數(shù)字礦山理論技術(shù)及工程

內(nèi)容概要

《數(shù)字礦山理論、技術(shù)及工程》系作者多年從事系統(tǒng)建模、仿真與可視化領(lǐng)域研究及教學(xué)工作成果的總結(jié)。本書的主要內(nèi)容是，以礦業(yè)信息系統(tǒng)的理論方法、技術(shù)手段與工程建設(shè)為框架，從礦業(yè)、信息與系統(tǒng)的關(guān)系出發(fā)，圍繞系統(tǒng)工程方法與信息技術(shù)在礦業(yè)工程及管理中的應(yīng)用，試圖構(gòu)建數(shù)字礦山的內(nèi)涵及知識體系。具體包括：礦業(yè)、信息與系統(tǒng)的關(guān)系，系統(tǒng)工程方法與信息技術(shù)在礦業(yè)工程中的應(yīng)用與發(fā)展歷程，自動采礦技術(shù)進(jìn)展，數(shù)字礦山系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)和決策支持功能特征；地下礦復(fù)合場及其表征理論，礦床模型構(gòu)建方法，地下礦火災(zāi)場、水災(zāi)場表征及仿真方法，井下圍巖力場仿真方法；信息采集處理與遙感技術(shù)，礦山監(jiān)測監(jiān)控及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，礦山調(diào)度及定位技術(shù)；數(shù)字礦山系統(tǒng)的實(shí)施策略及需求分析，數(shù)字礦山系統(tǒng)的設(shè)計、實(shí)現(xiàn)，以及數(shù)字礦山的工程實(shí)踐等。

作者簡介

北京科技大學(xué)教授

書籍目錄

前言
第1章 緒論
1.1 礦業(yè)、系統(tǒng)與信息
1.2 礦業(yè)系統(tǒng)工程
1.3 無人礦山及自動采礦
1.3.1 自動采礦技術(shù)進(jìn)展
1.3.2 自動采礦前沿技術(shù)
1.3.3 自動采礦技術(shù)發(fā)展途徑
1.4 數(shù)字礦山內(nèi)涵
1.4.1 數(shù)字礦山起源
1.4.2 數(shù)字礦山界定
1.4.3 數(shù)字礦山研究內(nèi)容
1.4.4 研究數(shù)字礦山的意義
第2章 地下礦復(fù)合場理論
2.1 地下礦復(fù)合場理論框架
2.1.1 地下礦復(fù)合場界定
2.1.2 地下礦復(fù)合場場量表征
2.2 地下礦復(fù)合場一體化構(gòu)模
2.2.1 場量與體素的統(tǒng)一
2.2.2 一體化模型結(jié)構(gòu)
2.3 地下礦復(fù)合場三維可視化
2.3.1 地表地形可視化
2.3.2 礦床可視化
2.3.3 斷層可視化
2.3.4 井巷工程可視化
第3章 礦床模型構(gòu)建
3.1 礦床模型
3.1.1 數(shù)值模型
3.1.2 幾何模型
3.1.3 體礦化模型
3.2 數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
3.2.1 二維數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
3.2.2 三維數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
3.3 體礦化模型
3.3.1 體視化
3.3.2 體繪制方法
3.3.3 體礦化模型構(gòu)建
第4章 地下礦火災(zāi)及救避災(zāi)仿真
4.1 地下礦火災(zāi)仿真
4.1.1 地下礦火災(zāi)場表征
4.1.2 地下礦火災(zāi)場仿真
4.2 火災(zāi)救避災(zāi)仿真
4.2.1 避災(zāi)與救災(zāi)環(huán)境表征
4.2.2 井下人員災(zāi)變時運(yùn)動分析
4.2.3 最佳救避災(zāi)路徑解算
4.2.4 救避災(zāi)過程仿真
第5章 地下礦水災(zāi)及救避災(zāi)仿真
5.1 地下礦水災(zāi)仿真
5.1.1 地下礦水災(zāi)場表征
5.1.2 地下礦水災(zāi)場仿真
5.2 水災(zāi)救避災(zāi)仿真
5.2.1 避災(zāi)路徑解算
5.2.2 井下封閉空間存活條件分析
5.2.3 救災(zāi)過程仿真
第6章 井下圍巖力場仿真
6.1 圍巖力場及其數(shù)值仿真
6.2 圍巖力場數(shù)值方法
6.2.1 連續(xù)變形數(shù)值方法
6.2.2 非連續(xù)變形數(shù)值方法
6.2.3 數(shù)值流形法
6.3 圍巖力場仿真軟件
6.3.1 ANSYS應(yīng)用
6.3.2 FLAC應(yīng)用
6.3.3 UDEC應(yīng)用
6.3.4 發(fā)展趨勢
第7章 信息采集處理與遙感技術(shù)
7.1 數(shù)據(jù)與信息
7.2 信息采集
7.3 信息處理
7.4 礦山遙感技術(shù)
7.4.1 遙感與遙感系統(tǒng)
7.4.2 遙感數(shù)據(jù)
7.4.3 遙感技術(shù)礦山應(yīng)用
第8章 礦山監(jiān)控及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
8.1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)
8.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
8.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)功能
8.2 礦山監(jiān)控系統(tǒng)
8.2.1 礦山監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
8.2.2 提升機(jī)控制子系統(tǒng)
8.2.3 瓦斯控制子系統(tǒng)
8.2.4 風(fēng)機(jī)監(jiān)測子系統(tǒng)
8.2.5 煤與瓦斯突出預(yù)警系統(tǒng)
8.2.6 井下移動目標(biāo)定位
8.3 礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
8.3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
8.3.2 物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用
8.3.3 物聯(lián)網(wǎng)礦山應(yīng)用展望
第9章 礦山調(diào)度及定位技術(shù)
9.1 礦山調(diào)度技術(shù)發(fā)展
9.1.1 發(fā)展概述
9.1.2 DISPATCH調(diào)度系統(tǒng)
9.2 基于全球定位的礦山調(diào)度
9.2.1 全球定位系統(tǒng)
9.2.2 礦山調(diào)度系統(tǒng)
9.3 地下礦人員跟蹤定位
9.3.1 地下礦人員定位技術(shù)
9.3.2 地下礦人員定位系統(tǒng)
第10章 數(shù)字礦山系統(tǒng)分析
10.1 實(shí)施策略分析
10.1.1 建設(shè)策略分析
10.1.2 實(shí)現(xiàn)措施分析
10.1.3 建設(shè)管理分析
10.1.4 實(shí)施周期分析
10.1.5 工程再造分析
10.2 系統(tǒng)需求分析
10.2.1 礦山／礦業(yè)特征
10.2.2 礦山／礦業(yè)信息需求
10.2.3 系統(tǒng)技術(shù)需求
10.2.4 系統(tǒng)功能需求
第11章 數(shù)字礦山系統(tǒng)設(shè)計
11.1 系統(tǒng)總體設(shè)計
11.1.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計
11.1.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計
11.2 系統(tǒng)功能設(shè)計
11.2.1 統(tǒng)一用戶認(rèn)證平臺設(shè)計
11.2.2 信息門戶平臺設(shè)計
11.2.3 數(shù)據(jù)管理平臺設(shè)計
11.2.4 業(yè)務(wù)構(gòu)造平臺設(shè)計
第12章 數(shù)字礦山系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
12.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)
12.1.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺
12.1.2 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)
12.2 信息編碼實(shí)施
12.2.1 信息編碼原則
12.2.2 信息規(guī)范實(shí)施
12.2.3 代碼編碼實(shí)施
12.3 安全體系實(shí)施
12.3.1 安全結(jié)構(gòu)構(gòu)建
12.3.2 病毒防范實(shí)施
12.3.3 數(shù)據(jù)安全實(shí)施
12.3.4 安全管理實(shí)施
第13章 數(shù)字礦山工程實(shí)踐
13.1 國外數(shù)字礦山系統(tǒng)
13.1.1 SURPAC軟件應(yīng)用
13.1.2 Datamine軟件應(yīng)用
13.2 國內(nèi)數(shù)字礦山系統(tǒng)
13.2.1 Longruan軟件應(yīng)用
13.2.2 CyberMines原型研發(fā)
參考文獻(xiàn)
彩圖

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論　　1.1 礦業(yè)、系統(tǒng)與信息礦業(yè)泛指從地球特別是地殼提取具有經(jīng)濟(jì)價值的礦產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)，它承載著為人類生存與社會發(fā)展提供原材料的重任。從產(chǎn)業(yè)范疇看，礦業(yè)涉及冶金（含黑色、有色冶金及黃金）、煤炭、油氣、核原料、化工、建材等相關(guān)部門；從生產(chǎn)過程看，礦業(yè)包括礦產(chǎn)資源的地質(zhì)勘查、礦廠建設(shè)、礦床開采、礦物加工等工藝環(huán)節(jié)?！　〉V山是指開采礦石或生產(chǎn)礦物原料的場所，通常擁有一定的礦業(yè)權(quán)及開采范圍，生產(chǎn)經(jīng)營相對獨(dú)立，可以是企業(yè)法人，也可以是企業(yè)所屬生產(chǎn)單位/車間。礦山一般包括若干個坑口、礦井、露天采場、選礦廠及其他輔助生產(chǎn)單元。　　無論是礦業(yè)還是礦山，作為客觀世界及經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)不可或缺的重要部分，隨著經(jīng)濟(jì)全球化和信息網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，越來越需要從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，用系統(tǒng)的方法去研究。按照系統(tǒng)的觀點(diǎn)，客觀世界的基礎(chǔ)是物質(zhì)、能量和信息。物質(zhì)構(gòu)成客觀世界，能量是物質(zhì)的屬性、運(yùn)動的動力，而信息則是客觀事物和主觀認(rèn)識相結(jié)合的產(chǎn)物，人們通過信息認(rèn)識物質(zhì)和能量的運(yùn)動規(guī)律，通過信息認(rèn)識客觀世界?？陀^世界中任何一個系統(tǒng)在其內(nèi)部各個子系統(tǒng)及要素之間，以及與外部環(huán)境之間，都在不斷地進(jìn)行著物質(zhì)、能量和信息的轉(zhuǎn)換或交換，在時間和空間上形成物質(zhì)流、能量流和信息流，可以統(tǒng)稱為關(guān)系。通過“流”或者關(guān)系來連接要素，構(gòu)成具有一定結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)一定功能、達(dá)成一定目標(biāo)的系統(tǒng)。　　而系統(tǒng)方法的特點(diǎn)則在于其能夠考察系統(tǒng)因其要素及與環(huán)境間的相互作用而產(chǎn)生的整體性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能對環(huán)境變化的自適應(yīng)性及自組織性、系統(tǒng)行為的不確知性（包括隨機(jī)性與模糊性）、系統(tǒng)狀態(tài)隨時間的變動性（即動態(tài)性）、系統(tǒng)目標(biāo)的多重性以及系統(tǒng)方法的定性定量綜合性和結(jié)構(gòu)功能綜合性。系統(tǒng)的理論及方法包括系統(tǒng)論、信息論、控制論、運(yùn)籌學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)等。　　從系統(tǒng)和信息的角度出發(fā)，可以將礦業(yè)及礦山看作由與礦產(chǎn)資源開發(fā)利用有關(guān)的物質(zhì)（主要是礦巖）、能量和信息等方面的要素及其間的邏輯關(guān)系構(gòu)成的系統(tǒng)，統(tǒng)稱為礦業(yè)系統(tǒng)；運(yùn)用系統(tǒng)思想、理論、方法及技術(shù)來分析、設(shè)計和控制礦業(yè)系統(tǒng)即可稱為礦業(yè)系統(tǒng)工程?！　?shù)字礦山（digital mine）作為礦業(yè)系統(tǒng)的一部分，是一種發(fā)展中的概念，旨在突出礦山乃至礦業(yè)的信息和系統(tǒng)屬性，對其具體內(nèi)涵的界定尚無廣泛共識，仍缺少穩(wěn)定性和精確性?！　】梢哉J(rèn)為，數(shù)字礦山作為一種面向礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的信息系統(tǒng)，既是礦業(yè)系統(tǒng)的一個目標(biāo)、內(nèi)容及形式，也是礦業(yè)系統(tǒng)工程的一種過程、途徑及手段。數(shù)字礦山作為一個學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，與其他相關(guān)領(lǐng)域一樣，正在經(jīng)歷著一個伴隨系統(tǒng)工程和信息技術(shù)的發(fā)展而演化的過程?！　?.2礦業(yè)系統(tǒng)工程　　根據(jù)不同的研究目的，可以將礦業(yè)系統(tǒng)區(qū)分為采礦工程系統(tǒng)、礦山管理系統(tǒng)和礦業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等（李仲學(xué)、熊國華，1995）。相應(yīng)地，可以將從系統(tǒng)的角度去獲取和運(yùn)用有關(guān)采礦工程、礦山管理和礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的數(shù)學(xué)、科學(xué)、社會和實(shí)踐等知識的領(lǐng)域分別稱為采礦系統(tǒng)工程、礦山系統(tǒng)工程和礦業(yè)系統(tǒng)工程。由此可見，礦業(yè)系統(tǒng)工程較采礦系統(tǒng)工程或者礦山系統(tǒng)工程，更具有概括性和一般性，不僅具有工程技術(shù)及管理意義，而且具有經(jīng)濟(jì)內(nèi)涵。　　礦業(yè)系統(tǒng)工程研究源于計算機(jī)與運(yùn)籌學(xué)在礦業(yè)中的應(yīng)用，可以追溯到20世紀(jì)50年代初運(yùn)籌學(xué)應(yīng)用研究的迅猛發(fā)展時期。1951年，D. Hicks發(fā)表了題為《煤炭工業(yè)中的運(yùn)籌學(xué)》的論文，探討了運(yùn)籌學(xué)方法在英國煤炭工業(yè)中，特別是在巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用。1955年，J. W. Dunlap和H. H. Jacobs提出了一個磷鹽巖礦索斗鏟作業(yè)的模擬模型，該模型是計算機(jī)模擬在礦業(yè)中應(yīng)用研究的經(jīng)典之作。同年，T. M. Ware在巴黎召開的一次國際采礦會議上，作了題為《運(yùn)籌學(xué)與未來礦山》的報告，論述了運(yùn)籌學(xué)在礦產(chǎn)勘查、儲量評估、生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)作業(yè)等方面應(yīng)用的可能性，并于翌年發(fā)表了題為《采礦工業(yè)中的運(yùn)籌學(xué)》的論文，指出應(yīng)將運(yùn)籌學(xué)方法應(yīng)用于礦山設(shè)計及規(guī)劃之中。1957年，P. P. Hypher在英國劍橋召開的第一屆國際運(yùn)籌學(xué)會議上，發(fā)表了題為《采礦中的運(yùn)籌學(xué)》的論文，指出了運(yùn)籌學(xué)在規(guī)劃與作業(yè)中的各種可能應(yīng)用，并具體討論了排隊(duì)論與模擬方法在分析礦山生產(chǎn)系統(tǒng)以提高生產(chǎn)能力過程中的應(yīng)用。同年，M. Allais應(yīng)用概率理論，對在撒哈拉沙漠實(shí)施大規(guī)模地質(zhì)勘查的效果進(jìn)行了評估，是應(yīng)用隨機(jī)理論研究找礦方面的經(jīng)典研究工作。　　此后，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種運(yùn)籌學(xué)方法在礦業(yè)中的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。1961年，美國亞利桑那大學(xué)主持召開了一次計算機(jī)在礦業(yè)中的應(yīng)用的學(xué)術(shù)討論會，取得很大成功，并由此發(fā)展為“國際計算機(jī)與運(yùn)籌學(xué)在礦業(yè)中的應(yīng)用學(xué)術(shù)會議”（APCOM）。截至2011年9月，該系列會議已經(jīng)在全球6大洲舉行過35次，是礦業(yè)系統(tǒng)工程研究領(lǐng)域的最重要學(xué)術(shù)論壇，會議論文代表著該領(lǐng)域前沿的學(xué)術(shù)水平，體現(xiàn)著該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢?！　∑駷橹?，礦業(yè)系統(tǒng)工程領(lǐng)域所研究的主要內(nèi)容及采用的主要方法可以概括為：　?。?）礦床地質(zhì)勘查鉆井布局優(yōu)化的隨機(jī)模擬模型。　?。?）礦床產(chǎn)狀、品位分布和儲量評估的計算機(jī)圖形學(xué)、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（artificial neural network， ANN）、支持向量機(jī)（support vector machine， SVM）、粗糙集（rough set）和常規(guī)數(shù)學(xué)及幾何模型。　?。?）礦山開采計劃、配礦和露天礦境界圈定的優(yōu)化模型（如圖論、動態(tài)規(guī)劃、線性規(guī)劃、控制論）和啟發(fā)式模型（如浮動錐、參數(shù)化、模擬）?！　。?）礦山開拓運(yùn)輸方式、采礦方法和爆破參數(shù)選擇的專家系統(tǒng)（expert system， ES）和模式識別（pattern recognition）模型?！　　?/pre>




編輯推薦
李翠平、李仲學(xué)、趙怡晴所著的《數(shù)字礦山理論技術(shù)及工程》的主要內(nèi)容是，以礦業(yè)信息系統(tǒng)的理論方法、技術(shù)手段與工程建設(shè)為框架，從礦業(yè)、信息與系統(tǒng)的關(guān)系出發(fā)，圍繞系統(tǒng)工程方法與信息技術(shù)在礦業(yè)工程及管理中的應(yīng)用，試圖構(gòu)建數(shù)字礦山的內(nèi)涵及知識體系。





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