摘要：数字矿山是矿山企业与地理信息系统相结合的产物。数字矿山建设是矿山企业信息化的必然趋势。摘要：以山西省煤矿为例，总结分析了大中型煤矿数字矿山建设的现状，指出了存在的问题和不足，提出了数字矿山建设的发展方向和技术难点。
关键词：数字矿山；三维显示；矿山信息化；矿山一体化
引言
90年代，数字地球被定义，即建立了一个具有多分辨率和三维动态表示的虚拟地球。这一概念的定义极大地改变了地球科学数据的获取、存储、处理和显示。数据矿山技术经过多年的发展，已经在数字地球中占有一席之地。我国矿山在勘探、规划以及设计和管理等方面正处于起步和发展的阶段，各种矿山信息系统的研究水平距先进国家仍有一定的差距。发展数字矿山技术就是对矿山信息的不断探索和对数字地球技术的不断完善，无论是从理论上还是实际应用上都有着较大的作用。
1建设背景
信息技术越来越深刻地影响着人类社会的发展，以信息化带动工业化，用信息技术改造传统产业，实现社会经济的跨越式发展是我国经济结构调整和转变经济增长方式的必由之路。我国矿业行业目前仍然处于机械化的初级阶段，与国外矿业相比无论在技术、装备、管理模式还是思想观念等方面均具有非常大的差距。作为国民经济的基础产业，国内矿业在经济全球化的现实条件下，为在全球竞争环境中立于不败之地，利用信息技术改造传统矿业，引进和应用先进的网络技术、通讯技术、计算机软硬件技术、自动控制技术及装备等建立起一个数字化的矿山东省系统，显得更为必要和紧迫。
2矿山现状
矿山企业以资源开发为目标，山西矿山企业主要以煤炭资源开发为重点。目前，各矿山企业已经形成了自己成熟的资源开发体系，在信息化建设中取得了巨大成就。矿山监控设备和管理呈现多元化趋势。矿产资源开发是一个长期形成的复杂系统，在硬件系统上，已经形成了复杂的巷道系统、工作面管理系统、监测监控系统等。在软件系统上，大部分大中型矿山企业已经建立了企业内部网和企业网站。但是，目前各系统尚比较独立，未形成综合统一的平台。随着矿产资源需求的急剧增长和矿产资源储量的减少，加之矿产资源开采条件越来越恶劣，煤矿事故频频发生，对采矿安全环境的要求也越来越严格，人员的安全问题显得尤为重要。矿山管理综合平台建设在防透水、瓦斯事故的发生方面具有良好的效果。综上所述，矿山系统缺乏合适矿山特点的应用软件平台，矿山企业由于所处的行业，历史背景与一般的制造企业不同，矿产资源开发是一个复杂的巨系统，数字矿山管理信息系统的开发需要“量身定制”，以工具化、构件式设计出来实现矿山的不同需求，同时考虑信息系统的集成性和开放性。这就需要熟悉矿山业务又精通信息系统开发的复合型人才，建立实用的“数字矿山”系统，使矿山信息化得到发展
3数字矿山建设
3.1从单项应用到系统集成
（1）矿山企业已初步计算机信息化管理，但这些管理信息化整体水平不高，信息化进展相对迟缓，未形成统一的管理平台。例如电子政务、网络信息发布、地质地形资料管理、档案管理以及财务劳资等管理环节已初步实现计算机信息化管理，但各部门各系统之间依旧很独立，缺乏交流机制，数据重复输入，造成冗余，产生所谓的“信息孤岛”。这些孤立的数据共享差，信息反馈难，严重影响企业的生产效率。（2）各矿山企业内部信息化不全面。企业内部设计部门，财务部门等初步实现了计算机管理，但企业领导决策层对各部门各系统的数据信息掌控甚少，各部门各系统的数据未形成系统管理，数据不直观，缺乏统一的平台界面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（3）多年的生产任务已形成大量纸质及电子资料，这些资料数据量大、存储零散，不利于管理与存储，尤其是随着航空航天测量近几年来的高度发展，各矿山企业已积累了大量航片、卫星影像、数字高程模型以及各种矢量地理数据，这些数据可称为海量数据，急需应用地理信息系统专业软件对其进行存储与管理。（4）大部分矿山企业已建立网络系统，但这些网络系统仅仅局限在信息发布与数据传输上。应在地理信息系统技术的支持下，利用外网建立B/S架构，利用内网建立C/S架构，一方面将普通数据转化为地理信息系统技术规范数据，另一方面对数据进行综合管理，既有利于对数据的查询与分析，也实现了企业内部和社会对数据分级分层共享。
3.2应用综合机械自动化
以信息流为特征的煤矿机电一体化产品已广泛应用于煤炭生产作业中。矿山压力观测仪器、地面分离仪器、电牵引采煤机、全数字直流提升机等。以计算机为核心，也在各煤矿得到了广泛的应用。这些仪器的使用使煤矿顶底板管理，采煤一体化得到了很大改善，具有重要作用。综合机械自动化，就是将各仪器监控融入到综合管理平台中来，利用数据仓库中的数据分析结果适时操纵仪器。
3.3数字矿山建设任务
实现井上下三维显示。随着航空遥感测量的普及，各生产单位在生产过程中积累了大量数字正射影像。应用地理信息系统技术，可将这些已形成的数字正射影像与数字高程模型结合可生成三维地表模型、工程地质三维模型等，从而虚拟井上井下真实场景，将井上井下三维场景融为一体，作为数字矿山管理系统的底图，通过场景漫游实现井上下场景切换。其中井上三维模型主要包括地表形态及井上建筑，井下三维模型主要包括地质三维体、井下建筑、设施、预警系统等。井上井下三维显示能够使矿山地上地下的显示更为直观。在数字矿山建立的过程中，需要对数字正射影像生成的三维地表模型进一步细化。由于数字高程模型是连续变化的高程数据，无法对井上井下建筑、设备等这些与地面高程变化不连续的三维实体单独建模，如井上的房屋、传送带，井下巷道、管道、设施及预警系统等不能立体突出显示在三维地表上。井上下的建筑关系到数字矿山建设的精细化程度，在三维场景建设过程中，要做到井上下建筑与地表地质三维模型完美结合的同时，也要真实精确的表现建筑物的外观，如屋顶、凹凸的阳台、一楼突出门厅等几何结构用几何实体来表现，外观显示真实的材质，最终为创建一个现实影像的、带地理参考的、精确的三维数据场景。总之，实现井上下三维显示及三维地质信息动态分析，可以更直观、直接地实现矿山信息动态监测，行政管理人员对矿山管理系统一目了然，有利于决策。为建立的井上、井下三维模型建立索引，可实现井上下动态实时调取、实时监测的功能，能够实现管理直观化，简便化及管理流程一体化。
3.4系统推广
①采用成熟的计算机系统，实现从矿山资源，开采方案优化，设计、生产计划与开采环境的数字化、模型化与可视化；②建立以光纤、线路电缆或无线通讯为主休的多媒体通讯网络，形成语音、视频与数据同网传达室输的网络体系，实现矿山数据的分布式共享；③采用先进传感器网络技术、实现矿山生产过程、设备、安全与开采环境监控等数据的自动采集、智能分析与可视化处理；④采用工业以太网、PLC智能控制及视频监视系统，实现对矿井提升、运输、通风、排水等系统及设备的智能化集中监控。
结语
数字矿山是一个集成性的矿山企业信息系统软件，可集成各种类型各种格式的数据，实现生产过程管理和控制一体化，在地质及矿床三维模型的基础上，运用数据挖掘与知识发现、专家系统等人工智能技术实现生产调度指挥、资源预测、安全警示、突发事件处理等决策支持功能，实现无人采矿和遥控采矿，实现矿山的信息化、智能化。既能满足人类对矿产资源的需求，也能适应生态、环境的承载力，达到科学可持续发展的目标。
参考文献：
[1]吴立新.数字地球、数字中国与娄字矿区[J].矿山测量，2013（1）：6-9.
[2]郝长胜，徐明亮.矿山三维虚拟现实系统可视化研究[J].西部探矿工程，2014（10）：152-154.
论文作者:刘建勋,王栋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/18
标签：矿山论文; 数字论文; 数据论文; 井上论文; 井下论文; 模型论文; 系统论文; 《基层建设》2018年第24期论文;