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數(shù)字礦山的關(guān)鍵要素與技術(shù)淺析

發(fā)布時(shí)間：2015年08月06日閱讀量：1069

文章來源：《世界有色金屬》2015年第7期作者：胡建明

前言

數(shù)字礦山的定義一直以來處于爭論之中，各種含義的數(shù)字礦山也常見于媒體間。例如礦山安全六大系統(tǒng)，礦山調(diào)度系統(tǒng)，礦山三維軟件應(yīng)用以及礦業(yè)ERP系統(tǒng)等方面的應(yīng)用，都稱其為建立數(shù)字礦山。其實(shí)，這樣的定義既不準(zhǔn)確，也不全面，而且更容易引起誤解。本人通過多年來與礦山行業(yè)的接觸，對國際礦業(yè)的了解，同時(shí)對國內(nèi)企業(yè)完成的成果進(jìn)行分析，總結(jié)出對數(shù)字礦山的理解。我認(rèn)為只有正確地理解數(shù)字礦山建設(shè)的含義和基本要求，可以從不同層面和階段做好相應(yīng)的工作，對數(shù)字礦山的建設(shè)都是具有十分重要的意義。

數(shù)字礦山實(shí)際上是一個很廣泛的、龐大的巨系統(tǒng)工程，其建設(shè)的根本目的是實(shí)現(xiàn)礦山信息化。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，反映礦山真實(shí)三維環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)與管理的自動化、智能化，力爭將礦山從傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式中解放出來，實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)資源的合理分配與利用，提高生產(chǎn)的安全性。實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山的關(guān)鍵是相關(guān)的軟、硬件開發(fā)技術(shù)并形成相關(guān)的軟件產(chǎn)品。

數(shù)字礦山的關(guān)鍵要素

建設(shè)數(shù)字礦山，需要有與之相適應(yīng)的基本技術(shù)和要求，這就構(gòu)成了數(shù)字礦山的基本要素?？梢愿鶕?jù)要素的內(nèi)容、階段和整合程度的不同，可以分為不同程度的數(shù)字礦山。從人員，技術(shù)、設(shè)備、通訊、專業(yè)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等方面確定要素有很多，但我認(rèn)為最基本的數(shù)字礦山要素有三大方面：

一是礦山信息化，這是建立數(shù)字礦山的基礎(chǔ)，所有與礦山資源，生產(chǎn)過程和設(shè)備移動以及維護(hù)相關(guān)聯(lián)的信息，都是以可共享的數(shù)字模式存儲在統(tǒng)一的環(huán)境下，可以重復(fù)調(diào)用和滿足任何專業(yè)的應(yīng)用為基本特點(diǎn)。

二是生產(chǎn)過程的監(jiān)控，這是基于現(xiàn)代化的通訊手段，視頻技術(shù)和傳感技術(shù)，將生產(chǎn)流程中所產(chǎn)生的所有信息，影像和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行瀏覽、分析和重現(xiàn)。

三是先進(jìn)的軟、硬件產(chǎn)品，這是我們獲得礦山任何信息的關(guān)鍵技術(shù)。對于礦山而言，軟件和硬件產(chǎn)品是獲得礦山信息和應(yīng)用這些信息的工具。這些工具以自動采集相關(guān)信息并可關(guān)聯(lián)計(jì)算，從而以數(shù)字化的模式傳送或保存為主要特點(diǎn)。

數(shù)字礦山的基本概念

所謂的數(shù)字礦山，其突出的特點(diǎn)是礦山生產(chǎn)過程中的對象數(shù)字化，也就是說，我們需要實(shí)時(shí)掌握所有對象的信息，這些信息包括位置，參數(shù)，工況，消耗量，變化，累計(jì)值，內(nèi)在趨勢以及可能存在的影響，同時(shí)將這些種類不同，格式各異和屬性差異的信息，集成到數(shù)字化的平臺中，從而構(gòu)成了數(shù)字礦山的基本內(nèi)涵。因此，從礦山生產(chǎn)鏈中，不難分析出這些最基本的概念。

首先是資源信息化：作為礦業(yè)公司的根本，也是礦山糧食的礦產(chǎn)資源，資源信息表現(xiàn)在地勘和礦山生產(chǎn)階段的總和。主要內(nèi)容有礦床的空間位置，探礦工程的信息，以地質(zhì)理論為基礎(chǔ)理解的礦體形態(tài)，礦體中礦物元素的品位及其分布，估算的資源總量等等。由于礦產(chǎn)勘查工作具有階段性特點(diǎn)，但持續(xù)時(shí)間又很長，因此，這些資源信息往往很不完整，而且，我們通?？吹降某晒际嵌S平面圖紙和資源儲量的報(bào)表，既不能重復(fù)利用與共享，也不能準(zhǔn)確地進(jìn)行品位控制和采礦設(shè)計(jì)，是不能構(gòu)成資源信息化。實(shí)際上資源信息化表現(xiàn)在三大方面：一是三維數(shù)據(jù)環(huán)境，所有的信息是按照真實(shí)的三維坐標(biāo)及其屬性進(jìn)行存儲和運(yùn)用，這是回歸礦山自然的數(shù)據(jù)結(jié)果。二是通過數(shù)據(jù)庫方式存儲所有的信息，實(shí)現(xiàn)礦山數(shù)據(jù)的集成與共享。三是通過三維可視化的模式進(jìn)行分析和計(jì)算。實(shí)現(xiàn)資源信息化的關(guān)鍵技術(shù)就是三維可視化軟件平臺的應(yīng)用，這也是為什么需要推進(jìn)三維軟件應(yīng)用的主要原因。

其次是生產(chǎn)過程信息化：礦產(chǎn)資源信息并不是一成不變的，隨著采礦的進(jìn)行，原來所獲得的信息進(jìn)行推定的成果會有很大的變化，這就是礦山資源信息具有四維的特點(diǎn)。為此，我們需要對礦產(chǎn)資源的信息需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新和維護(hù)，包括探礦工程的增加，礦體空間位置的改變，品位的變化以及與采礦相關(guān)聯(lián)的位置變化。這些更新的信息既可以為礦產(chǎn)資源提供動態(tài)儲量數(shù)據(jù)，也可直接為生產(chǎn)服務(wù)，同時(shí)進(jìn)一步提升對礦床的成因和規(guī)模的認(rèn)識，從而實(shí)現(xiàn)對礦體的控制，也就可以做到采礦的信息化。

第三是設(shè)備信息化：現(xiàn)代化的礦山生產(chǎn)是以準(zhǔn)確的資源信息為依據(jù)，先進(jìn)的設(shè)備為基礎(chǔ)，輔助生產(chǎn)過程的檢測與監(jiān)控，做到全方位的礦山生產(chǎn)管控，從而實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，降低損失貧化，充分利用礦產(chǎn)資源，提高礦山企業(yè)的效益。因此，在建立數(shù)字礦山的過程中，所有設(shè)備的運(yùn)行狀況，工時(shí)、損耗，產(chǎn)能以及維修等方面的信息，也就成為設(shè)備信息化的重要組成。當(dāng)然，設(shè)備信息化還取決于設(shè)備的先進(jìn)性，包括數(shù)據(jù)的記錄，遠(yuǎn)程讀取，綜合分析和數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴募夹g(shù)是設(shè)備信息化的重要前提條件。

第四是生產(chǎn)可視化：數(shù)字礦山的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采礦，我們從多家遠(yuǎn)程采礦公司發(fā)布的視頻中了解到，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的因素有很多，但生產(chǎn)過程的可視化是必不可少的條件之一。就是通過實(shí)際采礦環(huán)境的視頻讀取，提供給設(shè)備操作人員的實(shí)際信息，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)備的操控，并可實(shí)時(shí)獲取相關(guān)的生產(chǎn)信息。

第五是系統(tǒng)集成化：以上所獲得礦山資源和生產(chǎn)的信息，如果沒有一個統(tǒng)一的管理系統(tǒng)或平臺，就會變成“信息孤島”。因此，構(gòu)建一個完整的，多種類數(shù)據(jù)接入，不同專業(yè)共享，實(shí)時(shí)為生產(chǎn)服務(wù)的信息平臺也就成為數(shù)字礦山的神經(jīng)中樞。

數(shù)字礦山的技術(shù)要求

從上述基本概念中不難看出，真正建立數(shù)字礦山絕對不是一個簡單的系統(tǒng)，或者一套獨(dú)立運(yùn)行的管理平臺，但是，根據(jù)數(shù)字礦山建設(shè)的內(nèi)容，可以將其分解為不同階段和不同層次的應(yīng)用系統(tǒng)。也就是說，建立一個完整的數(shù)字礦山系統(tǒng)，可以按照不同專業(yè)和應(yīng)用層面的要求分別實(shí)現(xiàn)，比如礦山信息化系統(tǒng)，自動化系統(tǒng)，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)等等。與之相對應(yīng)的是每個系統(tǒng)都有各自的技術(shù)要求，而且需要確保技術(shù)的領(lǐng)先性、實(shí)用性和可靠性，從而避免很多單位啟動數(shù)字礦山建設(shè)項(xiàng)目，結(jié)果是投資很大，收效甚微甚至是浪費(fèi)的局面。

根據(jù)我的理解，可以從三大方面明確技術(shù)的基本要求：
一是礦山信息化技術(shù)：通常是指與礦山資源和生產(chǎn)過程相關(guān)聯(lián)的信息技術(shù)，其中重要的有礦山三維軟件工具，數(shù)據(jù)庫及標(biāo)準(zhǔn)。國際上礦業(yè)發(fā)達(dá)的國家，其礦業(yè)信息化的水平非常高，不僅保留了非常完整的礦山資源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的應(yīng)用與分析，而且確保數(shù)據(jù)的空間三維屬性和實(shí)時(shí)性。因此，結(jié)合礦山信息技術(shù)的發(fā)展，圍繞如何提高礦山生產(chǎn)效率和管理效率、提高礦山開采的技術(shù)水平等方面的實(shí)質(zhì)性需求，帶動了礦業(yè)軟件的發(fā)展。應(yīng)運(yùn)而生的礦業(yè)軟件有美國的Minesight,英國的Datamine，澳大利亞的Vulcan，Surpac，Micromine，加拿大的Gemcom等國內(nèi)熟知的產(chǎn)品。

二是設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)：主要體現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息的采集，其核心技術(shù)是設(shè)備具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)記錄、存儲和實(shí)時(shí)傳送等特點(diǎn)。而我們常規(guī)使用的采礦、選礦、定位、監(jiān)測監(jiān)控等設(shè)備是無法滿足這些需要。

三是信息傳輸與共享技術(shù)：當(dāng)?shù)V山生產(chǎn)過程的信息和數(shù)據(jù)采集之后，需要考慮有足夠的信息傳輸通道和速度，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。這里所涉及的信息傳輸技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)分析和綜合報(bào)告等專項(xiàng)技術(shù)。同時(shí)，需要對這些信息進(jìn)行集成，使之成為能夠滿足不同專業(yè)，不同領(lǐng)域和不同需求人員的上傳存儲和下載應(yīng)用。

數(shù)字礦山的現(xiàn)實(shí)意義

加拿大國際鎳公司（Inco）從90年代初開始研究遙控采礦技術(shù)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)整個采礦過程的遙控操作。2000年已研制出樣機(jī)系統(tǒng)，并在加拿大安大略省的薩德泊里盆地的幾家地下鎳礦試用，實(shí)現(xiàn)了從地面對地下礦山進(jìn)行控制，甚至可以從400km以外的首都多倫多對地下鎳礦的采、掘、運(yùn)活動進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，這是大型礦山建立數(shù)字礦山的應(yīng)用典范。然而，我們在建設(shè)數(shù)字礦山時(shí)，往往是中小型礦山居多，在這樣的情形下，建立數(shù)字礦山的意義何在？

第一、礦山信息化加快了我國礦業(yè)工業(yè)發(fā)展
礦業(yè)，是保障人類社會文明與進(jìn)步的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，作為國家的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，對于礦產(chǎn)資源的勘查布局、礦產(chǎn)資源的儲量管理、資源的合理開發(fā)與利用、稀缺資源的戰(zhàn)略儲備、礦山安全生產(chǎn)監(jiān)督、礦業(yè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)等本身就是一項(xiàng)龐大的、復(fù)雜的信息系統(tǒng)工程。為此，在國家“始終把礦業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)中優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域”的方針下，礦山企業(yè)作為資源開發(fā)的主體，其信息化是礦業(yè)信息化的重要組成部分之一。礦山信息化即是挖掘先進(jìn)的管理理念，應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)去整合礦山現(xiàn)有的生產(chǎn)、經(jīng)營、設(shè)計(jì)、管理，及時(shí)地為礦業(yè)“三層決策”（戰(zhàn)術(shù)層、戰(zhàn)略層、決策層）系統(tǒng)提供準(zhǔn)確而有效的數(shù)據(jù)信息，以便對市場需求做出迅速反應(yīng)，進(jìn)而提升礦業(yè)經(jīng)濟(jì)核心競爭力的過程。礦山信息化不僅是礦山信息技術(shù)的延伸，更重要的是礦業(yè)管理、組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)流程的變革和延伸。

第二、礦山信息化是礦山企業(yè)發(fā)展的需要
在資源匱乏的當(dāng)今時(shí)代，礦產(chǎn)作為不可再生資源，在現(xiàn)有開采規(guī)模下必須控制資源的無序開發(fā)，盡可能提高有限資源的利用效率，最根本的前提就是在生產(chǎn)管理中對資源的管理和生產(chǎn)過程進(jìn)行信息化管理。
當(dāng)前我國礦業(yè)行業(yè)信息化水平仍然較低，信息技術(shù)應(yīng)用不平衡，由于長期粗放經(jīng)營和國家在礦業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用上投入不足，適用于礦業(yè)的信息技術(shù)、電子信息產(chǎn)品和信息系統(tǒng)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化水平非常落后，這在一定程度上制約著礦業(yè)信息的發(fā)展。從系統(tǒng)集成來看，有關(guān)生產(chǎn)、管理的自動化與信息化水平相對較低；從產(chǎn)業(yè)角度看，目前礦業(yè)行業(yè)生產(chǎn)軟硬件研發(fā)和服務(wù)保障系統(tǒng)相對滯后，研發(fā)力量薄弱，適合礦業(yè)行業(yè)特點(diǎn)和需求的軟硬件與電子專用設(shè)備、儀器目前仍比較缺乏，還難以滿足礦業(yè)生產(chǎn)的需求和技術(shù)升級的需要。

第三、礦山信息化是礦業(yè)科技創(chuàng)新的源泉
經(jīng)濟(jì)全球化不斷深入，信息化不斷普及，全球范圍內(nèi)的信息產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和梯次轉(zhuǎn)移日趨明顯，為我國科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機(jī)遇。“十一五”是實(shí)現(xiàn)我國軟件產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》強(qiáng)調(diào)要“大力發(fā)展集成電路、軟件和新型元器件等核心產(chǎn)業(yè)”，《國家中長期科技規(guī)劃》將突破大型軟件、基礎(chǔ)軟件等作為重要內(nèi)容，《信息產(chǎn)業(yè)“十一五規(guī)劃》也將“壯大軟件產(chǎn)業(yè)”作為發(fā)展核心基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的主要任務(wù)。為了進(jìn)一步落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，引導(dǎo)軟件產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)，信息產(chǎn)業(yè)部在深入調(diào)研、廣泛論證，并開展一系列課題研究的基礎(chǔ)上，編制并頒布了《軟件產(chǎn)業(yè)“十一五”專項(xiàng)規(guī)劃》。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化信息技術(shù)高度發(fā)展的今天，礦業(yè)信息化和其他行業(yè)的現(xiàn)代化信息服務(wù)業(yè)一樣，越來越多地受到重視，必將成為決定國家現(xiàn)代化水平和綜合國力的關(guān)鍵因素之一。

目前，礦山企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)充分意識到信息技術(shù)對企業(yè)技術(shù)水平的強(qiáng)大拉動力和對企業(yè)發(fā)展與競爭的重要性。近幾年來，不少礦山在尋求功能與實(shí)踐統(tǒng)一的專業(yè)軟件平臺，對數(shù)字礦山的需求日見旺盛。“十一五”期間開展數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù)的研究與開發(fā)，通過自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新相結(jié)合，開發(fā)形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)、適應(yīng)我國礦山企業(yè)的商業(yè)化軟件產(chǎn)品，降低對國外的技術(shù)依存度，為礦業(yè)企業(yè)的創(chuàng)新帶來前所未有的良機(jī)。

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