数字矿山软件在国内应用现状课件

1数字矿山软件在国内应用现状数字矿山软件在国内应用现状2数字矿山的基本特征与关键技术

采矿业是以自然资源为生产对象的古老产业，绝大多数矿山企业还处在劳动密集性阶段，信息化程度很低。综观历史，采矿业曾受到大大小小技术进步的巨大冲击。如今，数字地球（DigitalEarth,DE）和数字中国（DigitalChina,DC）的钟声，已经和正在惊醒一代采矿人。3数字矿山的基本特征与关键技术一、数字矿山及其战略意义国际动态加拿大已制订出一项拟在2050年实现的远景规划：即将加拿大北部边远地区的一个矿山实现为无人矿井，从萨得伯里通过卫星操纵矿山的所有设备实现机械自动破碎和自动切割采矿；4数字矿山及其战略意义芬兰采矿工业也于1992年宣布了自己的智能采矿技术方案，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等28个专题；瑞典也制定了向矿山自动化进军的“Grountecknik2000”战略计划。5数字矿山及其战略意义

中国矿业大学等单位也相继开展了采矿机器人（MR）、矿山地理信息系统（MGIS）、三维地学模拟（3DGM）、矿山虚拟现实（MVR）、矿山GPS定位等方面的技术开发与应用研究。6数字矿山及其战略意义

随着实时矿山测量、GPS实时导航与遥控、GIS管理与辅助决策和3DGM的应用，国际上一些大型露天矿山（包括我国的平朔、霍林河矿区）已可在办公室生成矿床模型、矿山采掘计划，并与采场设备相联系，形成动态管理与遥控指挥系统。。7数字矿山及其战略意义

此外，专家系统、神经网络、模糊逻辑、自适应模式识别、遗传算法等人工智能技术、GPS技术、并行计算技术、射频识别技术以及面向岩石力学问题的全局优化方法、遥感技术等已在智能矿山地质勘探调查与测量、智能矿山设计、智能矿山开采、计划与控制、矿山灾害遥感预报等研究领域得到应用。。8数字矿山原型：遥控采矿

国际著名矿山企业——加拿大国际镍公司（Inco）从20世纪90年代初开始研究遥控采矿技术，目标是实现整个采矿过程的遥控操作。Inco公司给遥控采矿下的定义是“利用目前最先进的技术，包括地下通讯、定位、工艺设计、监视和控制系统，去操纵采矿设备与采矿系统。”遥控采矿工艺包括自动凿岩、自动装药与爆破、自动装岩、自动转运、自动卸岩和自动支护等，其技术基础是高速地下通讯系统和高精度地下定位、定向系统（要求达到mm级）。9中国矿山面临的挑战近年，中国矿山行业的信息化建设虽然有了较大发展，但总体状况仍然很不乐观。总体来看，中国矿山在矿山勘察、规划、设计、生产、管理、全过程监控等信息化“软”领域，与发达采矿国家的差距越来越大。中国矿山既没有把信息资源当作矿山的重要战略资源之一加以统筹开发和综合利用，更没有形成系统性能稳定、信息资源充足的矿山信息基础设施（MineInfrastructure）。10数字矿山的基本特征基于DM的定义，主流意见认为，DM应具有以下六大特征：以高速企业网为“路网”、以采矿CAD（MCAD）、虚拟现实（VR）、仿真（CS）、科学计算（SC）与可视化（VS）为“车辆”、以矿业数据和矿业应用模型为“货物”、以真三维地学模拟（3DGM）和数据挖掘为“包装”、以多源异质矿业数据采集与更新系统为“保障”和以矿山GIS（MGIS）为“调度”。11数字矿山的基本特征DM的最终表现为矿山的高度信息化、自动化和高效率，以至无人采矿和遥控采矿。12数字矿山的基本特征以高速企业网为“路网”以MCAD、VM、MS、SC、AI与SV为“车辆”以矿业数据和应用模型为“货物”以3DGM和数据挖掘为“包装”以多源异质矿业数据采集与更新为“保障”13数字矿山的基本特征

只有实现了矿业综合数据的动态采集与快速更新，才能为动态时效的3DGM与MGIS提供数据粮食，为遥控采矿或无人采矿提供信息保障。此外，还要在3DGM的基础上，基于统一的时空参照、元数据和编码，根据需要将上述多源异质数据进行有选择的融合和分类，形成无缝无斥的数据组织。14数字矿山的基本框架DM应是一个层次结构。结构一：DM按数据流和功能流，由外向里分别为采集系统、调度系统、功能系统、包装系统、核心系统共5部分。1)采集系统：负责数据采集与处理，包括测量、勘探、传感和文档4类基础数据采集子系统；2)调度系统：指MGIS，负责提供拓扑建立与维护、空间查询与分析、制图与输出等GIS基本功能，并进行数据访问控制、开放接口和生产调度与指挥管理；15数字矿山的基本框架3)功能系统：负责提供各类专业模拟与分析功能，包括MCAD、VM、MS、SC、AI和SV等；4）包装系统：负责提供3D空间建模工具和多源异质矿山数据的空间融合环境和数据过滤、组合与封装机制，包括3DGM和数据挖掘工具；5）核心系统：负责统一管理数据和模型，由时空数据仓库和应用模型库两个子系统组成。16数字矿山的基本框架还有一种划分层次的方法，更加直接和易于理解：数字矿山自下而上可分为以下七个主层次：

(1)基础数据层。即数据获取与存储层。数据获取包括利用各种技术手段获取各种形式的数据及其预处理；数据存储包括各类数据库、数据文件、图形文件库等。该层为后续各层提供部分或全部输入数据。(2)模型层。即表述层。如空间和矿物属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动化模型等。该层不仅将数据加工为直观、形象的表述形式，而且为优化、模拟与设计提供输入。17数字矿山的基本框架(3)模拟与优化层。如工艺流程模拟、参数优化、设计与计划方案优化等。(4)设计层。即计算机辅助设计层。该层为把优化解转化为可执行方案或直接进行方案设计提供手段。(5)执行与控制层。如自动调度、流程参数自动监测与控制、远程操作等。该层是生产方案的执行者。(6)管理层。包括MIS与办公自动化。(7)决策支持层。依据各种信息和以上各层提供的数据加工成果，进行相关分析与预测，为决策者提供各个层次的决策支持。

18DM的关键技术

基于DM的定义、内涵、特征与基本框架需要围绕以下九项关键技术进行研究和攻关：DM的关键技术

矿山数据仓库技术矿山数据挖掘技术真3DGM与可视化技术矿山3D拓扑技术应用软件与相关模型DM的关键技术

地下快速定位与自动导航技术井下多媒体通讯与无线传输技术智能采矿机器人“班组”技术矿山GIS、OA、CDS三位一体技术2021DM在国内的一些实践：近几年来，数字矿山一直是国内的热门研究课题，取得了一批研究成果。以神华、首钢为代表的一批煤矿、非煤矿山也进行了有益的实践。相关设备的研制也有了一定进展，但主要集中在网络构建及通信方面。22DM在国内的一些实践：数字矿山通用功能划分模型23DM在国内的一些实践：煤炭井工矿井综合自动化系统：将数字矿山网络分为办公信息网和矿区生产网两部分，并实现相互安全分区隔离，为煤炭企业构建坚实网络基础平台。矿区生产网直接承载了煤炭生产调度、瓦斯监控、井下生产人员安全管理、风机监控等关键业务，任意一个环节出现问题，都可能导致爆炸、塌方、渗水等致命事故。因此，安全性、可靠性设计是矿区生产网最核心的内容。24DM在国内的一些实践：典型矿区生产网方案25DM在国内的一些实践：为保障生产网的安全，生产网全部采用高可靠光纤环网技术，以避免强电磁环境的干扰。考虑到井下工作环境的恶劣性，井下设备选择具有防尘、防爆特性的第三方工业以太网交换机；而井上生产网设备可完全采用商用设备，以降低组网成本和维护成本。由于矿区生产网事关煤炭企业生产运营以及井下人员生命安全，因此，生产网内只允许少数合法用户具有网络接入和业务系统访问权限，生产网与办公信息网之间要通过防火墙设备实现安全隔离。在此基础上，生产网用户可正常访问信息网资源，但与Internet隔离，避免互联网病毒和黑客的入侵，而信息网只有特定用户可通过防火墙访问部分生产网数据。26DM在国内的一些实践：27DM在国内的一些实践：地质信息系统28数字化矿山的三个阶段数字化矿山现在是一个热门话题，国家科技部的中长期科学发展规划里边也有了这样的内容。但是到目前为止，关于数字化矿山还没有一个准确的定义。综合国外矿山信息化建设的各种战略设想，还有一些学者对数字化矿山的理解，将数字化矿山分为三个层次。29第一个层次是矿山数字化信息管理系统。第二个阶段是虚拟矿山，是把真实矿山的整体以及和它相关的现象整合起来，以数字的形式表现出来，从而了解整个矿山动态的运作和发展情况。第三个阶段是远程遥控和自动化采矿的阶段。总体来讲，数字化矿山就是矿山地面和井下的、人类从事矿产资源开采的各种动态、静态的信息都能够数字化，而且用计算机网络来管理，同时利用空间技术、自动定位和导航技术实现远程遥控和自动化采矿。数字化矿山的三