关于我国数字矿山发展战略的探讨

沈 情，吴洁葵

（1.湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南 长沙 410014 2.湖南有色金属职工中等专业学校，湖南 长沙 410014）

关于我国数字矿山发展战略的探讨

沈 情1.2，吴洁葵1

（1.湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南 长沙 410014 2.湖南有色金属职工中等专业学校，湖南 长沙 410014）

数字矿山对国内外而言都是一个新的课题，目前尚无成熟的模式可以参考和借鉴。通过对数字矿山基本内涵及要求的分析，结合我国矿山信息化现有基础，阐明了数字矿山发展的根本目的和必须具备的基础条件。指出矿山生产自动化和智能化是构建数字矿山的基础，应作为当前发展的首要任务。并对在数字矿山发展认识上可能存在的误区进行了提示和探讨。

数字矿山；信息化基础；自动化和智能化；障碍和陷阱

自从“数字矿山”这一概念于上世纪末诞生以来，开展数字矿山建设就一直是我国矿业领域的一个热点话题。关于数字矿山发展的各种论点层出不穷，部分企业也在不同程度上进行了实践。但十多年过去了，我国的数字矿山建设和发展仍处在探索和起步阶段，真正达到了“数字矿山”预期的企业几乎没有。不少企业虽然投入了巨资，耗费了大量的人、财、物力，但矿山的发展现状和信息化水平距理想的数字矿山仍相差甚远。针对这一现象，本文尝试从数字矿山的基本内涵和要求出发，结合我国矿山信息化基础及条件，参考发达矿业国家的发展经验，以务实的态度对数字矿山的发展目标、适合我国国情的发展途径以及可能存在的认识误区进行探讨。

一、数字矿山的基本内涵和信息化要求

关于数字矿山的定义和内涵尽管存在各种不同的释义，但普遍被接受的观点是：数字矿山是真实矿山整体及其生产经营过程的全面数字化、信息化和可视化表达，是基于网络信息技术的虚拟矿山。为此需要在统一的时间坐标和空间框架下，科学合理地组织各类矿山信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理和整合。显然这里所述的数字矿山是一个巨系统，其涵盖的内容不仅要包含矿山地质、采、选、冶以及人、财、物和技术、管理等基础信息，还需要将这些信息根据需要进行高效的组织、处理和流动。基于这一巨系统平台，不仅要实现对矿山各类功能实体及操作方法的真实属性的再现，完全具备对真实矿山各项功能和职能的可操作性，更需要在操作、管理层面上获得对传统矿山运营方式的变革和超越的效果。因此，实现矿山数字化的基础条件首先应该是矿山的高度信息化。

二、我国矿山信息化基础

纵观我国矿山信息化发展历程，大致可分为三个阶段。第一阶段是计算机和网络应用基础阶段，以管理信息化为标志。其主要内容包括采用计算机和矿山局域网进行财务核算、办公、通讯，并加载有限的电子商务功能。这一阶段发展的主要成果体现在两个方面，一是形成了较好的信息化硬件基础和运行环境，提高了矿山信息传输、日常工作和决策效率；二是逐步改变了操作人员的传统工作习惯和方法，技术、管理水平得到提高，形成了庞大的具有良好基础的信息技术应用群体。但客观来看，以企业管理为主要目标的管理信息系统（Management Information System）由于与生产系统连接甚少，所带来的变化主要还停留在管理层面，尽管改进了工作方式和流程，但对矿山生产经营的综合效益的提升作用并不显著。

与第一阶段不同，我国矿山信息化发展的第二个阶段是以生产过程的自动化和信息化管控为标志，发展的驱动力主要来源于对矿产资源开发综合效益的追求。这一阶段里，在部分先行矿山，大量的自动化设备、监控网络、物联网和各种信息化平台投入生产和管理应用，显著提高了矿山生产效率，企业信息化建设得到快速发展，矿山企业信息、数据量高速膨胀，形成了海量的信息资源。但由此带来的问题也是显而易见的。由于大部分矿山企业的信息化发展缺乏整体的、科学的规划，没有统一的标准可循。矿山各系统之间、部门之间信息化建设多各自为阵，相对独立，采用的数据定义和数据模型往往各不相同，从客观上制造了系统或部门之间信息传输和共享的壁垒，其后果是形成了大量的数据冗余和信息孤岛。

进入二十一世纪，计算机与地质测量、遥感等技术相融合，基于虚拟现实的各种信息技术在矿山企业迅速推广，矿山地质体及环境的模拟和生产过程三维数字化表达技术的应用标志着我国矿山信息化发展进入到以数字矿山为发展方向的第三阶段。从目前发展情况来看，矿体三维建模技术较为成熟，利用矿体模型动态确定品位和实时经济评价，并据此制订和调整生产计划的思想正逐渐被企业接受；受社会进步、企业需求和政策倒逼等多重作用影响，安全避险监控系统使用者日益增多，生产过程动态监控和灾变预警系统的应用有效提高了矿山生产的安全性和生产管理水平。就局部而言，企业的各个生产管理子系统已经具备了较高的信息化水平，并逐步向相互支撑、融合的方向发展，但整体来看各种功能系统相互独立的局面并没有得到根本改变。不仅是因为系统之间存在基础数据层差别，用于支撑系统运行的系统环境也各不相同。

三、数字矿山发展的目的和条件

众所周知，人类社会生产的任何一次重大变革和技术创新，其根本目的都是为了提高生产效率，改善生产环境，作为国民经济最基础的行业—采矿业的发展也是如此。总体来看，国内外矿山的发展基本上都围绕着两大主题：资源高效开发利用和安全生产。参考发达矿业国家的矿业发展轨迹不难发现，其发展历程也是围绕这两大主题演进。从最初的手工开采到机械化开采，再到自动化开采，采矿的效率和安全性随着生产装备水平的提高也在不断提升。目前的情况是，发达矿业国家的采矿机械化已经相当成熟，自动化程度正在不断提高。用于生产的各种设备、设施的智能化程度不断上升，为矿山信息化发展创造了坚实的基础和条件。各种信息和迹象表明，依托高度信息化平台的无人开采技术被普遍认为是解决未来矿山采矿效率和安全性问题的重要途径，是未来的发展方向。近年来国外部分矿山在自动凿岩、装药和铲运等远程遥控技术领域取得了实质性突破，使得无人开采技术的前景正变得越来越清晰。

相比之下，我国的矿业发展目前还处于机械化的初级阶段，尤其是金属非金属地下矿山的开采技术和机械化程度还不高，距离生产设备的智能化和生产过程管理的信息化还有相当长的路要走。事物发展的客观规律和国外先进经验都表明：我国矿业发展未来的主要任务应该是全面提高机械化生产水平并逐步向自动化生产过渡。这是全面提高我国矿业生产效率和安全性的根本途径，也是构建数字矿山的必要基础条件。在没有形成高度机械化、自动化这一坚实基础的条件下勉强推动和实施数字矿山战略，未免会有些好高骛远而不切实际。

四、数字矿山发展途径选择

与其他技术领域的发展不同，数字矿山是全球面临的崭新课题，即便是在发达矿业国家目前也没有成熟的模式可以借鉴。因此，我国早期采取的“引进—消化—模仿—自主创新”的发展模式并不适用于当今的数字矿山发展，没有后发优势可以凭借。这也意味着目前可供选择的只有两条路：一是等待，等待别人相关技术的成熟，但由此可能需要承担的代价将是十分沉重的，即在未来相当长一段时期里我国矿业将因为缺乏足够的国际竞争力而处于后进跟随的位置；另一条路就是自主创新，依据我国国情，依靠自主创新发展数字矿山，争取在该领域完成对发达矿业国家的超越。尽管这条路漫长而充满困难和障碍，但在经济全球化的背景下，要想在国际竞争中脱颖而出，实现跨越式发展并最终在国际市场发挥出主导作用，走自主创新之路无疑是唯一选择。

但在数字矿山依托的基础层面，即生产过程自动化和生产管理信息化方面，国外仍有诸多先进之处可供借鉴和选择。首先是在矿山网络建设方面，我国矿山用于管理的地面网络具备一定的基础，但用于生产的控制型网络尤其是地下网络的基础却非常薄弱。国外的基于现场总线技术的工业控制网络仍处于领先地位，配置到个体终端设备的传感器和识别技术也远远高于我国现有技术水平。对于这些技术和设备，完全可以采取“引进—消化—再创新”的发展策略。

在地测技术与信息技术相融合方面，通过向发达矿业国家学习，目前我国在矿山地质信息数字化相关领域的技术也达到了较高的水平。所欠缺的是目前这方面技术主要还是应用在矿体资源信息处理上，要做到矿山实体全覆盖（包括矿山地下工程信息、矿山周边地质信息）则还需时日。可以说覆盖矿山全境的地质信息数字化和生产过程信息化是构建数字矿山的起点。在这些方面还应充分利用后发优势向发达国家学习，尽快缩小差距。

五、应该规避的障碍和陷阱

1、数字矿山信息标准体系建设

近年来不少专家学者就我国数字矿山的发展提出了许多建设性意见和思路，其中不少谈到了数字矿山建设的最重要的基础工作和前提是建立一套科学统一的数字矿山标准。因为我国矿业经过近几十年快速发展后，在生产和管理上已经形成了良好的信息化基础，也客观造成了广泛存在的“信息孤岛”现象。随之而来的是企业希望建立一个能够覆盖矿山各个领域、包容各类数据信息的、功能齐全、操作统一的信息平台的愿望。或许这就是大部分矿山企业数字化发展的愿景。目前比较一致的观点是缺乏统一的数据标准和编码规则已经成为我国矿山信息化向数字矿山目标发展的主要瓶颈。因此许多专家呼吁应尽快建立针对数字矿山的信息标准体系。

如果有了数字矿山信息标准体系，目前所遇的“信息孤岛”问题似乎可以迎刃而解。但深入思考不难发现问题远非如此简单。首先是标准的普适性问题。我们需要的标准究竟是国际标准，还是仅适合我国的国家标准？通常情况下国际标准往往是由发达国家主导制订，与我国国情是否相符必然存在疑问。如果是我们自己的国家标准，由于目前尚无相关的数字矿山国际标准可供借鉴和衔接，那么以往引进的以及未来仍需引进的技术和装备就会面临能否兼容的标准门槛问题。第二个问题是标准还需等待多久？我们知道一个标准的诞生、修订和完善往往需要较长的时间周期和繁复的过程。数字矿山的信息标准是一个内容涉及非常广泛的庞大体系，包括信息资源标准、基础信息标准、应用系统标准和信息技术标准等，建设工程十分复杂，绝非一蹴而就。如果放缓脚步一味等待标准的建立和成熟，难免会有步障自蔽之嫌，与目前的发展需求相抵触。

不可否认，建立信息标准体系对数字矿山发展以及我国矿业信息化的未来有着十分重要和深远的意义，但在现实情况下如果过分的依赖标准，对我国数字矿山的发展是不利的。

2、建设统一的大系统平台

许多人认为，数字矿山应该是一个包罗矿山自身及周边相关信息的、能够在一个统一平台上实现信息表达和功能操作的大系统。但在绝大多数矿山已有的信息化系统中，由于各部门、工作系统之间的信息化工程建设时间、选用的技术方案以及面向的应用对象各不相同，使得这些系统之间差异巨大，因此希望将这些不同结构、不同应用、基于不同平台的系统集成为一个统一的大系统，其中首先要解决的问题是多个异构数据库的集成。要实现这一目标，不仅需要大笔投资，还需要为海量的数据迁移和转换付出巨大的精力。

从务实的角度来看，这样做是完全没有必要的。尽管整个矿山信息化系统被分散为多个功能子系统，但每个功能系统都有自身面对的对象，操作相对独立。一般情况下，同属于生产系统的子系统之间的耦合关系较紧密，管理系统也是如此。而管理与生产两类不同性质的系统之间关系主要体现在信息交流层面，交互操作需求较少。因此将矿山各个工作子系统集成为一个同一平台的大系统，除了形式上得到统一外，并没有太大的实际意义。相反，子系统保持相对独立能保持自身较高的自治性，也更方便系统维护和变更。如果子系统出现问题，其波及范围也会受到限制。对于那些需要共享信息的子系统群，可以通过数据库引擎(DataBase Engine)、中间件（Middleware）或数据仓库（Data Warehouse）等技术实现数据库集群或整合。

六、结语

数字矿山的实质是矿山企业的高度信息化，而矿山的高度信息化应体现为工业与信息技术的深度融合。在我国矿山数字化发展的进程中，矿山生产自动化和智能化应作为当前的首要任务。因为只有在矿山生产自动化和智能化这一基础上，数字矿山发展才具备条件，未来的数字矿山也才会有助推产业发展的实际意义。

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（责任编辑：高 博）