智慧矿山是什么？建设智慧矿山需掌握哪些核心关键技术

　　国外多国很早就布局智能无人采矿相关技术研发，多种人工智能、卫星导航、遥感等技术已落地大型露天矿远程管控，国内从数字矿山概念起步逐步推进感知矿山研究，在此基础上延伸发展出智慧矿山，它依托物联网、云计算融合空间信息技术，完成矿山数据采集、传输、智能分析与综合服务，相较数字矿山更侧重智能化运营决策，具备完整传感、网络、数据库、三维仿真等配套体系，其建设依托空间信息、云网融合、统一标准、数据挖掘、三维虚拟仿真、智能采矿、安全保障七大核心技术，全面实现矿山开采、灾害预警、人员设备管理全流程智能化，提升生产管理效率并保障矿山安全与可持续发展。

　　加拿大国际镍公司从20世纪90年代初开始研究自动采矿技术，拟于2050年在某矿山实现无人采矿，通过卫星操纵矿山的所有设备，实现机械自动采矿。

　　芬兰于1992年开始了智能矿山技术计划，开展自动采矿技术研究，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、高速通信网络、新机械应用和自动采矿与设备遥控等28个专题。

　　1999年美国对地下煤矿的自动定位与导航技术进行研究，获得了商业化的研究成果。

　　随着专家系统、神经网络、模式识别、遗传算法等人工智能技术，全球卫星导航技术，并行计算技术，射频识别技术，遥感技术等在矿山设计、矿山开采、矿山生产、矿山灾害预警等领域的应用，国际上一些大型露天矿山已实现在办公室生成矿床模型，制定矿山开采计划，并与矿山开采设备相连，形成矿山动态管理与遥控指挥系统。

　　国内研究现状

　　1998年出现“数字地球”概念之后，2002年，吴立新、朱旺喜等围绕数字矿山的概念、理论、目标、框架、特征、技术与应用问题展开了热烈的讨论，达成了许多共识，并递交了《关于发展数字矿山，促进矿山资源高效与绿色开采的建议》。

　　2004年中国召开了数字矿山学术会议，矿山信息化相关的科研论文、成果纷纷呈现。中国矿业大学在矿山机器人、矿山地理信息系统等多方面进行了研究，于2010年成立了中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心。感知矿山建设的核心内容包括：感知矿山灾害风险，实现灾害预报预警;感知矿山设备工作状况，实现预知维修;感知矿业人员周围环境，实现主动的安全保障。

　　从空间信息技术的角度来看，智慧矿山就是矿山数据的实时获取、普适的数据通信和集成、智能化数据处理及面向需求的智能化服务。具体是指采用遥感技术和全球定位系统对矿山进行测量和监测，获得实时数据，通过物联网进行数据通信，在虚拟的数据中心进行数据处理和集成，并采用专业模型进行数据分析、挖掘和预测，最终实现面向行业应用的智能化服务。智慧矿山的核心是数据处理，载体是物联网，关键是智能化，目标是服务，即实现以最便捷的方式给最需要的人提供最需要的服务。

　　从矿山角度来看，“智慧”是指智能的信息获取、智能的生产运营、智能的决策管理3个方面，而“智慧”的体现是这些方面以协同的方式相互连接、相互促进、相互保障，从而有效地提高矿山企业生产经营效率及生产管理水平。

　　从概念内涵上看，数字矿山的核心是对真实矿山及其相关现象的统一认识和模拟再现，而智慧矿山更强调在数字矿山基础上的智能化服务。从技术角度看，数字矿山所涉及的技术多是空间信息技术，如测绘、遥感、全球定位系统、地理信息系统等。而智慧矿山是网络技术和空间信息技术的融合。

　　智慧矿山以物联网、云计算、3G 等信息技术为基础，通过各种传感器实现对真实矿山数字化、网络化、模型化、可视化和智能化管理，即将矿山工程地质、矿山开采、矿山安全预警、产品运输与销售、矿山生态等综合信息全面实现智能化管理，将现代智能采矿技术与传感器网络技术、空间信息技术、现代控制技术等紧密结合，构成人与人、人与矿山、矿山与矿山相联的矿山网络，管理者能实时动态地控制矿山安全生产与运营的全过程，保证矿山的生态稳定和经济可持续增长。

　　智慧矿山应该具有以下特点：具有功能齐全的各类传感器;具有高速的网络系统;具有功能齐全的数据库系统;具有工程三维模拟仿真、计算机分析、制图平台;具有多功能数据挖掘工具;具有功能齐全的数据采集、数据转换系统;具有完整的数据标准与规范;具有矿山安全指挥调度和用户管理系统;具有全面的采矿设计与计划编制系统等。

　　智慧矿山关键技术

　　空间信息技术

　　随着信息技术、通信技术、网络技术的发展，以测绘、遥感、全球定位导航技术、地理信息系统为基础的空间信息技术将形成空天地一体化的传感网，并与全球信息网格集成，从而实现实时化、自动化、智能化和全球化的矿山信息采集、处理和服务机制。

　　云网融合技术

　　云网融合是将物联网和云计算相融合的全新理念。物联网是将射频识别、红外感应器、全球定位系统、三维激光扫描仪等信息传感设备，按约定的协议与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。所以物联网既包括传统的网络基础设施、无线传感器网络，也包括各种传感器技术等。云计算借助互联网整合、管理、调配分布在网络各处的计算资源，以统一界面同时向大量的用户提供服务，是分布式计算和网格计算的进一步延伸和发展。2012年，云计算经过几年的飞速发展，已经进入“低谷期”，即成为产品的阶段。云网融合旨在将云计算与物联网紧密相连，实现最好的融合，以便迎接未来互联网技术变革带来的各种挑战。只有物联网与云计算实现了真正的融合，才能为各类矿山带来更高的价值和更广泛的应用。云网融合技术必将成为实现智慧矿山信息资源整合和数据分析处理的关键技术。

　　矿山技术规范和标准

　　要建立一个真正的智慧矿山必须有一套完整、综合、全面的技术规范标准体系，并逐步形成地方、行业甚至国家标准，使其对智慧矿山有一个统一的度量。在物联网环境下，目前的矿山面临空间基准不一致、空间数据时态不一致、数据存储格式不一致、通信接口技术不统一、安全监测技术规范不统一、语义描述不一致、数据分类编码不一致、元数据标准不一致、生产管理技术规范不统一、矿山信息集成方式不统一等问题。矿山技术规范和标准是智慧矿山建设和数据处理转换的基础。因此，建立统一的矿山技术规范是实现物联网环境下智慧矿山的重要工作。需研究与智慧矿山数据采集、转换、存储与处理相关的标准，矿山空间信息分类编码标准，矿山空间信息元数据标准等，以实现矿山空间数据智能化处理和智能服务。

　　数据挖掘技术

　　随着智慧矿山各种类型海量数据的获取和集成，从矿山数据库中挖掘知识成为智能服务的一个瓶颈问题。采用图像处理、模式识别、关联规则、分类与预测、时空序列分析等方式进行数据挖掘和知识发现，从海量数据中提取有用的知识，基于此建立决策支持和智能服务的专家系统，是实现智慧矿山的关键技术。

　　三维模拟和虚拟现实

　　借助虚拟现实、三维模拟和人工智能技术建立起来的矿床模型、采矿模拟、地下矿井仿真、井下围岩力场仿真等，能够实现矿井上下三维实体及景观的计算机动态显示，帮助矿山企业了解矿体形态、构造，模拟地下矿井火灾场、井下围岩力场和地下矿井水灾场，实时跟踪监控矿井人员，为矿山决策和工程计算提供功能服务。

　　智能采矿和服务技术

　　智慧矿山需要智能采矿技术理论的支持，包括无人采矿技术、井下勘探与物探技术、井下快速定位与自动导航技术、地下矿井人员定位技术、自动化指挥调度系统等。智慧矿山需要实现从提供矿山数据到提供智能服务的转变，智能服务模式主要包括智能空间信息服务的语义模型、空间服务网络模型等的设计和实现。

　　安全保障体系

　　矿山生产(特别是地下开采)有许多难以探测和预计的危险，如瓦斯爆炸、塌方、突水透水和淹井、火灾以及机电运输等事故隐患，严重威胁人身安全。智慧矿山以严格规范的管理、完善实用的方法、先进科学的技术真正实现无人员失误、无机器故障、无系统缺陷、无管理漏洞(“四无”)的人、机、矿山和管理高度融合的矿山安全目标。其具体内容包括安全检查评价、事故仿真研究、灾害预警、事故预测预报等。