VR虚拟现实、三维GIS、物联网助力建设智慧矿山

由于地质采矿条件复杂、生产体系庞大、采掘环境多变等特点，矿山开采面临巨大挑战，而随着智慧化成为继工业化、电气化、信息化之后世界科技革命又一次新的突破，建设绿色、智能和可持续发展的智慧矿山成为矿业发展新趋势。一部手机、一副VR眼睛遍能操控整座矿山的运营不再是梦想。

一、智慧矿山

截止到目前，矿山生产模式大致经历了以下四个阶段：

一是原始阶段，即主要通过手工和简单挖掘工具进行矿产采掘活动，无规划、低效率、资源浪费极大。

二是机械化阶段，即大量采用机械设备进行矿产生产活动，机械化程度较高，但仍无规划、生产较粗放、资源浪费比较严重。

三是数字化矿山阶段，采用自动化生产设备进行作业生产，采用信息化系统作为经营管理工具，实现数字化整合、数据共享，但仍面临系统集成、信息融合等诸多问题，而且核心仍围绕扩大开采量，对绿色开采、人文关怀、可持续发展等方面仍不够重视。

四是智慧矿山阶段，通过智能信息技术的应用，使矿山具有人类般的思考、反应和行动能力，实现物物、物人、人人的全面信息集成和响应能力，主动感知、分析、并快速做出正确处理的矿山系统。

智慧矿山是以互联网和物联网为主要载体的现代矿山建设的总称，依托VR虚拟现实、实时矿山测量、GPS实时导航和遥控、GIS管理与辅助决策和3DGM的应用，是对矿山当前问题的一种积极的解决方案。智慧化是矿山技术发展的最高形式，只有实现了智慧化、才能极大的提高生产效率和安全水平，并从根本上实现安全矿山、和谐矿山。

二、国内外智慧矿山的建设和探索

智慧矿山建设涉及现代信息、自动控制、可视化和虚拟现实技术，以及采矿、地质、测绘、系统工程等多学科，是一项复杂的系统工程。在相关技术方面，近年来各国有了长足的进步，智慧矿山也成为矿业发展新趋势。

1、国外智慧矿山的建设和探索

21世纪各种现代化技术飞速发展，矿山数字化、智能化已成为现代矿山建设的重要标志。遥控采矿、无人工作面甚至无人矿井等已在加拿大、瑞典、美国、澳大利亚等国成为现实。

20世纪90年代初，加拿大开始研究遥控采矿技术，目标是实现整个采矿过程的遥控操作，且已在INCO公司的几个地下镍矿试用，实现了对地下开采装备乃至整个矿山开采系统的遥控操作。

加拿大国际镍公司在斯托比矿建成了一种基于有线电视和无线电发射技术相结合的地下通讯系统，并在中央控制室安装了数据库系统、模拟系统和规划设计软件等智能控制系统。智能控制系统将接收的信息经过分析处理，直接向采矿设备发送工作指令，操作每台设备，该矿除了固定设备实现自动化外，铲运车、凿岩台车、井下汽车均已实现了无人驾驶、工人只需在地面上遥控这些设备，整个井下工作面基本不需要工作人员。

加拿大公司研制了多种自动遥感设备，包括卡车与铲车机光学导航系统和LHD遥控系统。1994年，澳大利亚研制了露天矿索斗铲巡航系统与精确卸载模型，并开始了地下金属矿LHD自动控制系统；1996年，挪威DYNO、加拿大INCO和芬兰TAM-ROCK公司合作投资了一个采矿自动化技术，旨在有效开采深部和复杂难采矿体、减少交接班及进出矿井等无效工时、提高劳动生产率、降低作业成本。

2、国内智慧矿山的建设和探索

在国家层面，国家历来重视矿山信息化的整体建设，希望引入新的创新技术和科技手段来提升矿业技术设备水平、管理水平和开采过程的综合质量，并提出和推进了“两化融合”政策的实施。

山西潞安矿业(集团)有限责任公司自主研发的“基于3G无线技术的智能化矿山综合应用平台”，利用目前先进的3G无线通讯技术，以手机为载体，实现了随时接收安全监控系统、人员定位系统、综合自动化系统和煤矿办公管理系统等方面的数据，实现了对煤矿井下的环境及设备信息的实时监控，极大地提升了矿井的安全管理水平，降低了生产成本。

目前，多家矿山企业实现了通过无线感应器，实时监测井下瓦斯、风速、温度、负压、一氧化碳等环境参数和各种设备开停、断电状态等设备运行参数，基本实现机械化、自动化，但自动化程度相对较低，智慧化才刚刚起步。国内矿山企业应抓住新一代信息技术带来的发展机遇，加强智慧矿山建设与整个企业的技术创新，改造传统采矿业，不断开创安全、绿色、高效的矿山建设新模式。

整体来说，中国矿山智慧化起步较晚，技术相对落后，但智慧矿山在全球还处于起步阶段，中国应该把握住机遇，迎头赶上。

三、智慧矿山部分系统介绍

1、矿山三维地理信息系统

矿山三维地理信息系统（矿山三维GIS）是用于描述矿山地质信息、井下环境和设备的应用软件。矿山三维地理信息系统能够有效地建立矿山空间数据库,实现矿山的全景显示、动态显示,真实、直观、准确、清晰地表现地层、断裂、矿体及围岩形态,表达钻孔、矿井（竖井、斜井）、巷道、探槽、采空区、采矿区、采矿工作面形态,表达各种机械设备的配备与运转状况,表达矿井风流状况、瓦斯浓度、地应力场等三维现象。矿山三维地理信息系统可以有效地利用现有资料对未采区和采掘工作面前方、深部及外围的地质构造、矿体变化、矿床分带及其它开采条件进行预报预测。

矿山三维GIS系统的主要功能有：矿山三维数据的整合处理、矿山三维建模与可视化、矿山数据的三维空间分析、矿山的规划评估及安全监控。

矿山三维GIS实景图

2、感知矿山物联网应用系统

作为物联网应用的一个重要领域，“感知矿山”是通过各种感知、信息传输与处理技术中国矿山物联网，实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智慧化。

其总体目标是：将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息全面数字化，将感知技术、传输技术、信息处理、智能计算、现代控制技术、现代信息管理等与现代采矿及矿物加工技术紧密相结合，构成矿山中人与人、人与物、物与物相联的网络，动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营的全过程。以高效、安全、绿色开采为目标，保证矿山经济的可持续增长，保证矿山自然环境的生态稳定。

感知矿山产物联网应用系统包括：“安全生产监测监控”、“工业自动化系统”、“灾害预警和安全管理”等。

感知矿山物联网应用模型

3、矿山资源优化（ERP）系统

矿山资源优化（ERP）系统结合了先进管理思想与尖端信息技术，采用B/S模式与C/S模式结合的方式，其功能主要包括“人力资源管理”、“设备管理”、“物资管理”、“运销管理”、“财务管理”、“成本管理”和“办公自动化”等

4、矿山综合管理调度系统

矿山综合管理系统通过各类通用的数据接口，使矿山各领导可方便地将各类生产、安全系统的重要数据进行提取处理，实现无缝整合，充分利用中国移动网络覆盖面广的特点中国矿山物联网，通过移动数字网络将信息实时推送给手机终端，将矿山生产、安全运行、人员定位等系统都延伸到手机终端上。矿山生产综合调度管理系统主要包括以下内容：生产调度监控系统、安全监测与预警系统、设备与人员定位系统、基础数据采集系统。

5、VR虚拟现实技术

不管是矿山三维地理信息系统还是感知矿山物联网应用系统，均要求实现其可视化。目前，智慧矿山三维GIS综合信息管理系统、智慧矿山综合监控管理系统、矿山安全掌上管控系统、数字矿山生产管理系统等领域已经有所成果，但是，整体而言，VR虚拟现实技术在智慧矿山领域的应用尚处于起步阶段。

VR虚拟现实不仅仅是为了娱乐、影视应用，也不仅仅只是看到虚拟的数字矿山。在智慧矿山中，VR虚拟现实技术应用的核心问题是大幅提升生产力，创造潜在的经济价值巨大，还可以通过在虚拟环境中的模拟实训，大幅降低在真实环境中操作的错误，从而提高安全水平以及应对安全事故的应急处置能力。把握VR虚拟现实技术带来的新机会，拥抱VR应用的大潮！让VR技术走进矿业行业，让矿山更智慧、让矿山更安全。