基于新一代信息技術(shù)的能源與礦業(yè)治理體系發(fā)展戰(zhàn)略研究

王國(guó)法 ，張鐵崗，王成山，龐義輝 ，楊挺，孫春生，胡亞輝，張鵬

（1.中煤科工開(kāi)采研究院有限公司，北京 100013；2.天地科技股份有限公司，北京 100013；3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京 100083；4.天津大學(xué)電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院，天津 300392；5.煤炭工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100120）

一、前言

能源與礦產(chǎn)資源是人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前，世界能源形勢(shì)正在發(fā)生深刻變化，我國(guó)能源安全面臨的風(fēng)險(xiǎn)日益嚴(yán)峻[1,2]，如何大幅提高能源與礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用效率、降低成本、提升能源與礦業(yè)的治理能力，已經(jīng)成為支撐國(guó)家高質(zhì)量發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

伴隨著第四次工業(yè)革命的快速發(fā)展，第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)發(fā)展迅猛，現(xiàn)階段5G已經(jīng)逐步開(kāi)展商用，在醫(yī)療、礦山等行業(yè)已經(jīng)取得了較好的應(yīng)用效果[3]；大數(shù)據(jù)技術(shù)及算法在金融業(yè)、制造業(yè)、物流業(yè)等行業(yè)取得了很好的應(yīng)用效果，數(shù)據(jù)治理技術(shù)正逐步滲透到我們生活的各個(gè)方面[4]；區(qū)塊鏈技術(shù)具有可追溯、不可篡改、不可偽造、智能合約、去中心化等特征，促使其在金融行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、食品與藥品行業(yè)、財(cái)務(wù)領(lǐng)域等進(jìn)行了深度應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式[5]。基于新一代信息技術(shù)特征，將新一代信息技術(shù)與能源、礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用技術(shù)進(jìn)行深度融合發(fā)展，必能極大地改變傳統(tǒng)能源與礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用方式，促進(jìn)能源、礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)鏈上的生產(chǎn)、配送、存儲(chǔ)、消費(fèi)、利用升級(jí)發(fā)展，為推進(jìn)能源技術(shù)革命、構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源與礦業(yè)體系提供技術(shù)支撐，推進(jìn)我國(guó)能源與礦業(yè)治理體系現(xiàn)代化建設(shè)。

二、“雙碳”目標(biāo)下能源與礦業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

（一）“雙碳”目標(biāo)下我國(guó)能源格局變化

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)在大力發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)也一直致力于維護(hù)地球生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，并于1992年簽署了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》，是最早簽署該公約的國(guó)家之一[6]。2015年，我國(guó)向公約秘書(shū)處提交了《強(qiáng)化應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)——中國(guó)國(guó)家自主貢獻(xiàn)》相關(guān)材料，確定了在2030年左右實(shí)現(xiàn)二氧化碳達(dá)到峰值的目標(biāo)。2020年9月，習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上鄭重承諾，我國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。碳達(dá)峰并不是能源達(dá)峰，碳中和也不是零碳排放，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展仍將依賴化石能源，但必須要走安全高效開(kāi)發(fā)與低碳清潔利用的道路。

2019年，我國(guó)人均一次能源消費(fèi)為3.47 tce，居全球第48位，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家[7]。隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、信息化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，中等收入群體數(shù)量逐漸增多，消費(fèi)逐漸升級(jí)，而能源與礦產(chǎn)資源作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，其需求與碳達(dá)峰之間仍然有很大發(fā)展空間。

“雙碳”目標(biāo)下我國(guó)的能源格局將發(fā)生變化，但基于我國(guó)的資源稟賦與發(fā)展需求，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤炭仍將是我國(guó)的能源基石，煤炭資源在能源結(jié)構(gòu)中的主體地位短期內(nèi)無(wú)以替代。在進(jìn)一步加強(qiáng)煤炭、煤電對(duì)能源穩(wěn)定保障的同時(shí)，“雙碳”目標(biāo)將助力我國(guó)煤炭資源開(kāi)發(fā)向綠色、清潔、低碳與高效開(kāi)發(fā)利用發(fā)展。新時(shí)期下煤炭市場(chǎng)多種不確定因素增加，市場(chǎng)對(duì)煤炭需求的彈性要求提高，國(guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)供需結(jié)構(gòu)將發(fā)生重大改變，煤炭現(xiàn)有生產(chǎn)與供給模式將難以適應(yīng)新發(fā)展要求，亟需建立基于新一代信息技術(shù)的新型柔性煤炭生產(chǎn)與供給保障體系，確保國(guó)家能源安全。

風(fēng)、光等新能源短期內(nèi)難以形成穩(wěn)定可靠供給，且惡劣天氣下其不穩(wěn)定供給增加了新能源體系的脆弱性，美國(guó)德州在極端天氣下的大規(guī)模停電，以及近期國(guó)內(nèi)煤炭?jī)r(jià)格大幅上漲、國(guó)內(nèi)部分區(qū)域拉閘限電等均體現(xiàn)了新能源的脆弱性。在大規(guī)模低成本儲(chǔ)能技術(shù)未獲得突破的前提下，新能源難以實(shí)現(xiàn)全面或高比例納入現(xiàn)有能源供給體系。利用化石能源尤其是煤炭、煤電作為提升新能源占比的穩(wěn)定器和壓艙石，實(shí)現(xiàn)新能源和化石能源相互助力、耦合發(fā)展將是今后我國(guó)形成多種能源融合穩(wěn)定供給的必由之路。

（二）“雙碳”目標(biāo)下能源與礦業(yè)面臨的新挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)困難。當(dāng)前，我國(guó)“三高一低”產(chǎn)業(yè)的占比仍然較大[8]，雖然在部分行業(yè)取得了一定的創(chuàng)新成果，但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)仍面臨自主創(chuàng)新不足、關(guān)鍵技術(shù)“卡脖子”、能源資源利用效率低、各類生產(chǎn)要素成本上升等問(wèn)題，同時(shí)我國(guó)的能源低碳化和能源利用效率都相對(duì)較低，在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

可再生能源大規(guī)模應(yīng)用面臨著諸多難題。可再生能源發(fā)電由于自身技術(shù)特性影響，存在著波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，近中期內(nèi)仍需要火電發(fā)揮調(diào)峰的兜底保障作用。非化石能源規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的普遍應(yīng)用不僅面臨諸如調(diào)峰、遠(yuǎn)距離輸送、儲(chǔ)能等技術(shù)問(wèn)題，還面臨一些體制機(jī)制問(wèn)題。我國(guó)的電力市場(chǎng)還處于發(fā)展階段，缺乏完善的可再生能源市場(chǎng)消納機(jī)制，在一定程度上將制約可再生能源的發(fā)展。

低碳技術(shù)仍處于研發(fā)試驗(yàn)階段，大規(guī)模經(jīng)濟(jì)、可靠的應(yīng)用技術(shù)成熟度較低。低碳技術(shù)涉及高碳原料低碳化利用、CO2捕捉和工業(yè)化利用等技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)尚不成熟，存在環(huán)節(jié)復(fù)雜、成本高等問(wèn)題，亟需進(jìn)行系統(tǒng)性技術(shù)創(chuàng)新。

針對(duì)“雙碳”目標(biāo)下能源與礦業(yè)發(fā)展面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，充分利用新一代信息技術(shù)與能源及礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)技術(shù)的融合，推進(jìn)現(xiàn)代能源與礦業(yè)治理體系建設(shè)，是落實(shí)能源安全新戰(zhàn)略，推動(dòng)能源革命，支撐國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的關(guān)鍵，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速持續(xù)健康發(fā)展具有重大意義。

三、新一代信息技術(shù)發(fā)展與體系特征分析

（一） 5G通信技術(shù)

移動(dòng)通信使人們擺脫了有線的束縛，實(shí)現(xiàn)更自由靈活的網(wǎng)絡(luò)接入、數(shù)據(jù)獲取和信息交互。移動(dòng)通信延續(xù)著每十年一代更新的技術(shù)演進(jìn)規(guī)律，每一次代際躍遷都極大地促進(jìn)了各相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的革命性升級(jí)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）在5G設(shè)計(jì)之初就確定了三大應(yīng)用場(chǎng)景，即增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶( eMBB)、超可靠低時(shí)延（URLLC） 和海量機(jī)器通信（mMTC）[9]。三大場(chǎng)景與能源礦業(yè)生產(chǎn)、消費(fèi)、市場(chǎng)和監(jiān)管治理需求有著諸多契合之處，圖1給出了基于網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的5G在能源與礦業(yè)多場(chǎng)景的應(yīng)用服務(wù)。eMBB技術(shù)能夠有效支撐礦山超高清視頻傳輸?shù)却髱挊I(yè)務(wù)需求；URLLC技術(shù)能夠滿足無(wú)人采礦車、無(wú)人挖掘機(jī)等礦山智能設(shè)備間的通信需求；mMTC技術(shù)能夠更好地支持多種煤礦安全監(jiān)測(cè)等傳感數(shù)據(jù)的采集需求[10]。因此，將5G通信技術(shù)應(yīng)用于能源礦業(yè)治理體系中，將為全面開(kāi)啟能源礦業(yè)智能化開(kāi)采搭建信息高速公路，成為未來(lái)智能綠色礦山建設(shè)的必由之路。

圖1 5G在能源與礦業(yè)場(chǎng)景中的應(yīng)用

在物理層，5G依靠先進(jìn)的Massive MIMO+波束賦形（BF）[11,12]、同時(shí)同頻全雙工通信（CCFD） [13]以及非正交多址接入（NOMA）[14]等技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展了豐富的頻譜資源，并獲得了豐富的通信帶寬。

在網(wǎng)絡(luò)層，基于軟件定義（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)[15,16]使底層通信硬件設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)資源解耦，真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的自主靈活調(diào)配，為構(gòu)建面向現(xiàn)代能源與礦業(yè)的多場(chǎng)景專用5G切片奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，從而助力構(gòu)建能源礦業(yè)人-機(jī)-環(huán)廣泛互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)智能化開(kāi)采、數(shù)字化運(yùn)維、巡檢安防等能源與礦業(yè)體系治理，如圖2所示。

圖2 5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在能源與礦業(yè)領(lǐng)域的多場(chǎng)景應(yīng)用服務(wù)

在能源與礦業(yè)領(lǐng)域構(gòu)建5G專用網(wǎng)絡(luò)需遵循公共5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)。此外，還應(yīng)針對(duì)能源礦業(yè)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景特別是煤礦井下場(chǎng)景進(jìn)行規(guī)劃和應(yīng)用部署的再創(chuàng)新。例如，需考慮井下環(huán)境的無(wú)線傳輸衰減特性，狹窄空間的組網(wǎng)問(wèn)題，以及與Wi-Fi6（802.11ax）/NB-IoT等多接入技術(shù)融合并存問(wèn)題等。因此，只有面向能源與礦業(yè)領(lǐng)域的特定應(yīng)用場(chǎng)景，構(gòu)建5G專用網(wǎng)絡(luò)，才能在現(xiàn)代能源礦業(yè)治理體系的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、信息傳輸中發(fā)揮全面的重要的作用。

（二）大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是進(jìn)行智能分析決策的關(guān)鍵，為了推進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》，指出數(shù)據(jù)已經(jīng)成為國(guó)家重要的戰(zhàn)略資源，亟需推動(dòng)實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略。

大數(shù)據(jù)技術(shù)具有數(shù)據(jù)體量大、數(shù)據(jù)特征多、數(shù)據(jù)價(jià)值密度低等特征，大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)的目標(biāo)是借助對(duì)數(shù)據(jù)的理解輔助人們?cè)诟黝悜?yīng)用中做出合理的決策。從技術(shù)層面分析，大數(shù)據(jù)處理技術(shù)按照過(guò)程可細(xì)分為數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的前端預(yù)處理技術(shù)，傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，以及在控制決策過(guò)程中的數(shù)據(jù)融合及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等。在前端傳感器數(shù)據(jù)采集過(guò)程的數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)補(bǔ)全、數(shù)據(jù)歸約轉(zhuǎn)換等[17~19]。通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)原始采樣數(shù)據(jù)降噪、異常數(shù)據(jù)辨識(shí)和修復(fù)，提升大數(shù)據(jù)質(zhì)量。數(shù)據(jù)壓縮可實(shí)現(xiàn)在保證辨識(shí)精度的情況下對(duì)數(shù)據(jù)量進(jìn)行有效削減，緩解系統(tǒng)信息載荷，常用的方法包括基于數(shù)字編碼、矩陣轉(zhuǎn)換、張量分解等的壓縮方法[20,21]。大數(shù)據(jù)融合與挖掘技術(shù)則是將多源數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)方法進(jìn)行整合處理，提取特征信息，并在推理決策作用下將特征數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)匹配，進(jìn)而做出決策判斷，挖掘出大數(shù)據(jù)內(nèi)在蘊(yùn)含的巨大價(jià)值。

從應(yīng)用角度分析，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于能源和礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦產(chǎn)資源開(kāi)采、供電、通風(fēng)、排水等的智能分析決策與控制[22]。通過(guò)將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于能源和礦山設(shè)備健康狀態(tài)診斷，可實(shí)現(xiàn)能源和礦山設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維[23]。此外，大數(shù)據(jù)技術(shù)還可應(yīng)用于新能源生產(chǎn)和管理，通過(guò)與人工智能算法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電、光伏等分布式清潔能源的預(yù)測(cè)[24]，從而有力支撐能源生產(chǎn)的精細(xì)化和集約化，助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

（三）人工智能技術(shù)

人工智能（AI）是通過(guò)讓計(jì)算機(jī)模仿人類的思維邏輯從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自主感知、分析與控制。人工智能涵蓋了群體智能算法、模糊邏輯、專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等多種技術(shù)，并仍然在不斷演進(jìn)[25]。其相關(guān)技術(shù)正逐漸應(yīng)用于智能制造、智能礦山建設(shè)等相關(guān)領(lǐng)域，并獲得了較好的應(yīng)用效果。

將人工智能國(guó)家戰(zhàn)略與能源革命國(guó)家戰(zhàn)略相融合的具體體現(xiàn)即是AI技術(shù)在能源與礦業(yè)治理體系中深化應(yīng)用。其將能夠?qū)崿F(xiàn)智能傳感與安全生產(chǎn)相結(jié)合、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與優(yōu)化決策相結(jié)合、智能分析與運(yùn)行控制相結(jié)合，從而有效提升國(guó)家監(jiān)管治理復(fù)雜多能源耦合體系的能力，助力國(guó)家能源革命。

筆者在文獻(xiàn)[26]中以煤礦智能化建設(shè)為例，詳細(xì)分析了人工智能在煤礦智能化開(kāi)采過(guò)程中存在的核心技術(shù)短板及亟待攻克的技術(shù)難題，如復(fù)雜煤層自動(dòng)割煤智能決策與控制技術(shù)等，提出亟需新一代人工智能算法實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)、圖像等多種煤巖信息的準(zhǔn)確識(shí)別，進(jìn)而突破智能決策和智能裝備研發(fā)技術(shù)瓶頸。

（四）區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)也被稱為分布式分類賬技術(shù)（DLT），是一種能夠在完全分布式環(huán)境中實(shí)現(xiàn)可信數(shù)據(jù)共享與狀態(tài)共識(shí)的分布式存儲(chǔ)機(jī)制。區(qū)塊鏈的基本結(jié)構(gòu)框架如圖3所示，其包括：①數(shù)據(jù)層：解決區(qū)塊數(shù)據(jù)和交易消息格式的問(wèn)題，在記錄數(shù)據(jù)時(shí)采用Merkle樹(shù)的方式，將交易數(shù)據(jù)和狀態(tài)變化組織起來(lái)；②網(wǎng)絡(luò)層：各參與方通過(guò)特定的P2P協(xié)議彼此連接成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)每個(gè)參與方與周圍鄰居交互消息；③共識(shí)層：其作為區(qū)塊鏈的核心，保證所有區(qū)塊鏈參與方能夠形成統(tǒng)一賬本；④合約層：封裝區(qū)塊鏈系統(tǒng)的各類腳本代碼、算法以及由此生成智能合約，是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈系統(tǒng)靈活編程和操作數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)；⑤應(yīng)用層：區(qū)塊鏈通過(guò)調(diào)用協(xié)議層及智能合約層的接口開(kāi)發(fā)去中心化應(yīng)用，為用戶提供各種服務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)區(qū)塊鏈的豐富生態(tài)[27]。

圖3 區(qū)塊鏈基本結(jié)構(gòu)框架圖

雖然區(qū)塊鏈技術(shù)起源于比特幣，但當(dāng)前己逐步從單純金融行業(yè)向包括能源與礦業(yè)在內(nèi)的其他行業(yè)擴(kuò)展。在《建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)市場(chǎng)體系行動(dòng)方案》中，區(qū)塊鏈技術(shù)被確定為我國(guó)“十四五”期間國(guó)家新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要技術(shù)之一。使用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、不可篡改、可追溯和集體維護(hù)等特性，可有效解決能源與礦業(yè)產(chǎn)業(yè)中的寡頭壟斷、信息壁壘和靈活交易等諸多問(wèn)題，助力構(gòu)建公開(kāi)、公平、公正的能源與礦業(yè)治理新體系[28]， 如圖4所示。

圖4 基于區(qū)塊鏈的能源與礦業(yè)供應(yīng)鏈管理新思路

四、新一代信息技術(shù)在能源與礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

能源礦業(yè)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的運(yùn)行體系，其包含能源生產(chǎn)、能源運(yùn)輸、能源消費(fèi)、能源市場(chǎng)與政府監(jiān)管五大環(huán)節(jié)，其各部分之間的關(guān)系如圖5所示。

圖5 能源礦產(chǎn)行業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)關(guān)系圖

（一）新一代信息技術(shù)助力能源與礦業(yè)生產(chǎn)

在生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要包括能源礦業(yè)勘探、開(kāi)采、礦產(chǎn)資源深加工等，以及當(dāng)前新興的以風(fēng)電、光伏為主的可再生清潔能源發(fā)電。其中，在礦產(chǎn)資源開(kāi)采場(chǎng)景中主要面臨的問(wèn)題是缺乏全自動(dòng)化、智能化的高效開(kāi)采系統(tǒng)，并且礦山災(zāi)害問(wèn)題仍然存在，其根本是監(jiān)測(cè)及預(yù)警機(jī)制不完善導(dǎo)致礦山安全難以保障；在礦產(chǎn)資源深加工過(guò)程中存在廢物排放監(jiān)管成本高、難度大等問(wèn)題；可再生新能源發(fā)電則面臨源-荷不匹配造成的棄風(fēng)、棄光問(wèn)題。

1.新一代信息技術(shù)助力能源與礦產(chǎn)資源勘查

地質(zhì)信息是進(jìn)行礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，由于受到地質(zhì)探測(cè)與推演技術(shù)的限制，地質(zhì)探測(cè)深度、地質(zhì)模型精度等尚難以滿足要求。采用人工智能技術(shù)（探測(cè)機(jī)器人等）可以實(shí)現(xiàn)探測(cè)過(guò)程的智能化控制，大幅降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；基于智能感知技術(shù)（多種類型的傳感器）可以實(shí)現(xiàn)鉆探、物探等探測(cè)信息的自動(dòng)感知，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法智能識(shí)別巖層巖性、構(gòu)造等信息； 利用5G通信網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)探測(cè)信息的實(shí)時(shí)上傳，并利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)探測(cè)信息進(jìn)行地質(zhì)推演，構(gòu)建高精度地質(zhì)模型，為能源與礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)提供地質(zhì)信息保障。

2.新一代信息技術(shù)支撐礦山智能綠色開(kāi)采

受礦山企業(yè)傳統(tǒng)管理模式的制約，礦產(chǎn)資源開(kāi)采信息化程度低，各系統(tǒng)間缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口、標(biāo)準(zhǔn)和信息交互通道，導(dǎo)致形成諸多“信息孤島”，阻礙智能綠色礦山建設(shè)。5G通信技術(shù)以其特有的大帶寬、低延時(shí)和廣連接優(yōu)勢(shì)，將為礦山各系統(tǒng)提供統(tǒng)一優(yōu)質(zhì)的通信網(wǎng)絡(luò)，從而有效提高開(kāi)采過(guò)程設(shè)備互聯(lián)和人機(jī)交互能力，助力礦產(chǎn)資源開(kāi)采實(shí)現(xiàn)高效智能化[29]。此外，基于5G的精確實(shí)時(shí)定位技術(shù)、設(shè)備到設(shè)備（D2D）物聯(lián)通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定向開(kāi)采，從而提高礦產(chǎn)資源開(kāi)采品質(zhì)[30]，如圖6所示。

圖6 基于新一代信息技術(shù)的智能綠色礦山

3.物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)助力提升井下安全生產(chǎn)

瓦斯、頂板等事故一直是困擾井下安全生產(chǎn)的難點(diǎn)[31]，而地下巷道環(huán)境狹小密閉、設(shè)備眾多，且設(shè)備動(dòng)態(tài)移動(dòng)，導(dǎo)致井下安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警難度增大。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)將有效實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、多維度安全監(jiān)控，并通過(guò)人工智能算法的融合應(yīng)用，可從海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中敏銳發(fā)現(xiàn)隱藏的安全隱患，從而進(jìn)行超前預(yù)警，消除安全隱患。運(yùn)用數(shù)字孿生和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建地上、地下智能化礦山，全面應(yīng)用智能化技術(shù)、礦山機(jī)器人等替代人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)人-機(jī)-環(huán)-管信息實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)高效協(xié)同自動(dòng)化運(yùn)行。

4.區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)技術(shù)助力礦產(chǎn)資源深加工環(huán)保監(jiān)管巡查

礦產(chǎn)資源深加工技術(shù)是提高礦產(chǎn)資源低碳、高效利用的重要手段，以煤炭深加工為例，主要包括洗選焦化技術(shù)、氣化與液化技術(shù)、水煤漿技術(shù)、高爐噴吹粉煤技術(shù)、型煤與配煤技術(shù)、潔凈煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)等[32,33]，但傳統(tǒng)煤炭深加工過(guò)程對(duì)環(huán)境的友好度差，產(chǎn)生大量廢液、廢氣和廢渣，其成分復(fù)雜且處理難度高。區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)技術(shù)將助力礦產(chǎn)資源深加工環(huán)保監(jiān)管巡查，在減輕監(jiān)管巡查人力、物力成本的前提下，通過(guò)區(qū)塊鏈的去中心化、信息共享和數(shù)據(jù)不可篡改性等特征保證監(jiān)管全過(guò)程的公開(kāi)、公平、公正。另外，將人工智能技術(shù)運(yùn)用在礦產(chǎn)資源深加工過(guò)程中，將有效提升如撿矸、排矸等大型機(jī)械系統(tǒng)的智能化水平[34,35]。

5.人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)清潔能源發(fā)電預(yù)測(cè)，助力高比例清潔能源新型電力系統(tǒng)建設(shè)

以風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)等清潔可再生能源為代表的分布式發(fā)電技術(shù)是緩解我國(guó)能源儲(chǔ)量不足、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)不合理、助力實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的有效途徑之一。風(fēng)、光發(fā)電受氣候條件和環(huán)境因素的影響較大，具有強(qiáng)隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性。我國(guó)的風(fēng)電、光伏儲(chǔ)量分布與能源消費(fèi)區(qū)域存在明顯的區(qū)域性不協(xié)調(diào)，隨著可再生能源開(kāi)發(fā)力度的加大，將可能導(dǎo)致嚴(yán)重棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象發(fā)生，其根本原因則是源-荷不匹配造成的。通過(guò)運(yùn)用人工智能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜因素影響下的清潔能源長(zhǎng)短期發(fā)電預(yù)測(cè)，從而引導(dǎo)電力系統(tǒng)達(dá)到源-荷互濟(jì)，實(shí)現(xiàn)高比例清潔能源并網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)[36,37]。

（二）新一代信息技術(shù)助力能源與礦業(yè)運(yùn)輸

我國(guó)特有的能源生產(chǎn)基地與主要消費(fèi)市場(chǎng)逆向分布的特點(diǎn)決定了我國(guó)北煤南運(yùn)、西氣東輸、西電東送的能源運(yùn)輸格局將長(zhǎng)期存在，這就必然需要良好高效的能源礦業(yè)運(yùn)輸體系支撐。能源礦業(yè)綜合運(yùn)輸通道體系主要包括鐵路、公路、海運(yùn)、輸油氣管道及高電壓等級(jí)的長(zhǎng)距離輸電網(wǎng)絡(luò)等，其運(yùn)輸效率對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有決定性作用，將5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)應(yīng)用于能源與礦業(yè)運(yùn)輸領(lǐng)域，將助力實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸、裝卸、倉(cāng)儲(chǔ)、配送、信息一體化的能源運(yùn)輸新格局。

1.“供應(yīng)鏈-區(qū)塊鏈”雙鏈融合技術(shù)提升能源與礦業(yè)運(yùn)輸效率

我國(guó)北部和西部廣大地區(qū)是能源富集地區(qū)，而消費(fèi)區(qū)域則集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部和南部沿海地區(qū)，這種供給和需求在空間上存在較大偏差，同時(shí)在能源需求時(shí)間上也呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性。因此必須建立暢通高效、安全可靠、應(yīng)變能力強(qiáng)的現(xiàn)代能源與礦業(yè)供應(yīng)鏈體系。將區(qū)塊鏈賦能供應(yīng)鏈，打造能源與礦業(yè)領(lǐng)域的“供應(yīng)鏈-區(qū)塊鏈”雙鏈融合技術(shù)體系[38]，將有效解決當(dāng)前我國(guó)突出的供-消時(shí)空錯(cuò)位難題：①探索能源與礦業(yè)上下游不同參與方信息獲取與傳輸、鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建問(wèn)題，以及供應(yīng)鏈信息的分布式架構(gòu)和存儲(chǔ)等技術(shù)，在能源與礦業(yè)企業(yè)形成新的信息共享和協(xié)作機(jī)制；②通過(guò)規(guī)范開(kāi)發(fā)環(huán)境和接口標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建雙鏈融合的系統(tǒng)自治、分工、共享和協(xié)作機(jī)制，健全雙鏈融合的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法律保障；③探索能源與礦業(yè)領(lǐng)域雙鏈協(xié)同模式、資源與能力保障機(jī)制以及績(jī)效提升機(jī)制，構(gòu)建基于“供應(yīng)鏈-區(qū)塊鏈”雙鏈融合技術(shù)的物流、信息流、資金流體系。

2.5G與大數(shù)據(jù)共享技術(shù)解決能源礦業(yè)運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)與裝卸高成本難題

煤炭、石油、天然氣等能源原料具有運(yùn)輸危險(xiǎn)性大、倉(cāng)儲(chǔ)成本高、物流裝卸過(guò)程中損耗浪費(fèi)嚴(yán)重等諸多難題[39]。其形成原因則主要是當(dāng)前物流企業(yè)對(duì)供需雙方信息獲取不夠及時(shí)完整，運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)管理不科學(xué)，裝卸機(jī)械化、智能化水平低等。通過(guò)5G與大數(shù)據(jù)共享、并融合區(qū)塊鏈技術(shù)，建立能源與礦業(yè)運(yùn)輸管理信息平臺(tái)，保證物流運(yùn)輸各方信息的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和可追溯性，實(shí)現(xiàn)具有強(qiáng)制信任和運(yùn)輸全環(huán)節(jié)透明化的協(xié)作優(yōu)化傳輸，提高系統(tǒng)效率和安全品質(zhì)。

3.人工智能技術(shù)助力輸配電系統(tǒng)的可靠安全運(yùn)行

電力具有傳輸速度快、運(yùn)輸過(guò)程對(duì)環(huán)境污染小、便于分配和調(diào)度的優(yōu)勢(shì)，是目前能源大范圍快速傳輸?shù)淖钣行Х绞街弧］旊娤到y(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系發(fā)電與用電雙側(cè)的系統(tǒng)安全和電力可靠性，并且隨著電壓等級(jí)的不斷升高，其重要程度越發(fā)凸顯。為保證電能安全可靠傳輸，需要研究輸電線路的全信息量測(cè)、準(zhǔn)確故障研判和快速處理方法[40]，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確識(shí)別故障類型、確定故障位置以及快速消除故障，以增強(qiáng)互聯(lián)大電網(wǎng)的安全性，以及加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。人工智能技術(shù)將在故障分析與處理方面發(fā)揮巨大作用，如捕獲來(lái)自輸配電過(guò)程中多源數(shù)據(jù)的時(shí)間特性，進(jìn)行輸電系統(tǒng)中線路跳閘故障的預(yù)判[41]，利用人工智能圖像識(shí)別技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合電力系統(tǒng)“五遙”（遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)和遙視），實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電走廊線路、變壓器/換流器、絕緣子等多狀態(tài)量監(jiān)控和故障診斷等[42]。

（三）新一代信息技術(shù)助力能源與礦業(yè)消費(fèi)

能源是人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其消費(fèi)與安全也是國(guó)家安全的重要組成部分。作為世界上第一大能源消費(fèi)國(guó)，在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)，能源與礦產(chǎn)資源消費(fèi)總量將激增，消費(fèi)模式日趨多元化。隨著碳達(dá)峰、碳中和國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，我國(guó)能源消費(fèi)模式必將發(fā)生革命性變化，以大數(shù)據(jù)、人工智能、5G和區(qū)塊鏈等新技術(shù)為抓手，能源與礦業(yè)消費(fèi)將從總量擴(kuò)張邁入以智能化、數(shù)字化為特征的提質(zhì)增效新階段。

1.新一代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)模式剖析

我國(guó)部分特殊能源、礦產(chǎn)資源擁有量不高，儲(chǔ)備潛力有限。為了科學(xué)、高效地發(fā)展能源產(chǎn)業(yè)及其替代產(chǎn)業(yè)，需對(duì)中國(guó)未來(lái)的能源消費(fèi)模式進(jìn)行較為精確的預(yù)測(cè)分析。通過(guò)新一代信息技術(shù)可以獲取、存儲(chǔ)分析大量的能源消耗數(shù)據(jù)，并且可以利用先進(jìn)的人工智能算法更準(zhǔn)確地分析能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，探索能源消費(fèi)模式，獲取每一類能源消費(fèi)模式背后隱含的能源消費(fèi)行為，對(duì)能源消費(fèi)模式發(fā)展進(jìn)行宏觀預(yù)測(cè)和消費(fèi)引導(dǎo)。如基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的“能耗管理系統(tǒng)”可以實(shí)現(xiàn)工廠能源消費(fèi)趨勢(shì)預(yù)測(cè)[43]。同時(shí)，新一代信息技術(shù)在能源、礦產(chǎn)資源消費(fèi)場(chǎng)景中的負(fù)荷檢測(cè)和分解技術(shù)等也在逐步推廣，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、用戶互動(dòng)化服務(wù)、需求響應(yīng)支撐、用戶節(jié)能等方面意義重大，是制定智慧用能、節(jié)能策略的基礎(chǔ)[44]。

2.人工智能助推能源消費(fèi)模式升級(jí)

利用新一代信息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)用戶畫(huà)像與用戶能源消費(fèi)行為特征分析。用戶畫(huà)像作為真實(shí)用戶的虛擬代表，是建立在真實(shí)大數(shù)據(jù)上的用戶模型，是挖掘用戶需求和價(jià)值，進(jìn)行分類和精準(zhǔn)能源營(yíng)銷的基礎(chǔ)。基于5G通信的智能量測(cè)終端、非侵入式負(fù)荷分解技術(shù)使能源用戶的數(shù)據(jù)得以實(shí)時(shí)高密度采集[45]，利用AI技術(shù)分析這些能源大數(shù)據(jù)的自相關(guān)性和互關(guān)聯(lián)性，解析用戶用能習(xí)慣和行為特性[46]。基于這些信息建立的用能特征可進(jìn)一步進(jìn)行能源消耗量預(yù)測(cè)，為需求側(cè)響應(yīng)決策提供消費(fèi)側(cè)用能依據(jù)。

3.多技術(shù)融合促進(jìn)能源消費(fèi)平臺(tái)智能化發(fā)展

基于大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等新一代信息技術(shù)，打造多式聯(lián)動(dòng)能源消費(fèi)綜合服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在不同地區(qū)、不同企業(yè)主體之間構(gòu)建合作網(wǎng)絡(luò)，將推動(dòng)礦山企業(yè)、港口及物流園區(qū)等企業(yè)的能源消費(fèi)信息共享、資源互通。

（1）智能化能源消費(fèi)平臺(tái)將具備能源監(jiān)控、分析、管理、交易、運(yùn)營(yíng)等功能，通過(guò)監(jiān)測(cè)能源交易狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)全景動(dòng)態(tài)展現(xiàn)。

（2） 通過(guò)構(gòu)建客戶畫(huà)像，提供差異化服務(wù)策略；通過(guò)能源消費(fèi)結(jié)算，滿足多類型能源消費(fèi)需求，為能源傳輸、銷售等服務(wù)提供運(yùn)營(yíng)平臺(tái)與數(shù)據(jù)支撐。

（3） 通過(guò)平臺(tái)對(duì)用戶的用熱、用電、用水、用氣等能源消費(fèi)數(shù)據(jù)開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)開(kāi)展區(qū)域能耗分析，對(duì)區(qū)域總體、各行業(yè)、各類型用戶的能源消費(fèi)開(kāi)展監(jiān)測(cè)對(duì)比，幫助政府掌握區(qū)域能源供需動(dòng)態(tài)，支撐政府部門(mén)開(kāi)展區(qū)域節(jié)能降耗、優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)等[47]。

（四）新一代信息技術(shù)助力能源與礦業(yè)市場(chǎng)交易

在市場(chǎng)環(huán)節(jié)主要從交易機(jī)制、交易平臺(tái)及市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估等角度進(jìn)行探討。其中，傳統(tǒng)的能源礦業(yè)交易機(jī)制以集中式優(yōu)化決策的資源配置方式為主，難以適用大量分布式新能源及新型礦業(yè)產(chǎn)業(yè)參與的交易場(chǎng)景；而傳統(tǒng)交易平臺(tái)分布具有明顯的聚集性、地域性，導(dǎo)致其區(qū)域分化、各自為政以及交易信息壁壘等問(wèn)題較為突出[48]；在市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估中則存在缺少跨區(qū)域的市場(chǎng)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)管評(píng)估手段，同時(shí)存在大量不正當(dāng)套利空間甚至作弊行為，導(dǎo)致市場(chǎng)自我優(yōu)化資源配比能力喪失，增加了市場(chǎng)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)[49]。上述問(wèn)題亟需新一代信息技術(shù)的助力，以提高對(duì)市場(chǎng)的認(rèn)知和監(jiān)管能力，以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)中不斷凸顯的不穩(wěn)定性和不確定性所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，避免重大突發(fā)事件所帶來(lái)的巨大損失。

1.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的能源與礦業(yè)交易新機(jī)制

隨著分布式能源的廣泛接入，分布式能源交易呈現(xiàn)出參與者海量、單筆小額、位置分散等特點(diǎn)，增加了交易中心的處理難度、風(fēng)險(xiǎn)性和運(yùn)行成本。同時(shí)，分布式能源交易還涉及多部門(mén)、多層級(jí)的補(bǔ)貼政策落實(shí)、消納責(zé)任考核等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，可以利用區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化、透明可追溯、易實(shí)現(xiàn)智能合約等特點(diǎn)構(gòu)建新型能源與礦業(yè)交易新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)交易的發(fā)起、報(bào)送、訂單合約生成、結(jié)算等各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化，以降低數(shù)量巨大的新能源交易流程復(fù)雜度和管理成本。同時(shí)，區(qū)塊鏈平臺(tái)還提供了透明可追溯的訪問(wèn)機(jī)制，利用特有的數(shù)字加密技術(shù)提供持久、雙向平等和安全的訪問(wèn)機(jī)制[50]。此外，還可將傳統(tǒng)的交易審查審閱、公開(kāi)賬本維護(hù)工作交給由相關(guān)政府部門(mén)認(rèn)證通過(guò)的第三方機(jī)構(gòu)，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的可追溯性，實(shí)現(xiàn)對(duì)每筆交易的輔助監(jiān)管，快速準(zhǔn)確識(shí)別惡意節(jié)點(diǎn)或存在的隱秘違規(guī)行為，維護(hù)能源與礦業(yè)交易市場(chǎng)的健康秩序。

2.基于新一代信息技術(shù)的跨行業(yè)能源交易平臺(tái)

全球能源組成結(jié)構(gòu)由單一化石能源為主向化石能源與清潔能源多能融合驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。不同能源在生產(chǎn)側(cè)、運(yùn)輸側(cè)和消費(fèi)側(cè)等不同環(huán)節(jié)以及在物理和信息等不同層面均存在互相滲透和相互融合特征，因此亟需構(gòu)建開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)、安全的多層次國(guó)際化跨行業(yè)能源交易平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)多能源互通、各行業(yè)信息共享以及公平開(kāi)放交易。為此，可利用5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)針對(duì)能源交易過(guò)程中產(chǎn)生的海量賬本、圖像、視頻、文本數(shù)據(jù)的敏捷可靠傳輸，實(shí)現(xiàn)各能源供應(yīng)主體（煤炭、礦業(yè)、電力、天然氣、石油等運(yùn)營(yíng)商）和終端用戶之間高效安全的數(shù)據(jù)交互[51]。同時(shí)，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)中臺(tái)技術(shù)，收集并處理平臺(tái)內(nèi)市場(chǎng)參與者詳細(xì)的生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)和消費(fèi)數(shù)據(jù)，將海量碎片化信息轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量數(shù)據(jù)資產(chǎn)，并使用人工智能+大數(shù)據(jù)分析算法挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)在規(guī)律，對(duì)市場(chǎng)趨勢(shì)、價(jià)格走勢(shì)等問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)，為上層業(yè)務(wù)提供底層數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[52]。

3.基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估

能源與礦業(yè)市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指對(duì)其潛在問(wèn)題可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)及其后果實(shí)現(xiàn)量化評(píng)估，確定其嚴(yán)重程度，并做出正確的防范策略，執(zhí)行防御措施。鑒于現(xiàn)代能源礦業(yè)市場(chǎng)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)復(fù)雜多樣性，以及期貨市場(chǎng)的不可預(yù)測(cè)性，通過(guò)建立不同市場(chǎng)主體風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系，采用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)根據(jù)不同風(fēng)險(xiǎn)交易過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量化各損失指標(biāo)；隨后發(fā)揮大數(shù)據(jù)的預(yù)判功能和人工智能的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)、高危主體的交易數(shù)字化管控，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、糾正擾亂市場(chǎng)秩序的違法行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)市場(chǎng)的主動(dòng)監(jiān)管、動(dòng)態(tài)監(jiān)管和全程監(jiān)管。

（五）新一代信息技術(shù)助力政府監(jiān)管

能源與礦業(yè)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是高投入、高污染、高風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)業(yè)，需要政府部門(mén)全面監(jiān)管，以規(guī)范企業(yè)行為，保障生產(chǎn)安全、市場(chǎng)有序，并實(shí)現(xiàn)特定政策目標(biāo)。在能源與礦業(yè)體系治理和監(jiān)管應(yīng)用中，新一代信息技術(shù)已在安全、市場(chǎng)、環(huán)保等監(jiān)管領(lǐng)域進(jìn)行了試點(diǎn)，在加大政府監(jiān)管力度、拓展監(jiān)管寬度、推動(dòng)監(jiān)管平臺(tái)信息化建設(shè)等方面取得了良好效果[53,54]。

1.新一代信息技術(shù)促進(jìn)安全監(jiān)管工作的深入開(kāi)展

在能源礦業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中，設(shè)備系統(tǒng)分散，人員、車輛流動(dòng)性強(qiáng)。為了保障能源與礦業(yè)安全生產(chǎn)，需要在各個(gè)生產(chǎn)和運(yùn)輸主體中加裝大量的監(jiān)測(cè)傳感器、射頻終端、高清攝像頭、激光雷達(dá)等，并對(duì)各類監(jiān)控設(shè)備所產(chǎn)生的海量感知數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、整理、分析，保證生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)目煽窟\(yùn)行。

5G技術(shù)具備全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、至少十倍于4G的峰值速率、毫秒級(jí)的傳輸時(shí)延和千億級(jí)的連接能力，是提升能源礦業(yè)安全監(jiān)管響應(yīng)能力的重要手段[55]。人工智能技術(shù)則能夠提升系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)械的智能化水平，進(jìn)而代替人類完成能源與礦業(yè)全過(guò)程中復(fù)雜危險(xiǎn)的監(jiān)管作業(yè)，精準(zhǔn)區(qū)分各種潛在危險(xiǎn)，有效提升安全生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)母兄芰56,57]。大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)在多樣化信息資產(chǎn)的應(yīng)用，使得監(jiān)管系統(tǒng)能夠快速整合各級(jí)能源監(jiān)管部門(mén)之間的安全監(jiān)管數(shù)據(jù)，消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)信息共享，便于監(jiān)管機(jī)構(gòu)從全局角度進(jìn)行管理[58]，如圖7所示。

圖7 能源與礦業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸監(jiān)管

2.大數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈技術(shù)助力能源交易市場(chǎng)監(jiān)管能力提升

構(gòu)建政府監(jiān)管下的政企分開(kāi)、公平競(jìng)爭(zhēng)、開(kāi)放有序、健康發(fā)展的能源與礦業(yè)市場(chǎng)體系是能源體制改革的基本目標(biāo)，而加強(qiáng)能源礦業(yè)市場(chǎng)監(jiān)管是推進(jìn)這一體系建設(shè)的重要保障。因此，亟需建立能源與礦業(yè)市場(chǎng)政府監(jiān)管統(tǒng)一平臺(tái)，對(duì)交易主體、能源價(jià)格等進(jìn)行全面有效的監(jiān)管和約束。平臺(tái)可通過(guò)大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提取能源市場(chǎng)監(jiān)管有價(jià)值的信息，監(jiān)測(cè)能源商品及其衍生品對(duì)金融市場(chǎng)產(chǎn)生的影響，便于政府采取相應(yīng)措施避免能源市場(chǎng)被操縱或?yàn)E用，防范金融風(fēng)險(xiǎn)和能源價(jià)格失控，增強(qiáng)能源市場(chǎng)監(jiān)管的靶向性和穩(wěn)定性[59]。同時(shí)，可利用區(qū)塊鏈技術(shù)提升監(jiān)管數(shù)據(jù)的安全性，防止偽造監(jiān)管數(shù)據(jù)等情況發(fā)生，保證政府對(duì)交易源頭的監(jiān)督、審查和依法懲處[60]。

3.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐環(huán)境保護(hù)監(jiān)管的有效運(yùn)行

融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遙感成像技術(shù)和基于人工智能的圖像分析技術(shù)，構(gòu)建智能化環(huán)境監(jiān)管立體感知體系，實(shí)時(shí)感知能源生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)過(guò)程全周期、全覆蓋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)突發(fā)惡性事件進(jìn)行快速甄別、快速響應(yīng)，將能源礦業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)保污染遏制于源頭。

五、新一代信息技術(shù)支撐能源與礦業(yè)治理體系重構(gòu)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和能源產(chǎn)業(yè)升級(jí)，綜合考慮國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)變化，傳統(tǒng)的能源礦業(yè)體系與治理模式已經(jīng)落后于產(chǎn)業(yè)實(shí)際發(fā)展，不能滿足需求。新一代信息技術(shù)將極大地提升對(duì)能源礦業(yè)體系中各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)、分析、研判、監(jiān)管和治理能力。

通過(guò)分析能源礦業(yè)領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的特性，實(shí)現(xiàn)新一代信息技術(shù)助力下的能源與礦業(yè)治理體系重構(gòu)。

（1） 實(shí)現(xiàn)能源礦業(yè)消費(fèi)治理，形成綠色能源消費(fèi)治理體系，提升能源利用效率和節(jié)能減排水平。

（2） 實(shí)現(xiàn)能源礦業(yè)制度治理，對(duì)內(nèi)根據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀加強(qiáng)相關(guān)方面的約束和治理，為自身的發(fā)展提供更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)外為國(guó)際資本的合理涌入提供更為優(yōu)越的環(huán)境。

（3） 實(shí)現(xiàn)能源礦業(yè)技術(shù)治理，推動(dòng)環(huán)境問(wèn)題治理，推進(jìn)全球環(huán)境污染治理進(jìn)程。推進(jìn)能源與礦業(yè)治理體系的組成系統(tǒng)化、治理高效化。

（4） 實(shí)現(xiàn)能源礦業(yè)供給治理，切實(shí)保障國(guó)家能源供應(yīng)安全，緩解能源博弈對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的危害。

（5） 實(shí)現(xiàn)能源礦業(yè)對(duì)外治理，緩解國(guó)內(nèi)能源供需矛盾，促進(jìn)能源經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，加強(qiáng)國(guó)際話語(yǔ)權(quán)以促進(jìn)國(guó)家能源新格局、新秩序的建立。

通過(guò)以上五大治理能力的提高，全方位構(gòu)建能源礦業(yè)體系治理新模式，全面助力國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)革命。

六、措施建議

(一)建立國(guó)家能源與礦業(yè)安全生產(chǎn)、交易智能化平臺(tái)

建立國(guó)家級(jí)能源與礦業(yè)安全生產(chǎn)智能化平臺(tái)，將能源生產(chǎn)的主要危險(xiǎn)源、高危作業(yè)崗位、安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等信息納入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)全流程智能化運(yùn)行。基于“5G+ABCD”技術(shù)支撐，即5G與人工智能（AI）、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的緊密結(jié)合，建設(shè)礦企-集團(tuán)-省級(jí)-國(guó)家四級(jí)煤炭生產(chǎn)和交易共享智能化平臺(tái)，構(gòu)建現(xiàn)代能源礦業(yè)治理技術(shù)體系。實(shí)現(xiàn)對(duì)各類能源與礦產(chǎn)資源存量信息、消耗量信息、交易信息等全面及時(shí)可靠采集與監(jiān)管；通過(guò)易貨交易、數(shù)字貨幣等方式實(shí)現(xiàn)能源交易“去美元化”，保障我國(guó)能源與礦山資源的交易安全。

(二)開(kāi)展關(guān)鍵基礎(chǔ)理論、短板技術(shù)和裝備專項(xiàng)攻關(guān)

設(shè)立國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)研究重大專項(xiàng)、科學(xué)儀器重大專項(xiàng)、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等，深入開(kāi)展海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合分析、多場(chǎng)景的海量大鏈接低延時(shí)高可靠通信標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建、人工智能弱穩(wěn)定性突破和泛化能力提升、基于區(qū)域鏈的能源礦業(yè)交易智能合約技術(shù)構(gòu)建等基礎(chǔ)理論研究。建議將智能裝備納入國(guó)家智能制造發(fā)展規(guī)劃，加大對(duì)于高端智能化裝備、機(jī)器人等的研發(fā)和應(yīng)用，并給予財(cái)稅政策支持。

(三)支持能源與礦業(yè)領(lǐng)域新基建及關(guān)鍵性礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備

將新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、關(guān)鍵性礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備納入國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，加大對(duì)能源與礦業(yè)領(lǐng)域5G網(wǎng)絡(luò)部署優(yōu)化技術(shù)、礦山數(shù)據(jù)特征篩選及融合技術(shù)、區(qū)塊鏈等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加大關(guān)鍵礦產(chǎn)資源安全與管理研究，切實(shí)保障關(guān)鍵礦產(chǎn)資源安全。

(四) 加強(qiáng)政策支持和資金保障

按照“政府主導(dǎo)、政策推動(dòng)、企業(yè)實(shí)施”的原則，從國(guó)家層面設(shè)立能源與礦業(yè)治理信息平臺(tái)專項(xiàng)資金，推動(dòng)全國(guó)統(tǒng)一、部門(mén)聯(lián)合、行業(yè)協(xié)同的國(guó)家級(jí)能源、礦業(yè)安全生產(chǎn)與交易智能化平臺(tái)的頂層設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)建設(shè)，支持國(guó)有能源與礦業(yè)企業(yè)信息平臺(tái)智能化改造。從省級(jí)層面出臺(tái)能源與礦業(yè)新基建招商和產(chǎn)業(yè)扶持政策，積極爭(zhēng)取金融機(jī)構(gòu)貸款，加大金融機(jī)構(gòu)融資力度，引導(dǎo)社會(huì)資本加大投入，挖掘企業(yè)自籌資金潛力，提升企業(yè)資金保障程度。