數(shù)字礦山技術

前言

空間信息技術與數(shù)字化、自動化、智能化浪潮給當代社會帶來了巨大變革，許多行業(yè)的組織管理、生產(chǎn)作業(yè)與決策指揮的方式方法與技術模式均呈現(xiàn)了嶄新面貌。采礦行業(yè)在這一浪潮中面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。數(shù)字礦山作為一種理念，其思想的實現(xiàn)和技術的突破體現(xiàn)在礦山數(shù)字化、信息化和智能化的漸進發(fā)展過程中。數(shù)字礦山技術對于提高采礦業(yè)的勞動效率、改變安全生產(chǎn)狀況、促進綠色協(xié)調(diào)開采具有重要意義。本教材主要面向我國有關高等院校的采礦工程、安全工程和測繪工程專業(yè)的本科教育，同時面向這些高校的地質(zhì)工程、自動化工程、通訊工程、計算機工程、管理工程等專業(yè)的本科教育，也可作為相關專業(yè)研究生、大專生的教學參考書。本教材旨在傳授新思想、新方法、新技術，使得我們的下一代采礦工程師和礦業(yè)科技工作者不僅掌握扎實的數(shù)字礦山相關理論與關鍵技術，而且具有更高的視點、更寬的眼界和更遠的目光。本教材按總論、信息獲取與建模、關鍵技術與應用、典型系統(tǒng)與示范的邏輯順序，由10章組成，依次為“第1章  數(shù)字礦山的基本知識”、“第2章  礦區(qū)資源環(huán)境信息獲取、處理與估算”、“第3章  礦山空間信息獲取、處理與制圖”、“第4章  礦山生產(chǎn)與安全信息收集及分析”、“第5章  礦山信息集成管理與共享利用”、“第6章  礦山信息集成建模與可視化”、“第7章  采礦數(shù)字化設計與決策優(yōu)化”、“第8章  礦山數(shù)字化通信與自動化”、“第9章  礦山模擬、仿真與虛擬現(xiàn)實”、“第10章  數(shù)字礦山典型系統(tǒng)與建設范例”。

內(nèi)容概要

　　《數(shù)字礦山技術》是教育部高等學校地礦學科教學指導委員會規(guī)劃教材。共分10章，分別介紹數(shù)字礦山的基本知識，礦區(qū)資源環(huán)境信息獲取、處理與估算，礦山空間信息獲取、處理與制圖，礦山生產(chǎn)與安全信息收集及分析，礦山信息集成管理與共享利用，礦山信息集成建模與可視化，采礦數(shù)字化設計與決策優(yōu)化，礦山數(shù)字化通信與自動化，礦山模擬、仿真與虛擬現(xiàn)實，數(shù)字礦山典型系統(tǒng)與建設范例等。本教材圖文并茂，并結合課程進度安排了3次上機實習，主要鍛煉學生了解和使用遙感應用軟件、GIS軟件和地礦三維建模軟件?！　”窘滩膫戎赜诘V山空間信息獲取與建模、數(shù)字礦山關鍵技術與應用、典型采礦軟件系統(tǒng)與示范，是教育部高等學校地礦學科教學指導委員會規(guī)劃的采礦工程本科專業(yè)教材，可供安全工程、測繪工程、地質(zhì)工程、自動化工程、通訊工程、計算機工程、管理工程等專業(yè)的本科教學使用，也可作為相關專業(yè)研究生、大專生的教學參考書，以及供礦山工程師和設計研究人員參考使用。

書籍目錄

第1章 數(shù)字礦山的基本知識1.1 數(shù)字礦山的起源1.1.1 數(shù)字地球與數(shù)字礦山1.1.2 礦山空間數(shù)據(jù)基礎設施1.1.3 礦山信息化與數(shù)字化1.2 數(shù)字礦山的發(fā)展1.2.1 數(shù)字礦山的科技發(fā)展1.2.2 數(shù)字礦山的教育發(fā)展1.3 數(shù)字礦山的內(nèi)涵1.3.1 數(shù)字礦山的概念1.3.2 數(shù)字礦山的特性1.3.3 數(shù)字礦山的特征1.3.4 數(shù)字礦山的功能1.4 數(shù)字礦山的體系1.4.1 數(shù)字礦山的內(nèi)核1.4.2 數(shù)字礦山的框架1.4.3 數(shù)字礦山的結構1.4.4 數(shù)字礦山的關鍵技術1.5 數(shù)字礦山的建設1.5.1 數(shù)字礦山的建設目標1.5.2 數(shù)字礦山的建設任務1.5.3 數(shù)字礦山建設的階段性本章練習第2章 礦區(qū)資源環(huán)境信息獲取與處理2.1 礦區(qū)資源環(huán)境信息概述2.1.1 礦區(qū)資源環(huán)境信息的概念及特征2.1.2 礦產(chǎn)與土地資源信息2.1.3 礦區(qū)生態(tài)環(huán)境信息2.1.4 礦區(qū)地質(zhì)構造信息2.2 地球探測信息技術2.2.1 重力勘探2.2.2 磁法勘探2.2.3 電法勘探2.2.4 地震勘探2.2.5 地球化學勘探2.3 遙感技術2.3.1 遙感找礦技術2.3.2 遙感圖像處理技術2.4 礦山采場條件探測2.4.1 采區(qū)三維地震技術2.4.2 井中勘探與物探技術2.5 體品位與儲量礦量估算2.5.1 礦體單元劃分2.5.2 體品位估算2.5.3 儲量與礦量估算上機實習一：遙感找礦與礦區(qū)環(huán)境遙感分析本章練習第3章 礦山空間信息獲取、處理與制圖3.1 山空間信息獲取3.1.1 水準儀經(jīng)緯儀測量3.1.2 全站儀數(shù)字化測圖3.1.3 三維激光掃描3.1.4 GPS測量3.1.5 攝影測量3.1.6 雷達遙感測量3.2 山空間數(shù)據(jù)處理3.2.1 數(shù)據(jù)處理概述3.2.2 GPS數(shù)據(jù)處理3.2.3 攝影測量數(shù)據(jù)處理3.2.4 遙感數(shù)據(jù)處理3.2.5 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理3.3 礦圖制圖3.3.1 圖的種類與作用3.3.2 基于CAD的礦圖制圖3.3.3 基于GIS的礦圖制圖上機實習二：多專題圖層疊加分析與礦圖制作本章練習第4章 礦山生產(chǎn)與安全信息收集及分析4.1 礦山生產(chǎn)信息4.1.1 礦山生產(chǎn)信息分類4.1.2 人員與設備的定位4.1.3 采礦設備的工況監(jiān)測4.2 礦山安全信息4.2.1 礦山安全信息分類與管理4.2.2 瓦斯與粉塵的數(shù)字監(jiān)測4.2.3 礦壓與溫度的數(shù)字監(jiān)測4.3 礦山安全分析與預警4.3.1 礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)4.3.2 礦山安全分析技術4.3.3 礦山安全預警模型本章練習第5章 礦山信息集成管理與共享利用5.1 礦山信息集成框架5.1.1 礦山信息集成的空間框架5.1.2 礦山信息集成的時間框架5.2 礦山信息管理與更新5.2.1 礦山信息資源整合與規(guī)劃5.2.2 礦山信息的管理模式5.2.3 礦山信息的更新方式5.3 礦山信息分類與編碼5.3.1 礦山信息的分類5.3.2 礦山信息的分類編碼5.3.3 礦山信息的空間編碼5.4 礦山空間信息的查詢與共享5.4.1 礦山空間信息的查詢模式5.4.2 礦山信息的共享利用5.5 礦山數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)5.5.1 可挖掘的礦山知識與作用5.5.2 礦山數(shù)據(jù)的挖掘模式與方法5.5.3 煤與瓦斯突出預測中的應用本章練習第6章 礦山信息集成建模與可視化6.1 礦山地形的三維建模6.1.1 概述6.1.2 礦山地形的不規(guī)則三角網(wǎng)建模6.1.3 礦山地形的規(guī)則網(wǎng)格建模6.2 礦山地質(zhì)的三維建模6.2.1 三維地質(zhì)建模的模型分類6.2.2 基于面元模型的三維地質(zhì)建模6.2.3 基于體元模型的三維地質(zhì)建模6.2.4 基于混合模型的三維地質(zhì)建模6.3 井巷工程的三維建模6.3.1 井巷工程特征與三維建模要求6.3.2 井巷工程三維建模方法6.4 井巷工程與地質(zhì)體的集成建模6.4.1 集成建模的一般方法6.4.2 集成建模的GTP方法6.5 礦山地上地下集成建模技術6.5.1 集成建模需求與一般方法6.5.2 基于TIN耦合的地上地下集成建模6.6 礦山模型的多模式表達6.6.1 二維視圖與三維模型的相互轉(zhuǎn)換6.6.2 三維地質(zhì)模型的多模式轉(zhuǎn)換上機實習三：礦山三維建模與可視化分析本章練習第7章 采礦數(shù)字化設計與決策優(yōu)化7.1 地下采礦數(shù)字化設計7.1.1 采礦工程實體建模方法7.1.2 巷道實體建模7.1.3 采準巷道實體建模7.1.4 盤區(qū)(采場)設計7.1.5 爆破設計7.2 露天礦最終境界優(yōu)化7.2.1 價值模型7.2.2 浮錐法7.3 露天礦境界與生產(chǎn)計劃整體優(yōu)化7.3.1 整體優(yōu)化思路與定理7.3.2 技術最優(yōu)境界與開采體序列7.3.3 生產(chǎn)計劃優(yōu)化與開采體動態(tài)排序7.3.4 境界與生產(chǎn)計劃整體優(yōu)化步驟本章練習第8章 礦山數(shù)字通信與自動化8.1 山數(shù)字通信技術8.1.1 概述8.1.2 井工礦山的數(shù)字通信8.1.3 露天礦山的數(shù)字通信8.2 礦山自動化8.2.1 井工礦山的自動化8.2.2 露天礦山的自動化8.3 采礦機器人8.3.1 地下采礦機器人8.3.2 海底采礦機器人本章練習第9章 采礦模擬、仿真與虛擬現(xiàn)實9.1 礦山工程模擬9.1.1 礦山通風模擬9.1.2 礦山災害模擬9.2 采礦工程仿真9.2.1 采掘空間三維仿真9.2.2 放礦過程仿真9.2.3 礦山物流仿真9.3 礦山災害虛擬現(xiàn)實9.3.1 采礦過程中的災害9.3.2 礦山災害虛擬現(xiàn)實9.4 國內(nèi)外采礦軟件與應用9.4.1 國外采礦模擬軟件9.4.2 國外采礦仿真軟件9.4.3 國外礦山虛擬現(xiàn)實軟件9.4.4 國內(nèi)采礦軟件概況本章練習第10章 數(shù)字礦山典型系統(tǒng)與應用10.1 國產(chǎn)數(shù)字礦山典型系統(tǒng)10.1.1 采礦CAD設計系統(tǒng)10.1.2 村莊保護煤柱快速更新系統(tǒng)10.1.3 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控一體化系統(tǒng)10.1.4 金屬露天礦開采規(guī)劃與設計優(yōu)化系統(tǒng)10.1.5 露天礦山采運一體化系統(tǒng)10.1.6 地下礦采掘計劃編制系統(tǒng)10.2 中國數(shù)字礦山建設典型范例10.2.1 神華集團神東公司綜合信息化10.2.2 山東棗莊煤礦監(jiān)測監(jiān)控集成系統(tǒng)10.2.3 福建紫金礦業(yè)集團數(shù)字礦山建設10.2.4 云南大紅山銅礦數(shù)字礦山建設本章練習參考文獻附錄

章節(jié)摘錄

插圖：1.1.3 礦山信息化與數(shù)字化中國礦山在礦山勘察、規(guī)劃、設計、生產(chǎn)、管理、治理等全過程的信息化“軟”領域，與發(fā)達采礦國家的差距較大。迄今為止，很多中國礦山企業(yè)還沒有充分意識和明確目標來把礦山空間信息資源當作礦山的一種重要的戰(zhàn)略資源加以統(tǒng)籌開發(fā)和綜合利用，更沒有形成數(shù)據(jù)資源完備、數(shù)據(jù)更新及時、數(shù)據(jù)庫共享利用便捷的MSDI。進入21世紀以來，中國礦山行業(yè)的信息化建設雖然有了長足發(fā)展，但總體狀況仍然不很樂觀，數(shù)字礦山建設方興未艾。尤其是一些中、小型礦山，其信息化建設的總體水平不高，沒有形成礦山企業(yè)信息化、可視化的管理與決策環(huán)境，礦山的MSDI十分落后甚至沒有，可共享的礦山基礎信息量少，信息流向單一而無序，嚴重影響了礦山企業(yè)安全高效生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展能力。1.礦山信息化基本現(xiàn)狀長期以來，受資源產(chǎn)業(yè)模式和傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的影響，中國礦山企業(yè)的決策者、管理者和工程技術人員在礦山信息化建設方面不同程度地存在因循守舊、短期效益、重硬輕軟、事不關己這4種不良情結。該情結影響甚至制約了礦山信息化建設的進程，阻礙了中國礦山的信息化建設和數(shù)字礦山工程的健康發(fā)展。目前，中國礦山的信息化基本現(xiàn)狀是：（1）空間基礎信息不足：由于中國礦山資源賦存條件的復雜性、地質(zhì)勘探程度的有限性、地質(zhì)勘探手段的局限性，以及礦床資源與地質(zhì)環(huán)境固有的不確定性影響，導致礦山可獲得并可有效利用的地質(zhì)礦產(chǎn)資源信息不足，尤其是數(shù)字化、可視化的空間基礎信息所占比例相當?shù)?。?）信息孤島現(xiàn)象嚴重：由于缺乏礦山空間數(shù)據(jù)集成與共享環(huán)境，導致包括地質(zhì)、測量、傳感在內(nèi)的各類礦山靜態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)分別管理、相互孤立，不能或難以進行集成、融合與共享利用。面對眾多的礦山信息孤島，人們難以認識和發(fā)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系及其隱藏的有用信息。例如，瓦斯突出是煤礦的“三大災害”之首，在煤礦瓦斯突出的構造影響分析方面，一般采用平面分區(qū)、剖面分帶的二維方式來描述和表達三維空間中地質(zhì)構造對煤與瓦斯突出的控制作用。這種維數(shù)簡化方式導致人們難以真實、有效地對井田與采區(qū)地質(zhì)環(huán)境進行三維空間認知和礦山實體再現(xiàn)，難以對煤層的突出傾向性進行形象的空間認知和準確的空間分析。造成以上問題，既有礦山數(shù)據(jù)分裂的原因，也有礦山數(shù)據(jù)非可視化的原因。（1）礦山數(shù)據(jù)分裂原因分析礦山數(shù)據(jù)主要包括勘探資料、生產(chǎn)圖紙、試驗資料和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)共4大類，貫穿礦產(chǎn)資源勘查、采礦設計、礦山開采、環(huán)境恢復等全過程。這些數(shù)據(jù)分屬不同階段、不同部門、不同專題、不同項目，其數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)精度等各不相同，導致數(shù)據(jù)集之間相互孤立，沒有在統(tǒng)一的空間框架與時間標度下進行集成組織與融合管理，形成一種數(shù)據(jù)分裂的局面。因而，難以進行礦山多專題數(shù)據(jù)的綜合分析與多階段數(shù)據(jù)的過程分析，不僅導致各數(shù)據(jù)集本身的內(nèi)涵與知識得不到有效提煉，而且導致數(shù)據(jù)集之間的關聯(lián)和規(guī)律知識得不到及時發(fā)現(xiàn)。

編輯推薦

《數(shù)字礦山技術》：教育部高等學校地礦學科。

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