浅谈数字矿山

科技信息　０矿业论坛０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１３年第９期　浅谈数字矿山　李飞　（东华理工大学地球科学学院，江西南昌３３００１３）　【摘要】数字矿山是信息时代多种新技术、学科的产物，极大地影响、改变着矿山的生产和管理方式。本文介绍了数字矿山的意义、概念和　基本特征、基本框架、关键技术等方面的内容。　【关键词】数字矿山；三维空间数据获取；数据仓库；虚拟现实；３Ｓ　数据支持　它是系统的数据源　３．１．２模型层：设计和应用已有各种地质模型、数学模型、评价预测模　型等将数据加工为直观、形象地表述形式　可以针对具体的地质情况　对现有模型进行优化和建模，还可以设计新的模型　３．１．３技术方法层：运用各种高新技术．在模型层的基础上．实现矿山　和矿体的三维显示，对开采作业进行自动调度、远程操控、人工智能，　对矿区环境进行监测和评估　１　数字矿山建设的意义　３．１．４管理与应用层：位于系统最外层。包括管理信息系统（ＭＩＳ）、办　数据远程更新、共享与交换，可以依据各种信息和以上各层　数字矿山是把真实矿山用数字化的形式再现出来．在统一的空间　公自动化、进行相关分析与预测．为决策者提供各个层次　坐标下，用科学合理的方法将各类矿山、地质信息组织起来．将海量异　提供的数据加工成果．　质的矿山信息和资料进行全面、高效、有序的管理和整合。实现矿山生　的决策支持。２数字矿山主要系统　产、安全与经营管理自动化、可视化、数字化，促进矿山持续高效、安全　３．数字矿山是一个庞大而复杂的系统．按数据流和功能流进行划　环保、科学发展　　１．１数字矿山可以运用计算机技术将大量的地质资料进行汇总和统　分，数字矿山包括如下５个系统　：２．１数据采集系统。通过３ｓ、各种常规技术和新技术采集各种形式　管理，保证了数据资料的安全性、完整性和高效．还减少了管理人员　３．的空间和属性数据　并对数据进行处理、更新及必要的预处理。建立数　的工作量．提高了工作效率。　对数据进行存储和管理　软件主要包括若干信息预处理软件包　１．２数字矿山可以综合分析矿山企业多年开采和补充勘探的大量地　据库．质资料．以三维可视化的方式将资料表达．并运用矿床地质信息、矿体　和数据库及其管理软件系统　２．２数据调度系统。对矿山对象建立和维护拓扑关系、空问查询与　分布规律进行进一步的信息提取和分析．对矿床边缘和深部成矿进行　３．矿山自动化制图与输出，并对数据访问控制和调度等。　有效的预测，合理确定矿山的开拓计划、优选采矿方法，提高工程设　分析、３．２．３应用系统。此系统是效率和效益的主要创造者。包括各种专业　计、分析能力。　如矿床地质模型系统、采矿ＣＡＤ系统、优化与　１－３　目前，矿山开采深度增加，开采条件越来越恶劣，采矿的安全环　应用软件系统的集成，矿区地理信息系统、数字监控系统、管理信　境越来越严峻．２００４年以来。重大矿难事故多发。数字矿山可以利用　模拟系统、虚拟矿山系统、决策支持系统等．为矿山业务流程和决策所需的各类工程计　勘测资料和生产过程中的监测数据．对可能出现的地质灾害进行预测　息系统、算与应用分析提供服务　分析．预防和降低灾害发生　３．２＿４过滤系统　负责多源异质数据的集成和质量控制．进行三维空　２数字矿山的概念和基本特征　间建模．并通过数据过滤与重组机制进行数据挖掘和规律发现　２．５核心系统　负责统一管理矿山数据和应用模型．由矿山时空数　“数字矿山”是一个科学、系统的概念．也是一种动态持续的过程。　３．是数字矿山的心脏。　对于其概念可以从两个层面来理解　一方面是将数字矿山中的固有信　据仓库和矿业应用模型库组成，一进入２ｌ世纪．信息技术的发展突飞猛进，越来越深刻地影响着人　类的社会发展。自１９９９年首届“国际数字地球”大会上提出了“数字矿　山”的概念以来．针对“数字矿山”的理论及应用研究越来越广泛和深　入。它是当代计算机技术、信息技术、通信技术、自动控制技术、网络技　术和３Ｓ技术的高度集成产物，也是解决资源、环境、人口可持续发展　的必经之路　息（如地表地形、井下地址构造与矿体、测量控制系统、已完成的井巷　４数字矿山关键技术　工程）数字化，按三维坐标组织起来，全面、详尽地刻画矿山及矿体；另　数字矿山是一项巨大而复杂的系统工程，涉及到３ｓ、信息技术、　方面在此基础上再嵌入所有相关信息（如储量管理、机电管理、人事　虚拟现实、可视化等众多学科和知识。对这些方法和技术体　管理、生产管理、技术管理等），组成一个意义更加广泛的多维的数字　采矿科学、系进行集成．是数字矿山系统实现的关键　ｐ＿ｑ　矿山【”。　１三维空间数据获取　宋振骐院士指出：“数字矿山是用二维或三维数字信息系统级图　４．矿山地上及地下多源、异质的各种三维空间和属性数据的获取．　示化技术来表达所采矿体及其周围事物相对时空位置和关系”∞　数字　　矿山是指在矿山范围内建立一个以三维坐标为主线．将矿山信息构建　是建立矿山系统的最基础的工作。矿山数据主要包括地质勘探数据、采矿工程等方面。针对不同的数据模型和结构，除了常　成一个矿山信息模型．对真实矿山整体及其相关现象进行数字化再　矿山测量数据、还可以采用一下新方法：　现，对矿山所有的数据实现数字化存储、传输、表述和加工，并应用于　规的测量方法外．各个生产环节与管理决策中．以达到生产方案优化、管理高效和决策　４．１．１三维物探技术，通过高分辨率三维地震勘探，获取高分辨率、高　信噪比、高密度的三维数据体。据此判断出小断层、折曲、巷道等，为采　科学化。　　吴立新教授以智能交通体系．形象地描述和概括了数字矿山的六　区精细勘探及其它与工程有关的灾害地质预测提供有力工具。大基本特征　：以高速企业网为“路网”、以组件式矿山软件为“车辆”、　４．１．２三维激光扫描．利用中短距三维激光扫描仪采集巷道或地下物　以矿山数据和模型为“燃料”、以３Ｄ地学模拟和数据挖掘为“过滤”、以　体的点云．建立几何面片模型．配合其他方法获取的纹理数据．实现数　据实景复制。这种方法快速、准确，但数据量较大。　数据采集与更新为“保障”、以矿山ＧＩＳ为“调度”。　４．１＿３　３ｓ及其集成技术．主要指全球定位系统（ＧＰＳ）、遥感（ＲＳ）和地　３数字矿山的基本框架　理信息系统（ＧｔＳ）。ＧＰＳ技术具有全天候、高精度、全球覆盖和自动测　量的特点．可以进行定位于导航，确定目标高程及位置，通过与通信工　３．１数字矿山的主要结构层　具的结合．可将原来静态测量发展到动态测量：Ｒｓ技术可以在短时间　数字矿山系统结构自上而下可以分成４个主层次日：　如土地覆盖、生态变化、坍塌地位置和　３．１．１数据管理层：运用各种技术手段对各种数据进行采集、存储、预　内获取矿区大范围的地物信息（ＧＩＳ技术可以对ＧＰＳ和Ｒｓ采集到的数据进行（下转第４８３页）　处理、查询检索传输及输出，位于整个系统的最底层，为其他各层提供　面积）；一作者简介：李飞（１９８８一），东华理工大学地球科学学院，地图学与地理信息系统专业，在读硕士研究生。　４２７　科技信息　０消防与安全０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１３年第９期　带电设备火灾；如油浸电力变压器、配电室、油开关柜室、发电机　房、锅炉房、计算机房、通讯机房、中央控制室、大型电缆室、电缆隧（廊）　道、变配电室等电气设备火灾危险场所。　其它适于细水雾灭火系统的危险场所火灾。如：地铁站厅、候机　楼、医院候诊室、医院病房、停车场、地下空间等人群密集的公共场所。　５－４和常见灭火系统的比较　性能项　冷却作用　为：局部应用系统、预制系统全淹没系统；根据供水和雾化介质和管道　单双支数分为：单流介质系统和双流介质喷雾系统。下面，主要介绍高　压单相流细水雾灭火系统　５．６系统构成　高压细水雾自动灭火系统包括火灾探测报警系统、水箱或消防水　池、高压消防泵组、稳压系统、消防管网、控制阀组、喷头等．详见图１。　气体　无　高压细水雾　低压细水雾　最强　较强　水喷淋　一般　干粉　一般　６工作原理　细水喷雾灭火系统具有自动启动、手动启动、　和机械应急启动等启动方式　火灾发生初期．火灾报警控制系统的感烟探　窒息作用　对人体影响　对环境污染　预警时间　仅在火源处　安全　无　不需要　有限　安全　灭火时间长　不需要　无　安全　用水量大　不需要　一般　充满整个空间　刺激呼吸道　造成人员窒息　化学污染　需要　造成温室效应　必需　对电器元件的影响　区域隔离要求　二次充装费用　维护费用　小　不需要　不需要　低　大　不需要　不需要　低　大　不需要　不需要　低　大　不需要　高　高　小　必需　高　高　测器首先动作，报警控制器发出预警信号。此时，　消防值班人员可根据火灾发生的实际情况实施人　工干预处理。当人工不能将火灾事故处理时．报警　控制系统的感温探测器动作．火灾被确认．控制系　统向细水雾专用控制器发出灭火系统的启动信　号，同时联动防火门、防火阀、空调及通风等设备。　细水雾专用控制器接到启动信号后．开启选择阀　及声光报警器和喷放指示灯．启动消防水泵．实施　灭火　当控制器接收到区域压力开关的启动反馈　信号后．确认系统已启动．向消防控制中心发送系　爆炸危险性　统启动反馈信号。系统响应时间小于４５Ｓ　当报警　５．５细水雾灭火系统的分类　控制系统被置于手动状态时．人工确认火灾后可直接操作消防值班室　根据压力来区分：低压、中压、高压系统；根据保护对象的不同分　的手动操作盘上的手动灭火按钮来启动灭火系统．也可以通过设在防　护区入口处的现场手动紧急启动按钮来启动系统，实施灭火。　当系统的自动和手动控制功能失效时．值班人员可在现场直接开　启区域选择阀．利用稳压系统的压力．通过区域压力开关反馈信号启　动消防水泵．实施灭火。　７结束语　综上所述、高压细水雾灭火系统不管从工程造价、占地面积、维护　管理、环境影响、灭火效率、保护生命财产方面和其他气体灭火系统相　比，都有不可替代的优势，是档案馆灭火系统的不二选择。ｅ　【参考文献】　［１］张桂萍，等．高压单流体细水雾灭火技术初探【ＪＪ．消防技术与产品信息，２００６，２．　［２］陈仕林．浅谈新型灭火剂及灭火系统发展ｆＯＩ／Ｊ】，ｈｅ３６０慧聪网　［３］ＤＪＧ３２／Ｊ０９—２００５细水雾设计、施工及验收规程江苏省地方标准［ｓ］．　闸阀；８．高压水泵；９．单向阀；ｌＯ．安全泄压阀；１１．压力传感器；ｌ２．稳压罐；１３．过滤　１．供水阀；２．过滤器；３ｌ液位控制器；４．浮球水位控制阀；５．水箱；６．过滤器；７．　器；１４．喷放指示灯；１５．紧急启动按钮；１６．选择阀；１７．压力开关；１８．喷头　图１　高压单相流细水雾灭火系统示意图　［责任编辑：王静］　（上接第４２７页）空间分析处理，对矿区生产与管理的各个流程信息予　以分析处理与应用．为生产过程提供科学指导、决策。３ｓ技术的集成，　可以实现数字矿山从数据采集到数据管理和分析的全过程　４．２数据仓库技术　数据仓库是面向主题的、集成的、稳定的、不同时间和空间的数据　的集合．用来支持经营管理中的决策过程。主要包括矿山数据分类组　织、编码、元数据标准、高效检索、快速更新与分布式管理等。用于矿山　多源、异质数据的集成与共享，以及专题信息的快速提取．发掘隐含规　律和知识。针对矿山信息复杂多样、不确定、海量动态和多精度、多尺　度的特点，必须研究出适合矿山信息存储、管理、分析的数据仓库技术　和高效智能的数据挖掘技术．用于矿山生产和管理的知道和预测　４．３虚拟现实技术　虚拟现实技术是建立在三维空间可视化的基础上．在计算机的虚　拟环境中，以及其逼真的效果来模拟各种矿业生产活动．能够对整个　地质环境及局部地质构造进行多维、多视角、多分辨率显现．对矿山进　行三维景观设计．对矿区生态环境的动态变迁进行实时监测和时空模　拟．对采场压力和岩层移动进行实时监测和仿真．对矿区灾情进行模　拟。　断手段的不足，拓宽故障诊断领域，提高对故障、突发事件的监测、识　别、诊断和预报能力。　５结语　数字矿山是未来矿山发展的方向．也是矿业企业进行技术创新和　可持续发展改造的方向。它涉及到计算机技术、信息技术、自动技术、　网络技术等多学科、多体系．是一个十分复杂和庞大的工程．需要分阶　段、分步骤实施。目前，对于数字矿山的理论和应用研究还有很长的路　要走，还有很多的问题有待进一步研究和探讨。Ｑ　【参考文献】　［１］郑彬彬，张俊文．现代化矿山：数字矿山的概念及其基本结构明．煤炭技术，　２００７，２６（７）．　［２］刘子成．浅析数字矿山的特征及开发ｆＪ】．世界有色金属，２０１２（１）：６１—６３．　［３］左仁广．浅析数字矿山的几个核心技术ｆＪ１．中国矿山工程，２００５，３４（２）：３１—３４．　［４］僧德文，李仲学，张顺堂，马斌，赵怡晴擞字矿山系统框架与关键技术研究【ＪＪ　．金属矿山．２００５（１２）：４７—５０．　［５］刁鑫鹏，贾朋风．“数字矿山”基本框架及其构建技术的研究【Ｊ】＿企业导报，２００９　ｆ４１：１９８—１９９．　４．４多媒体技术　［６］蔺志强，柳思聪．“３ｓ”技术在数字矿山应用中的研究【Ｊ１．测绘与空间地理信息，　多媒体技术可以通过文字、声音、图像及动画来仿真、解释地质体　２０１０，３３（６）：１４６—１５５．　迁移、成矿多样性、矿体剥蚀等人们难以想象的过程。帮助地质工作者　了解研究找矿的成矿理论、勘察理论。解决现有生产过程中检测和诊　［责任编辑：曹明明］