刁鑫鵬　賈朋風(fēng)

【摘要】 回顧了數(shù)字礦山產(chǎn)生的背景，介紹了目前國(guó)內(nèi)的幾種數(shù)字礦山架構(gòu)，并評(píng)價(jià)了他們的特點(diǎn)及存在的問題，還重點(diǎn)闡述了在構(gòu)建DM過程中所運(yùn)用的主要技術(shù)、存在的瓶頸。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)字礦山；背景；架構(gòu)；3S技術(shù)；瓶頸

一、數(shù)字礦山的概念及產(chǎn)生背景

1．?dāng)?shù)字礦山（DigitalMine,DM）的概念

所謂數(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，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?？梢哉f，數(shù)字礦山就是一個(gè)礦山范圍內(nèi)的以三維坐標(biāo)信息及其相互關(guān)系為基礎(chǔ)而組成的信息框架，并在該框架內(nèi)嵌入所獲信息的總稱。

2．?dāng)?shù)字礦山產(chǎn)生的背景

21世紀(jì)，是信息時(shí)代和數(shù)字時(shí)代，特別在以計(jì)算機(jī)為核心的信息技術(shù)早在全世界掀起了一場(chǎng)技術(shù)革命的風(fēng)暴，信息化已成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，給各行各業(yè)的發(fā)展帶來了全新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。自1998年，美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐谧鲞^題為《數(shù)字地球——對(duì)21世紀(jì)人類星球的認(rèn)識(shí)》的演講中提出“數(shù)字地球”的概念以來。世界各國(guó)相繼提出了本國(guó)數(shù)字化的各種設(shè)想。我國(guó)也提出了建設(shè)數(shù)字中國(guó)的構(gòu)想、緊接著諸如數(shù)字中國(guó)、數(shù)字城市和數(shù)字礦山等的數(shù)字工程也先后被提出了。其中數(shù)字礦山(DigitalMine，DM)概念的提出源于1999年首屆“國(guó)際數(shù)字地球”大會(huì)。

二、數(shù)字礦山的幾種基本框架

1．框架1

中國(guó)礦大的吳立新教授的觀點(diǎn)：他認(rèn)為DM作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，具有同心圓型的層次結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。按數(shù)據(jù)流和功能流進(jìn)行剖分，DM結(jié)構(gòu)由外向里依次為采集系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、核心系統(tǒng)共5部分。

2．框架2

中科院畢思文老師從基礎(chǔ)理論和模型、技術(shù)支撐、系統(tǒng)工程和建設(shè)有中國(guó)特色的“數(shù)字礦山”部分思路的角度出發(fā)進(jìn)行數(shù)字礦山架構(gòu)的研究。其核心和目的是匯集并處理巨量的礦山信息，進(jìn)而對(duì)礦山系統(tǒng)高分辨率、四維的描述。它由呈現(xiàn)某種可瀏覽的、適合于各種分辨率的多維礦山圖像界面的用戶界面和一種快速增長(zhǎng)、連網(wǎng)的礦山信息系統(tǒng)，與整合和顯示來自不同渠道的信息機(jī)制這兩部分組成。

3．框架3

露天礦作為礦業(yè)組成的一部分也提出了自己的總體架構(gòu)，即由核心系統(tǒng)、生產(chǎn)決策系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)4個(gè)部分組成。其中后3部分與露天礦的決策、生產(chǎn)、管理3大業(yè)務(wù)相對(duì)應(yīng)。核心系統(tǒng)將這3部分中分散的業(yè)務(wù)系統(tǒng)分層次有機(jī)合理地聯(lián)系起來。形成統(tǒng)一完整的露天框信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)這3部分的信息集成與綜合管理，并預(yù)留與數(shù)字礦區(qū)、數(shù)字行業(yè)的接口。

三、數(shù)字礦山的關(guān)鍵技術(shù)

1．3S及其集成技術(shù)

3S技術(shù)即指全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)。作為數(shù)字地球的基礎(chǔ)核心技術(shù)，3S及其集成技術(shù)在我國(guó)的快速發(fā)展，使得數(shù)字礦山這一設(shè)想成為可能。我們使用GPS進(jìn)行定位與導(dǎo)航，確定目標(biāo)地物的位置及高程；運(yùn)用RS技術(shù)拍攝高分辨率、多時(shí)相的衛(wèi)星遙感影像，獲取地物信息；最后利用GIS中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析處理，為方案的實(shí)施提供依據(jù)。然而，當(dāng)前3S及其集成技術(shù)在礦山的應(yīng)用研究中還有很多問題急需解決，這也為我國(guó)的礦業(yè)提供了難得的發(fā)展機(jī)遇。

2．?dāng)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù) (DataWarehouse，DW)概念的創(chuàng)始人W.H.Inmon給數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)下的定義是：“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)就是面向主題的、集成的、穩(wěn)定的、不同時(shí)間和空間的數(shù)據(jù)的集合，用來支持經(jīng)營(yíng)管理中的決策過程”。而從數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中提取出有用的信息、知識(shí)或規(guī)律稱為數(shù)據(jù)挖掘(DataMining)或知識(shí)發(fā)現(xiàn)。針對(duì)礦山信息復(fù)雜多樣、不確定、海量動(dòng)態(tài)和多精度、多尺度的特點(diǎn)，必須要研究出適合于礦山信息存儲(chǔ)、管理、分析的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和高效智能的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，用于指導(dǎo)和預(yù)測(cè)礦山的生產(chǎn)、管理等活動(dòng)。

3．三維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在DM的建設(shè)中，我們需要通過以地質(zhì)層面、地質(zhì)體三維可視化為主要研究?jī)?nèi)容的三維地學(xué)建模(3DGeologyModeling，3DGM)對(duì)不同來源和性質(zhì)的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，生成三維模型，進(jìn)行可視化的表達(dá)、模擬和分析。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)的虛擬環(huán)境中，以極其逼真的效果來模擬各種礦業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，像虛擬開采、虛擬爆破等，為生產(chǎn)活動(dòng)的可行性、安全性提供判斷依據(jù)，減少生產(chǎn)活動(dòng)中的不必要的風(fēng)險(xiǎn)和損失。

4．人工智能技術(shù)

人工智能（ArtificialIntelligence,AI)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)研究并模擬人類的智能行為的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一個(gè)重要分支，它在礦業(yè)工程中也得到了廣泛的應(yīng)用，先后經(jīng)歷了專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)階段，開發(fā)出了像采礦方法選擇系統(tǒng)、礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、瓦斯危害預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)等專家系統(tǒng)和測(cè)井資料巖性自動(dòng)識(shí)別、爆破參數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)、礦產(chǎn)品成本預(yù)測(cè)系統(tǒng)等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這些高水平智能系統(tǒng)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了礦業(yè)技術(shù)向更高水平的發(fā)展。

四、存在的“瓶頸”

1．礦內(nèi)原有的管理系統(tǒng)不適用

數(shù)字礦山相對(duì)與原有經(jīng)典管理模式下的礦山而言是一個(gè)新生事物，因此原有的管理系統(tǒng)、習(xí)慣的管理思維、管理方式與數(shù)字礦山存在不相匹配問題，使構(gòu)建數(shù)字礦山的難度加大，引起礦山領(lǐng)導(dǎo)產(chǎn)生畏難情緒。甚至有的礦山害怕構(gòu)建過程中引起管理混亂，出現(xiàn)安全事故或造成經(jīng)濟(jì)效益滑坡而敬而遠(yuǎn)之。

2．歷史原因各礦信息基礎(chǔ)太差

我國(guó)很多企業(yè)一方面由于多種原因?qū)A(chǔ)數(shù)據(jù)、信息不夠重視，有的不全、有的遺失、有的混亂。另一方面對(duì)有的數(shù)據(jù)、信息企業(yè)本來就不知道采集。在殘缺不全的信息基礎(chǔ)上是不可能構(gòu)建有效的數(shù)字礦山，勉強(qiáng)構(gòu)建起來也只能是形象工程，沒有實(shí)際意義。

3．各礦經(jīng)濟(jì)狀態(tài)不同

由于歷史原因很多礦的經(jīng)濟(jì)狀況不是太好，有的剛剛才從過去的虧損轉(zhuǎn)為盈利，根本無余力進(jìn)行數(shù)字礦山的建設(shè)。有的雖有盈利但懼怕投資過大、周期過長(zhǎng)。達(dá)數(shù)十年的周期，數(shù)千萬的投入，開灤煤礦的數(shù)字化建設(shè)已使許多礦山產(chǎn)生了懼怕心理。

五、結(jié)束語

DM是未來礦山發(fā)展的必然方向，也是礦山工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。黨在2007年的十七大報(bào)告再次強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)能源資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，并指出，必須把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)放在工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的突出位置，這也是對(duì)我國(guó)礦山工業(yè)的一個(gè)要求?？傊?，DM對(duì)我國(guó)的礦山工業(yè)來說，是一種機(jī)遇，更是一種挑戰(zhàn)。