不適用于當今的數字礦山發展，沒有后發優勢可以憑借。這也意味著目前可供選擇的只有兩條路：一是等待，等待別人相關技術的成熟，但由此可能需要承擔的代價將是十分沉重的，即在未來相當長一段時期里我國礦業將因為缺乏足夠的國際競爭力而處于后進跟隨的位置；另一條路就是自主創新，依據我國國情，依靠自主創新發展數字礦山，爭取在該領域完成對發達礦業國家的超越。盡管這條路漫長而充滿困難和障礙，但在經濟全球化的背景下，要想在國際競爭中脫穎而出，實現跨越式發展并最終在國際市場發揮出主導作用，走自主創新之路無疑是唯一選擇。

但在數字礦山依托的基礎層面，即生產過程自動化和生產管理信息化方面，國外仍有諸多先進之處可供借鑒和選擇。首先是在礦山網絡建設方面，我國礦山用于管理的地面網絡具備一定的基礎，但用于生產的控制型網絡尤其是地下網絡的基礎卻非常薄弱。國外的基于現場總線技術的工業控制網絡仍處于領先地位，配置到個體終端設備的傳感器和識別技術也遠遠高于我國現有技術水平。對于這些技術和設備，完全可以采取“引進—消化—再創新”的發展策略。

在地測技術與信息技術相融合方面，通過向發達礦業國家學習，目前我國在礦山地質信息數字化相關領域的技術也達到了較高的水平。所欠缺的是目前這方面技術主要還是應用在礦體資源信息處理上，要做到礦山實體全覆蓋（包括礦山地下工程信息、礦山周邊地質信息）則還需時日。可以說覆蓋礦山全境的地質信息數字化和生產過程信息化是構建數字礦山的起點。在這些方面還應充分利用后發優勢向發達國家學習，盡快縮小差距。

五、應該規避的障礙和陷阱

1、數字礦山信息標準體系建設

近年來不少專家學者就我國數字礦山的發展提出了許多建設性意見和思路，其中不少談到了數字礦山建設的最重要的基礎工作和前提是建立一套科學統一的數字礦山標準。因為我國礦業經過近幾十年快速發展后，在生產和管理上已經形成了良好的信息化基礎，也客觀造成了廣泛存在的“信息孤島”現象。隨之而來的是企業希望建立一個能夠覆蓋礦山各個領域、包容各類數據信息的、功能齊全、操作統一的信息平臺的愿望。或許這就是大部分礦山企業數字化發展的愿景。目前比較一致的觀點是缺乏統一的數據標準和編碼規則已經成為我國礦山信息化向數字礦山目標發展的主要瓶頸。因此許多專家呼吁應盡快建立針對數字礦山的信息標準體系。

如果有了數字礦山信息標準體系，目前所遇的“信息孤島”問題似乎可以迎刃而解。但深入思考不難發現問題遠非如此簡單。首先是標準的普適性問題。我們需要的標準究竟是國際標準，還是僅適合我國的國家標準？通常情況下國際標準往往是由發達國家主導制訂，與我國國情是否相符必然存在疑問。如果是我們自己的國家標準，由于目前尚無相關的數字礦山國際標準可供借鑒和銜接，那么以往引進的以及未來仍需引進的技術和裝備就會面臨能否兼容的標準門檻問題。第二個問題是標準還需等待多久？我們知道一個標準的誕生、修訂和完善往往需要較長的時間周期和繁復的過程。數字礦山的信息標準是一個內容涉及非常廣泛的龐大體系，包括信息資源標準、基礎信息標準、應用系統標準和信息技術標準等，建設工程十分復雜，絕非一蹴而就。如果放緩腳步一味等待標準的建立和成熟，難免會有步障自蔽之嫌，與目前的發展需求相抵觸。

不可否認，建立信息標準體系對數字礦山發展以及我國礦業信息化的未來有著十分重要和深遠的意義，但在現實情況下如果過分的依賴標準，對我國數字礦山的發展是不利的。

2、建設統一的大系統平臺

許多人認為，數字礦山應該是一個包羅礦山自身及周邊相關信息的、能夠在一個統一平臺上實現信息表達和功能操作的大系統。但在絕大多數礦山已有的信息化系統中，由于各部門、工作系統之間的信息化工程建設時間、選用的技術方案以及面向的應用對象各不相同，使得這些系統之間差異巨大，因此希望將這些不同結構、不同應用、基于不同平臺的系統集成為一個統一的大系統，其中首先要解決的問題是多個異構數據庫的集成。要實現這一目標，不僅需要大筆投資，還需要為海量的數據遷移和轉換付出巨大的精力。

從務實的角度來看，這樣做是完全沒有必要的。盡管整個礦山信息化系統被分散為多個功能子系統，但每個功能系統都有自身面對的對象，操作相對獨立。一般情況下，同屬于生產系統的子系統之間的耦合關系較緊密，管理系統也是如此。而管理與生產兩類不同性質的系統之間關系主要體現在信息交流層面，交互操作需求較少。因此將礦山各個工作子系統集成為一個同一平臺的大系統，除了形式上得到統一外，并沒有太大的實際意義。相反，子系統保持相對獨立能保持自身較高的自治性，也更方便系統維護和變更。如果子系統出現問題，其波及范圍也會受到限制。對于那些需要共享信息的子系統群，可以通過數據庫引擎(DataBase Engine)、中間件（Middleware）或數據倉庫（Data Warehouse）等技術實現數據庫集群或整合。

六、結語

數字礦山的實質是礦山企業的高度信息化，而礦山的高度信息化應體現為工業與信息技術的深度融合。在我國礦山數字化發展的進程中，礦山生產自動化和智能化應作為當前的首要任務。因為只有在礦山生產自動化和智能化這一基礎上，數字礦山發展才具備條件，未來的數字礦山也才會有助推產業發展的實際意義。

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（責任編輯：高 博）