數(shù)字礦山的建設(shè)論文
論文導(dǎo)讀：數(shù)字礦山實(shí)際就是以礦山系統(tǒng)為原型，以礦山科學(xué)、信息科學(xué)、人工智能為理論基礎(chǔ)，通過(guò)采用現(xiàn)代信息、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)支撐、傳感器和過(guò)程智能控制技術(shù)，在礦山企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的三維尺度范圍內(nèi)，對(duì)礦山生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)與管理的各個(gè)環(huán)節(jié)及生產(chǎn)要素實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)生產(chǎn)的安全、高效和低耗，達(dá)到礦山資源管理和生產(chǎn)的最優(yōu)化。（1）各行業(yè)競(jìng)相建設(shè)：煤炭、冶金、有色、黃金、非金屬等礦山競(jìng)相開(kāi)展了多種數(shù)字礦山技術(shù)開(kāi)發(fā)與示范工程建設(shè)，并在技術(shù)先進(jìn)性、建設(shè)效果等方面相互超越。（1）目前，通過(guò)研究GPS的WGS-84坐標(biāo)系與我國(guó)國(guó)家大地坐標(biāo)系以及礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系之間相互轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，提出基于Delaunay三角網(wǎng)的游動(dòng)9參數(shù)等一系列坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，以滿足礦區(qū)控制網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的實(shí)際需要。
關(guān)鍵詞：礦山，建設(shè)，方法
1.引言
21世紀(jì)是各種技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化已成為知識(shí)經(jīng)濟(jì)的重要標(biāo)志，通訊、信息和自動(dòng)化生產(chǎn)及檢測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)深刻地影響和改變著傳統(tǒng)的礦業(yè)生產(chǎn)。數(shù)字礦山實(shí)際就是以礦山系統(tǒng)為原型，以礦山科學(xué)、信息科學(xué)、人工智能為理論基礎(chǔ)，通過(guò)采用現(xiàn)代信息、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)支撐、傳感器和過(guò)程智能控制技術(shù)，在礦山企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的三維尺度范圍內(nèi)，對(duì)礦山生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)與管理的各個(gè)環(huán)節(jié)及生產(chǎn)要素實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)生產(chǎn)的安全、高效和低耗，達(dá)到礦山資源管理和生產(chǎn)的最優(yōu)化。
2.數(shù)字礦山概述
2.1數(shù)字礦山概念
數(shù)字礦山就是指在礦山范圍內(nèi)建立一個(gè)以三維坐標(biāo)為主線,將礦山信息構(gòu)建成一個(gè)礦山信息模型,描述礦山中每一點(diǎn)的全部信息。按三維坐標(biāo)組織、存儲(chǔ)起來(lái),并提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段,使有關(guān)人員都可以快速準(zhǔn)確、充分和完整地了解及利用礦山各方面的信息�？萍颊撐摹�
2.2數(shù)字礦山意義
數(shù)字礦山可將企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)管理業(yè)務(wù)流程數(shù)字化并加工成新的信息資源,迅速準(zhǔn)確地提供給各層次的管理者及時(shí)掌握動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)中的一切信息,以做出有利于生產(chǎn)要素組合優(yōu)化的決策,使企業(yè)資源合理配置,從而使企業(yè)能夠適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境,求得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
2.3數(shù)字礦山的特征
2.3.1實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字礦山技術(shù)環(huán)境下，理論上講礦山數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)更新，井下工程數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，井下瓦斯傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各處瓦斯含量，并實(shí)時(shí)反映到監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)上，井下現(xiàn)實(shí)狀態(tài)真實(shí)地、實(shí)時(shí)地反映出來(lái)，克服了傳統(tǒng)滯后性，提高了礦山工程的科學(xué)性。
2.3.2礦業(yè)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)化。數(shù)字礦山的核心就是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)�？萍颊撐摹Ｕ麄�(gè)礦山的問(wèn)題都與礦業(yè)地理信息有關(guān)，所以事件必須與準(zhǔn)確的地理信息數(shù)據(jù)緊密聯(lián)系。真正做到從數(shù)據(jù)收集、處理、融合、設(shè)備跟蹤、動(dòng)態(tài)定位、調(diào)度指揮的全過(guò)程系統(tǒng)化。
2.3.3三維模擬系統(tǒng)。建立起虛擬礦山，進(jìn)行礦山的模擬運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)輸系統(tǒng)模擬運(yùn)轉(zhuǎn)、通風(fēng)系統(tǒng)的模擬運(yùn)轉(zhuǎn)、電路電機(jī)系統(tǒng)的模擬運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行礦井開(kāi)拓設(shè)計(jì)對(duì)比，突發(fā)事故搶險(xiǎn)演習(xí)等等，還可以對(duì)礦工進(jìn)行虛擬的井下條件培訓(xùn)，提高他們的安全意識(shí)和工作效率。
3.數(shù)字礦山建設(shè)
3.1數(shù)字礦山建設(shè)現(xiàn)狀
目前，我國(guó)數(shù)字礦山建設(shè)現(xiàn)狀成果喜人，一批產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的數(shù)字礦山建設(shè)優(yōu)秀項(xiàng)目與成果脫穎而出。其特點(diǎn)可概括為：
（1）各行業(yè)競(jìng)相建設(shè)：煤炭、冶金、有色、黃金、非金屬等礦山競(jìng)相開(kāi)展了多種數(shù)字礦山技術(shù)開(kāi)發(fā)與示范工程建設(shè)，并在技術(shù)先進(jìn)性、建設(shè)效果等方面相互超越。
�。�2）建設(shè)重點(diǎn)各不相同：目前的數(shù)字礦山工程建設(shè)形式多樣，有的以O(shè)A&ERP為主，有的以面向地質(zhì)測(cè)量、一通三防、采掘設(shè)計(jì)為主，有的以人員定位、光纖環(huán)網(wǎng)、井下通訊系統(tǒng)為主，也有的以卡車(chē)調(diào)度、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、安全檢查系統(tǒng)為主。
�。�3）建設(shè)起點(diǎn)差別較大：由于各礦山行業(yè)、各生產(chǎn)礦井的信息化水平不同，基礎(chǔ)條件和技術(shù)力量差異較大，因此具體實(shí)施數(shù)字礦山工程建設(shè)，存在改造提升、技術(shù)跨越和技術(shù)研發(fā)3種基本形態(tài)。
3.2 數(shù)字礦山建設(shè)
本文主要論述基于3S技術(shù)的數(shù)字礦山建設(shè)。3S技術(shù)在礦山建設(shè)中廣泛應(yīng)用。GPS除廣泛應(yīng)用于礦區(qū)控制及地面測(cè)量外，在變形監(jiān)測(cè)、卡車(chē)調(diào)度等方面也得到了應(yīng)用；RS近年已發(fā)展成為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境受采礦影響的監(jiān)測(cè)、調(diào)查與分析的重要手段；GIS在礦業(yè)界出現(xiàn)了應(yīng)用推廣與理論研究并重的局面。
3.2.1 GPS在數(shù)字礦山建設(shè)中的應(yīng)用
�。�1）目前，通過(guò)研究GPS的WGS-84坐標(biāo)系與我國(guó)國(guó)家大地坐標(biāo)系以及礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系之間相互轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，提出基于Delaunay三角網(wǎng)的游動(dòng)9參數(shù)等一系列坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，以滿足礦區(qū)控制網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的.實(shí)際需要。
�。�2）我國(guó)一些露天煤礦成功應(yīng)用了卡車(chē)計(jì)算機(jī)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行礦山生產(chǎn)的指揮調(diào)度。借助無(wú)線通信和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng),將收集到的各種數(shù)據(jù)和邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送到中央計(jì)算機(jī),由中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和調(diào)度,最終建立起一條數(shù)字化生產(chǎn)指揮控制鏈,提高了設(shè)備的臺(tái)時(shí)效率,實(shí)現(xiàn)了采礦作業(yè)的最優(yōu)化,鉆機(jī)管理部分利用高精度GPS定位系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了爆破孔的自動(dòng)定位。
3.2.2 RS技術(shù)在數(shù)字礦山建設(shè)中的應(yīng)用
（1）礦產(chǎn)資源開(kāi)采狀況遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。所謂礦產(chǎn)資源開(kāi)采狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，是將不同時(shí)相的礦區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從空間和數(shù)量上分析其動(dòng)態(tài)變化特征及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。目前礦山遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提取信息的方法主要有人機(jī)交互式方法和計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取方法。人機(jī)交互式提取，最主要的是在遙感圖像上劃出各地物界線，得到遙感分類(lèi)圖，再比較各時(shí)相的遙感分類(lèi)圖，這樣可以很好地提取礦山各種地物的變化信息。
（2）礦山地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)。地質(zhì)災(zāi)害是礦山生產(chǎn)與礦區(qū)發(fā)展的重要影響因素。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生是一個(gè)時(shí)空動(dòng)態(tài)過(guò)程，遙感應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)主要包括三個(gè)階段：災(zāi)害發(fā)生前對(duì)孕災(zāi)因子、背景信息的獲取、管理與預(yù)處理，并進(jìn)行災(zāi)害預(yù)報(bào)；災(zāi)害發(fā)生過(guò)程中對(duì)災(zāi)情的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提供救災(zāi)減災(zāi)需要的空間和專(zhuān)題信息，并進(jìn)行信息分析、優(yōu)化決策等；災(zāi)害發(fā)生后對(duì)災(zāi)情進(jìn)行綜合分析和災(zāi)害損失評(píng)估，為災(zāi)后重建提供信息基礎(chǔ)和分析。
3.2.3 GIS技術(shù)在數(shù)字礦山建設(shè)中的應(yīng)用基于GIS技術(shù)的礦業(yè)地理信息系統(tǒng)(MGIS)，是實(shí)現(xiàn)礦山信息化的最重要的工具之一。MGIS以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上建立一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的分布式系統(tǒng)為目的，從而實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)中各種信息資源的共享，為“數(shù)字礦山”的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
MGIS的功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
�。�1）礦山信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理。針對(duì)礦山數(shù)據(jù)信息的復(fù)雜性、海量性、不確定性和動(dòng)態(tài)多源、多精度、多時(shí)相和多尺度性的特點(diǎn)，為統(tǒng)一管理和共享數(shù)據(jù)，必須研究一種新型的空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)，其中包括礦山數(shù)據(jù)的分類(lèi)組織、分類(lèi)編碼、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、高效檢索、快速更新與分布式管理。而從海量的礦山數(shù)據(jù)中提取專(zhuān)題信息、發(fā)掘隱含規(guī)律也是空間數(shù)據(jù)管理的一方面。
�。�2）空間查詢(xún)、空間分析�？臻g查詢(xún)與空間分析是GIS的基本功能，在礦區(qū)中，“圖查屬性”、“屬性查圖”、空間緩沖區(qū)分析、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析等功能，可以用于采礦過(guò)程中保安煤粒的設(shè)計(jì)、各水平煤層共同要素的提取、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)施等�？萍颊撐�。
�。�3）礦區(qū)制圖功能。MGIS系統(tǒng)能夠提供各種機(jī)制的高品質(zhì)的數(shù)字礦圖，如礦井開(kāi)拓圖、礦區(qū)地形圖、礦區(qū)土地利用圖、礦床產(chǎn)狀圖、采掘工程圖、井上下對(duì)照?qǐng)D等。
4.結(jié)束語(yǔ)
數(shù)字礦山是礦業(yè)科技創(chuàng)新的核心方向，是礦山可持續(xù)發(fā)展的保障。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字礦山將會(huì)很快在礦山生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，數(shù)字礦山的強(qiáng)大功能及在礦山生產(chǎn)中的重要性將會(huì)在日后的應(yīng)用中逐步體現(xiàn)出來(lái)。
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