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智慧矿山关键技术

发布日期:2019-03-22   来源:矿道网   投稿者:王莉   浏览次数:4826

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   1、智慧矿山的7种关键技术

      目前, 智慧矿山大多还只是停留在概念和功能的描述上, 对其关键技术缺乏全面规范的研究, 而这些技术正是智慧矿山功能实现的关键。智慧矿山的关键技术要准确无误地给出还有困难, 笔者尝试从空间信息技术角度给出智慧矿山的关键技术。其构成如图1所示, 具体包括以下几个关键技术。

(1) 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、__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__信息网格集成, 从而实现实时化、自动化、智能化和__化的矿山信息采集、处理和服务机制。

(2) 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、__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。

(3) 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[28]。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。

(4) 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。

(5) 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。

(6) 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[37]。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。

(7) 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[38]

2、智慧矿山的研究意义

智慧矿山是继数字矿山之后又一个新兴的学术方向, 是空间信息技术、采矿工程、物联网等领域知识的交叉, 具有很强的理论性、技术性和实践性。通过对智慧矿山系统的研究、建设与应用, 能够提高中国矿产资源开发利用水平及社会经济效益。智慧矿山的研究意义表现为以下几个方面[39]

(1) 研究智慧矿山能够促进矿产资源开发利用, 提高矿山企业市场竞争力。研究并建设智慧矿山能够推进传感器、空间信息技术、监测监控系统、智能采矿设备、高速通信网络、计算科学及虚拟现实、海量存储及信息处理技术在矿产资源开发利用领域的集成应用, 并能提高企业市场竞争力。

(2) 研究智慧矿山有助于提高矿产资源开发潜力, 降低矿山开采风险。智慧矿山能够系统地将矿山生产过程中的勘察、开采、矿物加工等环节以及矿井、采场、巷道状态实时展现在工作人员面前, 使之有效应对矿产资源开发利用中的问题, 提升开发潜力;实时监测矿山生产环境并进行安全评价, 有助于降低和避免矿山灾害风险, 保障矿山高产、高效和安全生产。

(3) 研究智慧矿山便于改善矿产资源管理模式, 提高企业生产效率。研究和建设智慧矿山可以为全面、动态、实时、准确地掌握矿产资源的储量和变化, 合理科学地开发利用和保护矿产资源, 保障矿产资源可持续发展提供技术手段, 有助于实现矿山企业管理信息化, 提高煤炭企业科研创新能力, 提高企业生产效率。

(4) 研究智慧矿山可以为建设智慧城市、智慧中国添砖加瓦。智慧矿山作为矿山行业的智慧系统, 是构成高层智慧系统如智慧矿区、智慧城市、智慧中国、智慧地球等系统的基本单元。研究和建设智慧矿山可以促进和支撑高层智慧系统的发展和应用, 为高层智慧系统提供数据及信息。

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