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1、矿山/矿业的特征及信息需求 数字矿山系统结构 数字矿山决策支持功能 数字矿山关键技术方法,第二讲 数字矿山体系结构,矿山数据（ data ）的数字化（ digitization ）、集成化（ integration）表征，包括技术与方 数据有各种类型和形式：空间（spatial）、属性（attribute）；定量（quantitative）、定性（qualitative）； 数值（numerical）、文字（alphabetic）、图片；向量（vector）、栅格（raster）；其他,数字矿山回顾,数字化是把矿山表征进行计算机化的过程 将表征数据转换为计算机能够识别、存储、传输和加工处理的格
2、式 然后，以计算机技术及系统为手段，把矿山进行各种方式的再表述，如平面图、剖面图、地质地形图、矿岩体三维仿真图等,数字矿山回顾,数字矿山作为一个信息系统，具有依赖于矿山特征的系统逻辑结构和服务于矿山目标的决策支持功能,数字矿山回顾,矿产资源分布的地域不均匀性 60%石油在中东 64%煤炭在中国、美国和前苏联 70%铁矿在前苏联、巴、加、澳和印度 影响国际矿产市场、国际政治及经济关系、国家生产力布局和资源供给安全（MIS/DSS）,矿山/矿业的特征及信息需求,矿产资源自身的不可再生性 形成和富集漫长，相对人类历史不可再生 特定矿山的资源或储量也是有限的 不可再生性或有限性决定稀缺性 合理地开发、
3、利用和保护矿产资源，力求资源可持续利用和社会经济可持续发展,矿山/矿业的特征及信息需求,矿业开发的场地依赖性 矿业生产须在资源天然赋存地进行，基础设施、气候条件、经济环境等可选择性差 生产工艺技术取决于矿产资源的赋存条件，经济效益受制于矿产丰度、产状、水文地质、构造、瓦斯、围岩等因素（simulation；SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition ）,矿山/矿业的特征及信息需求,矿业开发的环境扰动性 矿业生产是分离有用矿物与废弃物的过程 采掘工程和废石、尾矿的堆积，造成地表和地下水系的扰动、有毒物质的排泄、植被及生物多样性损害、 地形地貌
4、、自然景观的破坏等，对较大范围的地理区域产生负面环境效应（GIS Geographical Info System）,矿山/矿业的特征及信息需求,矿业生产对象的信息不确定性 矿业生产对象属性复杂、多变 赋存于地下，生产开始前获得的有关信息不完备，诸如对矿产丰度、产状、水文地质、构造、瓦斯等认识程度与实际情况经常存在较大差异；技术风险大 改善手段、提供认知能力（3D visualization）,矿山/矿业的特征及信息需求,矿产市场的波动性 矿山建设工程浩大，投资时滞长，经济效果受价格变动和通货膨胀水平影响大 矿产价格波动大，矿产需求多为中间需求，受经济活动水平影响，经济繁荣时需求大、价格高，反
5、之需求小、价格低 矿业投资的市场风险大（JIT/FMS）,矿山/矿业的特征及信息需求,矿产资源可用程度（availability）的动态性 资源数与质依赖于地质、技术和经济条件 当前资源存量或矿产储量反映人类认识的局部，随着地质工作的深入和科学技术的进步，开发利用的广度和深度在发展，过去被视为不能利用的环境因素，会变为有价值的资源（SD System Dynamics）,矿山/矿业的特征及信息需求,20世纪40年代以前，铀和稀土等作为废石，但第二次世界大战以后，变成了重要矿产 海底资源（nodules；natural gas/ clathrate / methane hydrates） 利用也
6、提到了日程 从某一发展阶段、某一技术水平看，资源是有限的，而长远地看，人对自然的认识和技术替代是没有止境的,矿山/矿业的特征及信息需求,矿床地质及信息需求 地质勘探数据 生产勘探数据 分析矿岩属性及其空间分布（品位、选冶特征、力学性质、水文、地质构造） 需要分析方法及表征方法（deposit modeling and visualization）,矿山/矿业的特征及信息需求,规划设计及信息需求 技术经济评价及决策 开拓方案与采矿方法选择及设计 采矿计划及优化 开采工艺分析、设备选型及匹配 需要CAD、工程图件及决策支持模型,矿山/矿业的特征及信息需求,地表环境及信息需求 地表地形 工业广场布置
7、（plant layout） 固体废弃物排放 采前环境分析及采后环境重建 需要地理信息系统（GIS Geographical Info System）,矿山/矿业的特征及信息需求,井下环境及信息需求 地压及岩爆监测 矿井通风系统状态及参数 井下有害气体、水及火灾监测 移动目标监测 需要监控系统（plant layout）,矿山/矿业的特征及信息需求,工艺过程及信息需求 穿孔：钻机位置、状态、孔位、岩性、水 爆破：优化设计及烟尘监测 装载：电铲/铲运机运行参数及控制 运输：卡车运行参数、调度、控制及匹配 选矿：过程控制、产品混配（blending） 需要仿真、GPS监控、调度（dispatchi
8、ng）,矿山/矿业的特征及信息需求,支撑系统及信息需求 维护：设备预测性、预防性维修维护管理 物资：采购与存储管理 销售：订单、发货与凭证管理 人力资源：招聘、培训、劳资、安全 需要各种统计分析方法及决策支持模型,矿山/矿业的特征及信息需求,服务层次及信息需求 作业：状态、传感与自控信息SCADA 车间（生产控制层）：MES - SCADA与ERP的桥梁，生产过程、工艺参数、产品规格、质量检测信息 企业（计划管理层）：ERP资源整合、计划编制信息 集团（战略决策层） ：市场、投资DSS,矿山/矿业的特征及信息需求,软件硬件结构 硬件：计算机网络系统和弱电基础设施 软件：应用系统平台和业务系统,
9、数字矿山系统结构,计算机网络系统,数字矿山系统结构,主干网络逻辑结构 核心层：数据库服务器、应用服务器、网络服务器、大型交换机等，通过光纤、宽带等方式与汇聚节点相连接 汇聚层：设置汇聚节点，通过千/万兆带宽连接到相应的汇聚中心设备 接入层：设置配线间，信息点集中汇聚到配线间，采用百/千兆带宽接入交换机,数字矿山系统结构,地面无线网络 目前无线网络设备支持的协议802.11b和802.11a，带宽分别为11M和54M 作为地面有线网络的补充，满足矿山地面随时、随地接入的需要，克服布线系统距离限制而扩展网络的使用范围,数字矿山系统结构,井下通信系统 通信主干系统和移动目标位置监测系统等 泄漏通信系
10、统：双向语音通信，工作人员位置跟踪，紧急信号发送，图像监控，交通控制及车辆调度，排水、通风系统监控等 光缆,数字矿山系统结构,Internet接入 接入网络：当前IPV4网络通信协议；未来IPV6网络通信协议 技术要求：先进性、高性能、高可靠性、可扩展性、安全性、多业务支持（支持多媒体应用，包括视频点播、视频会议等,数字矿山系统结构,弱电基础设施 地面综合布线系统 有线和无线生产调度系统 模拟和数字电话通讯系统 网络和数据中心机房工程,数字矿山系统结构,应用系统平台 统一用户认证平台 数据管理平台 业务构造平台 综合信息门户平台,数字矿山系统结构,统一用户认证平台 提供统一的用户权限管理、身份
11、认证、安全保障服务 改变传统分散的用户管理模式、规范用户操作行为、提高工作效率、降低操作成本，并有助于推进矿山企业流程再造,数字矿山系统结构,数据管理平台 数字矿山信息服务核心 数据集中存储、集中管理 实现全矿范围内的各种应用系统的数据与信息共享 权威性、避免冗余,数字矿山系统结构,业务构造平台 数字矿山的各个应用子系统提供快速的开发环境和集成统一的运行支撑环境 提升业务系统的开发、发布和维护效率，实现开发过程中的用户参与、快速开发、快速应用和灵活调整,数字矿山系统结构,综合信息门户平台 作为信息服务的窗口，为矿山企业用户提供信息查询、汇总、分类、搜索、发布等方面的及时、有效的个性化服务,数字
12、矿山系统结构,业务系统 建立在应用系统平台基础上 办公自动化 人力资源、财务、物资、设备 、 安全生产监测预警和井下人员位置 工程设计与生产计划,数字矿山系统结构,数字矿山逻辑层次结构,数字矿山系统结构,数字矿山功能层次结构,数字矿山决策支持功能,数据库及其管理 数据获取与存储 数据获取：包括利用各种技术手段获取各种形式的数据及其预处理 数据存储：包括各类数据库、数据文件、图形文件库等,数字矿山决策支持功能,工程决策支持模型与方法 表征模型：矿岩空间和属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实动化模型等 作用：将数据加工为直观、形象的表述形式, 为优化、模拟与
13、设计提供输入,数字矿山决策支持功能,决策模型：工艺流程模拟、参数优化、设计与计划方案优化 规划设计：计算机辅助设计，为把优化解转化为可执行方案或直接进行方案设计提供手段,数字矿山决策支持功能,管理决策支持模型与方法 执行与控制：MES自动调度、流程参数自动监测与控制、远程操作 经营管理：MIS 与办公自动化 决策支持：DSS依据各种信息和数据加工成果，进行相关分析与预测，为决策者提供各种决策支持手段,数字矿山决策支持功能,先进传感及检测监控技术 井下环境要素诸如温度、湿度、空气组分、采场地压、巷道围岩变形等变量的检测监控技术及仪器 矿岩爆堆的块度及其分布、有用矿物品位及其分布等参数的即时分析技
14、术及方法,数字矿山关键技术方法,基于井下环境的空间距离识别、定位及导航技术，诸如埋线导航（buried wire）、无源光导（reflective tape或painted strip）、有源光导（light rope）、墙壁跟踪（wall following）、惯性导航（inertial navigation）技术及装备，是智能采矿设备运行及工艺过程控制的前提,数字矿山关键技术方法,采矿设备遥控及智能化技术 井下主体设备的置位监测、定位和在穿孔、爆破、铲装、运输、卸载等生产工艺环节中的作业遥控与智能控制技术 井下主体设备工况的智能监测技术、故障预防技术、失效安全技术 减少人员、消除无效工时、
15、避免职业危害,数字矿山关键技术方法,高速数字通信网络技术 井下通信条件与地面通信条件差异很大，主要问题有：井下物理环境恶劣，黑暗、潮湿、腐蚀性强，自然破坏因素多、概率大；井下通信设施布设空间有限；普遍存在无线通信屏障,数字矿山关键技术方法,要能够同时满足井下与地面通信的需要和井下采区之间通信的需求，要考虑带宽的自动调节以适应井下采区、采场或作业场所数量经常增减对带宽再分配的需求、要在考虑井下应用环境的同时采纳工业标准或地面标准以降低井下通信设施成本,数字矿山关键技术方法,要能够实现PLC间的通信、PLC与自动设备间的通信、视频图像的通信、局域网通信、有线电话通信、以及无线语音、视频及自动设备控制信号通信,数字矿山关键技术方法,要便于井下通信网络随着开采进行而物理延伸的需要，考虑即插即用 井下通信技术规范化及标准化，利于推广应用 通信物理设施及通信效果对井下环境的敏感度低,数字矿山关键技术方法,矿床开采规划设计技术 矿床建模及可视化技术 规划和设计CAD 矿岩场数值分析及可视化技术,数字矿山关键技术方法,决策支持与管理技术 传统运筹学方法 安全培训的虚拟现实技术 水、火等灾害的仿真技术 应急救援的GIS技术,数字矿山关键技术方法,
