矿山生产管理及三维图形智能解决方案

矿山生产管理及三维图形智能解决方案一、概述21世纪是全球化信息爆炸、全球化经济竞争、全球化知识经济挑战、全球化高新技术飞速发展的时代，21世纪人类面临的三大问题人口、资源、环境，其中资源和环境与矿山密切相关。采矿业是以自然资源为生产对象的古老产业，绝大多数矿山企业还处在劳动密集性阶段，信息化程度很低。综观历史，采矿业曾受到大大小小技术进步的巨大冲击。如今，数字地球（Digital Earth, DE）和数字中国（Digital China, DC）的钟声，已经和正在惊醒一代采矿人。利用现代网络技术、计算机科学、统计学、矿山生产管理、矿山地质、矿山测量、图形学及软件接口等多学科多种技术，对矿山开采前期、资源管理及矿山生产中勘探、地质、测量、采矿、选矿、冶炼和销售等多个环节的数据进行采集、存储、处理、提取、传输、汇总和分析加工，采集的基础数据通过开发的图形接口进行图形处理后，可以直接形成矿山地测采三维模型以及进行多种生产设计、生产管理、资源管理的图件，采用C/S+B/S体系结构设计，应用Microsoft SQL Server数据库、接口技术、框架式软件架构技术、多层系统设计理念、系统集成技术等计算机技术，开发出矿山生产及图形处理综合系统。系统与国际互联网的结合，对矿山办公领域进行了延伸，即解决了数据采集的灵活、稳定性能，又满足了查询、统计、决策不限办公场所要求，同时通过管理系统与Surpac图形系统的集成，在国内矿山生产管理中首次实现了“地测采选冶数据一次性采集、实时传输共享、三维自动生成、生产图件智能处理”的矿山生产管理及图件一体化管理模式。二、总体技术方案矿山生产管理及三维图形处理综合系统是以矿山生产管理为核心目标的计算机辅助管理工具。它包括矿山生产前期的探测到生产中的地测采及生产后期运选冶，系统依据企业信息原理，将矿山生产中的日常管理工作通过生产管理模块处理，并加入计划、统计及智能分析模块，同时，本系统将围绕矿山生产工作的图形处理功能加入系统，采用将生产管理模块中采集的生产数据经本系统图形接口处理后直接形成矿山虚拟三维模型，并根据虚拟的三维模块智能生成生产中所需的各种图件的方式，从而把生产管理人员从图件处理中脱离出来，将工具核心放到生产管理分析中去，真正提高了企业的生产管理能力与手段。系统在调研及分析开发中，依据采用了企业信息化原理、三层结构最新的系统架构理论、面向对象的开发原理、系统集成接口原理以及矿山生产中的地测采专业技术原理。企业信息化是这两年我国信息化建设的重点，企业信息化理论日趋成熟。企业信息化理论强调系统编码的一致性、系统数据的完整性、系统流程的可清晰可定义性、系统功能的可扩充可集成性、系统安全性等。本系统设计开发中严格把关，在系统完整性、一致性、安全性、灵活性、可扩充性、智能分析等方面满足企业运行发展的需要。系统采用B/S+C/S模式相结合的三层架构系统开发原理进行开发。C/S模式，是客服端与服务器模式，其技术成熟度高，但开发的系统不适应互联网，尤其在查询分析决策方面有很大的缺陷，而且维护成本较高，B/S模式则是浏览器与服务器模式，是一种基于互联网的开发模式，系统运行不受办公场所限制，对办公场所分散的现代集团公司更是适应，但B/S在大数据量采集的情况下不适应。本项目产品结合B/S+C/S的优点，采用标准的三层结构开发，即数据层、业务逻辑层、表现层。数据层采用MS SQL进行数据存储，业务逻辑层实现数据的分类、汇总、统计、分析以及各类接口等，表现层则实现系统与用户的交互功能。通过这种设计模式，使系统进行数据采集性能稳定，使用方便，系统的查询统计分析决策及调用更能符合现代企业要求。三维虚拟仿真技术（Virtual Reality），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，九十年代初逐渐为各界所关注，在商业领域得到了进一步的发展。这种技术的特点在于，计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。虚拟仿真与通常CAD系统所产生的模型以及传统的三维动画是不一样的，它不是一个静态的世界，而是一个开放、互动的环境，虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响。Surpac Vision是澳大利亚SURPAC公司开发的一套三维交互式图形软件系统，具有地表测量数据处理、地质勘探数据分析和采矿设计等功能。其应用领域主要包括勘探和地质模型、资源评估、露天和地下采矿设计、生产计划和开采进度计划编制以及尾矿和复垦设计等。本项目集成Surpac Vision功能，依据系统接口原理，将项目产品中采集到的基础数据通过接口的智能处理，直接在Surpac中生成基础图件。同时，通过对Surpac的二次开发功能，实现在Surpac中自动生成矿山生产所需图件如中段平面图、中段地质平面图、矿块图、试料图、储量计算图、剖面图、钻孔柱状图等各种图件。在三维建模及生产图件生成上的智能化，是本项目产品的核心之一。根据不同的功能，将系统划分为十七个模块：基础信息平台、探矿管理系统、地质管理系统、测量管理系统、储量管理系统、计划管理系统、调度管理系统、出矿管理系统、质量管理系统、选矿管理系统、销售管理系统、成本核算系统、统计系统、图形基础平台、图形处理系统、数字素描工具、综合查询平台。系统功能图及系统布署网络结构图如下：三、国内外矿山行业信息化现状矿山是以自然资源为生产对象的古老产业，绝大多数矿山企业还处在劳动密集性阶段，相信化程度较低。随着近年资源、环境的逐步重视，如何合理利用、高效开发有限的矿产资源成了人们关注的问题。如何合同利用不可再生的有限资源进行持续性发展已成为现代矿山企业的主题。如何合理管理企业的资源储量、如何合理安排生产、如何将有限的资源与产供销进行整体规划及协同生产等已成为矿山企业生产管理的重要工作。加拿大已制订出一项拟在2050年实现的远景规划：即将加拿大北部边远地区的一个矿山实现为无人矿井，从萨得伯里通过卫星操纵矿山的所有设备实现机械自动破碎和自动切割采矿；芬兰采矿工业也于1992年宣布了自己的智能采矿技术方案，涉及采矿实时过程控制、资源实时管理、矿山信息网建设、新机械应用和自动控制等28个专题等，证明在一些较为发达国家，矿山信息化早已得到重视。随着实时矿山测量、GPS实时导航与遥控、GIS管理与辅助决策和3DGM的应用，国际上一些大型露天矿山（包括我国的平朔、霍林河矿区）已可在办公室生成矿床模型、矿山采掘计划，并与采场设备相联系，形成动态管理与遥控指挥系统。此外，专家系统、神经网络、模糊逻辑、自适应模式识别、遗传算法等人工智能技术、GPS技术、并行计算技术、射频识别技术以及面向岩石力学问题的全局优化方法、遥感技术等已在智能矿山地质勘探调查与测量、智能矿山设计、智能矿山开采、计划与控制、矿山灾害遥感预报等研究领域得到应用。相对国外矿山企业，国内矿山企业在信息化方面的投入力度明显薄弱。“九五”、“十五”期间，在全国大力推广信息技术应用的大环境下，小部份矿山开始了信息化，从单方面的计算机工具，到矿山MIS等。2000年后，在“信息化带动工业化”的大环境下，矿山信息化再一次得到重视，CAD、MAPGIS、财务软件、数字监控等在矿山得到了基本普通的使用，甚至部份矿山企业实施了ERP，还有部份矿山企业实施了三维处理软件。据原国家经贸委全国企业信息化建设现状和十五规划情况调查报告调查显示，我国的矿山行业信息化具有以下几个特点：1） 煤矿信息化投入力度较大，目前煤矿的信息化主要包括企业综合应用、办公自动化、数字监控、远程监测与调度等。煤矿信息化在矿山行业信息化具有带头作用；2） 非煤矿山信息化应用主要包括企业综合应用、财务软件、人事软件、数字监控、办公自动化系统、CAD等；3） 矿山行业信息化整体水平不高，矿山企业明显存在重投入、轻管理，重局部、轻整体，重硬件、轻软件的问题，重项目建设，轻IT人才培养。4） 矿山信息化在整体规划、分步实施上没有足够重视，全面实现信息化管理的企业寥寥无几，“信息孤岛”逐渐显露，严重制约矿山行业信息化整体效益的实现。5） 矿山信息化的主要途径是与大专院校的合作，矿山专业应用软件也大部份来源于大专院校。大专院校的研发特点及服务模式，难以满足全面推动矿山信息化的需要及系统维护升级的要求。我国矿山行业信息化，虽然近几年有了较大的发展，但较之国外先进矿山还存在着很大的差距：矿山信息化应用规模小，企业投入、管理关注不够；行业专用软件研发相对滞后，研发力量薄弱；信息化单方面深入，全面发展少；矿山信息化标准不统一，企业之间难以进行信息共享；矿山管理模式相对落后，矿山信息产品通用性较差；矿山专业性软件功能单一，全面性软件功能不专业等。本系统的研发，是从目前国内信息化现状出发的。本系统研究内容包括三个方面，包括矿山生产管理、三维图形处理、矿山生产管理与三维图形处理的一体化。矿山生产管理方面，目前国内在煤矿方面有较有全面的同类软件，但其专业性强，煤矿的针对性大，不适应非煤矿山，而非煤矿山的生产管理专业软件较少，更多的是一些地质数据库、测量数据库等单一生产工具软件，本系统的生产管理，从矿藏勘探到地质、测量，从资源的探测到矿石的采矿、提升，从矿石的提升到选矿、销售，从企业生产计划到调度、统计，从生产日常管理到生产成本核算，做到矿山生产各环节全面而专业的管理，在同类产品中具有领先作用。本系统在生产管理系统与三维图形处理一体化方面的研究与开发，包括从生产数据库自动建立矿山井巷模型，矿山地质模型以及智能生成中段平面图、中段地质平面图、矿块图、试料图、储量图、剖面图等矿山生产图件等功能，填补了国内空白。四、行业及市场综述1国内外矿山信息市场走势矿产资源的开发对人类赖以生存的环境造成了极大的污染和破坏。因此，如何在有限的资源条件下，在生态系统包容能力允许的条件下，探讨矿产资源开发与环境保护，实现经济的可持续发展是21世纪人类面临的重大课题。如果继续沿袭旧的外延扩张式经济发展模式，而不是转向寻求一种变革性力量，将难以解决矿产资源开发中的诸多矛盾。强化信息资源开发利用，加强矿山数字技术运用是这种巨大变革性力量的主力军。信息化建设已成为我国的一项重要的战略国策，国家“十五规划”中明确指出：“信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，也是我国产业升级和实现工业化、现代化的关键环节。要把推进国民经济和社会信息化放在优先位置。”并提出“坚持以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染小、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子”的战略方针。因此，充分利用现代信息技术，实现矿业的可持续发展，达到资源开发与环境保护和谐统一，是“十一五”矿业发展规划要解决的重要任务之一。矿山企业作为资源开发的主体，其信息化是矿业信息化的重要组成部分之一。矿山信息化即是挖掘先进的管理理念，应用先进的信息技术去整合矿山现有的生产、经营、设计、管理，及时地为矿业“三层决策”（战术层、战略层、决策层）系统提供准确而有效的数据信息，以便对市场需求做出迅速反应，进而提升矿业经济核心竞争力的过程。矿山信息化不仅是矿山信息技术的延伸，更重要的是矿业管理、组织结构、业务流程的变革和延伸1-7。近年来，随着我国矿业经济的繁荣以及信息技术的发展，我国矿山企业对信息化软件产品的需求大量增加。上世纪90年代，由于我国矿业经济不景气，矿山企业、高等学校及研究院所在相当长的时间内，对矿业软件产品的研发速度缓慢，除了经济因素外，其中主要原因是矿山行业难以留住高水平的软件开发和管理人员。面对新世纪迅速繁荣的矿业经济和快速发展的采矿工业，目前我国矿山信息化发展存在二大矛盾：一是矿山信息化产品需求空前增加与国内矿山软件产品研发能力相对滞后的供需矛盾；其次是矿山企业领导对“数字矿山”的高期望值与矿山IT人才流失严重，IT技术力量的严重不足，操作维护培训跟不上，难以保证系统良好实施和运行的矛盾。与此同时，面对中国巨大的矿业软件市场，国外矿业软件商的将主要力量转向中国，在经济利益的驱动下，国内相继出现大量的国外矿业软件代理商（如Surpac、Micromine、Datamine、MineSight等），他们利用自己在国内的客户关系与国外软件厂家密切合作，使得目前国内矿业软件市场正在迅速被外商占领，这种发展趋势必须引起我国政府和矿山企业决策层的高度重视。2系统市场价值本系统旨在满足矿山行业生产管理全面信息化需求，目前矿山生产管理中存在主要问题：1）矿山企业生产场所松散，生产信息难以及时收集，无法及时决策管理；2）矿山生产信息种类繁多，数据量庞大，手工无法进行归档与统计，在手工时代只能对重要信息进行台账，通过台账查询，而无法对真正的生产数据进行分析；3）矿山生产专业计算复杂，地质、测量、储量、选矿等各专业均需进行繁重的数据运算；4）矿山生产信息量多，大，及时性差，生产统计、成本统计、计划跟踪在传统管理模式下只能是滞后管理，对生产管理是一种制约；5）生产信息统计入口多，各单位、各工种均需自行进行统计与相互引用，因为口径的不一致与数据源的引用不一致，统计结果相差较大；6）生产人员绘图工作量繁重，绘图过程复杂，生产管理人员人少活多，负担较重；7）矿山生产的对象是地下资源，无法对待采对象有完整的概念，只能凭个人理解去执行生产，因此，各种专业信息（包括地质、测量、探矿等）信息无法在公司各层管理人员之员畅通传达，给管理带来瓶劲等。本系统针对目前矿山企业生产管理中的难点难题，通过信息化的解决方式，为矿山行业生产管理带来信息化的管理手段，堵塞生产管理中的漏洞，实现传统管理模式无法达到的及时、完整、海量数据信息处理