【方案】智慧矿山三维解决方案

智慧矿山解

决

方

案02.建设内容03.系统应用01.建设背景C

O

M

P

AN

YP

U

B

L

IC

I

TY建设背景011）《自然资源部办公厅关于加强和改进矿产执法工作的通知》2）《关于矿产资源储量评审备案管理若干事项的通知》（自然资办发〔2020〕

26号）

；3）《关于进一步规范矿产资源储量评审备案工作的通知》

（自然资办函〔2020〕

966号）；4）《山东省矿产资源储量评审备案管理办法的通知》（鲁自然资规〔2020〕

4号）；5）自然资源部关于推进矿产资源管理改革若干事项的意见（试行）

（

自然资规〔2019〕

7号）；6）《山东省科技管矿技术要求》

；7）矿产资源资产核算技术规范；8）资产监测技术指南；9）省市县国土资源环境承载力评价与监测预警；10）国土资源综合信息监管平台建设指南；11）国土资源信息网络系统建设规范。PART-01

项目建设依据用工“荒”

问题需要国民经济步入新常态，矿山行业处于需求增速放缓、过剩产能和库存消化、环境制约强化、结构调整攻坚“四期并存”的发展阶段，矿山行业必须紧抓时机变化革命进行转型升级。以5G通信、工业互联网、区块链、新基建等为代表的新一代信息技术与传统矿山行业融合创新，将对矿山行业全面提升产业层次、形成产业竞争新优势、提高经营质量起到积极推动作用。同时，智慧矿山建设将推动矿山行业发展步入新常态，促进其高质量、高效益发展。矿山行业转型升级国民经济步入新常态，矿山行业处于需求增速放缓、过剩产能和库存消化、环境制约强化、结构调整攻坚“四期并存”的发展阶段，矿山行业必须紧抓时机变化革命进行转型升级。以5G通信、工业互联网、区块链、新基建等为代表的新一代信息技术与传统煤炭行业融合创新，将对矿山行业全面提升产业层次、形成产业竞争新优势、提高经营质量起到积极推动作用。同时，智慧矿山建设将推动矿山行业发展步入新常态，促进其高质量、高效益发展。企业自身发展需要矿山企业生产面临地质构造复杂、自然灾害多、开采难度大、采矿装备自动化程度低，可靠性差等各种问题。建设智慧矿山，变革矿产生产方式已成为矿山行业和企业生存、发展的重大战略需要。智慧矿山建设充分利用新一代信息技术如5G通信、工业互联网、区块链、云计算、人工智能等，将信息技术与工业技术及管理技术高度融合，对矿山企业自身来说就是一个破茧化蝶的过程。PART-02

项目建设背景建设内容面向矿井生产、安全、经营管理、决策分析实现自动化和信息化融合应用，同时可基于智能终端实现移动互联应用与服务。最终实现应用资源的集成融合、智能联动与动态扩展，真正做到用数据管理、用数据决策、用数据服务资源。02PART-01

智慧矿山总体架构体系PART-02

三维可视化技术在智慧矿山领域的研究方向三维矿山专题应用三维软硬件建设三维空间信息数据获取三维空间数据建模ⅹ

“查一查、看一看”

三维可视化技术属于底层服务平台o

数据获取与传输o

图像获取与传输o

视频获取与传输o

传输方式？o

网络平台？o

协议接口？o

行业共识？o

云计算

n

物联网u大数据虚拟现实数据挖掘PART-03

矿山三维可视化关键技术

科学性

可靠性

安全性

适用性

通用性l

行业标准l

整合资源l

技术最大化三维数据获取三维数据建模三维数据标准PART-04

三维数据获取与建模技术基于GIS的三维实体建模技术三维地质建模技术形成交叉学科地学统计空间信息信息翻译空间分析空间预测实体分析数学地质矿井地质地质勘探地球物理GIS技术矿山测量图形可视化重点考虑的内容不同模型的适应性各不相同，要根据具体的三维建模目的来选择合适的三维空间模型。模型能否表达复杂地质现象,如逆断层、倒转褶皱。如何表达？模型是否具有可扩展性？几何形态拓扑复杂性不确定性非线性采样有限性面模型体模型混合模型灰色

白色面临的技术问题PART-05

三维数据获取与建模技术井下钻探现场揭露数据

定向钻煤层及其顶底板岩层、

含水层、

断层、

冲刷带、

煤层露头等地质信息煤层、

标志层、

断层、

陷落柱、

采空区、积水区、

高瓦斯聚集区高密度电法三维地震地质雷达瞬变电磁槽波探测微震监测数据基础矿山地质环境不能满足透明地质需求o

数据基础

n

技术u设备开发人员智慧矿山PART-06

三维数据获取与建模技术地面钻探除了三维地质模型数据，矿山三维可视化系统另一个重要的数据来源是巷道三维模型。传统的测绘技术以电子经纬仪、测距仪和全站仪为主，将导线成果点展绘到采掘工程平面图、地表工业广场图、地质地形图等之上。在三维可视化系统中，巷道三维模型多采用巷道中心线加巷道断面方法拉伸建模，自动处理巷道交叉点。这种方法优点在于数据源简单，自动化建模程度高；缺点在于缺乏三维模型的细节，

只能用于宏观展示。井上工业广场、井下巷道重点场所都是矿山生产活动的主要场所，如何快速、高效、低成本获取井上下重点场所三维数据，并在此基础上快速建模是三维可视化系统的难点问题。下面介绍几种新型三维数据获取和建模方法，

如激光扫描仪、全景技术、深度相机等技术。PART-07

三维巷道数据采集与建模技术探通过激光雷达脉冲信号扫描，快速获得目标的三维坐标和反射光强，

利用三维建模软件进行建模，生成扫

描物体的三维图像和可量测点阵数据，并转化为多种输出格式的图形产品。目前我国矿山测量领域中使用的三维激光扫描设备及软件主要来源于德国

Callidus公司、奥地利

Rigel公司、美国

Leica公司和Trimble公司、澳大利

亚

Maptek

Pty公司、加拿大Optech公司、英国

MDL

公司等，这些公司也专门开发了面向矿山应用的全站仪和数码相机一体化设备。激光扫描仪在井下测量中应用比较少见。主要原因在于很多商业化的三维激光扫描设备不具备防爆功能。井下高温、潮湿、多粉尘也会影响激光的测量精度。智能工作面提出了高精度设备定位的需求，利用激光

LiDAR结合惯导设备、测量机器人对开采环境的设备进行

空间绝对定位，实现工作面地质模型与开采装备的空间耦合，是智能工作面研究的难点问题。工作原理PART-08

激光

Li

DAR

数据获取与建模技术全景图像获取的两种方式：一是以图像绘制为基础的全景图像拼接技术，利用鱼眼相机只需很少几幅照片拼接即可生成全景图像；另一种是全景相机，

根据预先标定的相机参数，

全自动获取全景图像。全景视频则是通过

3D摄像机进行全方位

360度进行拍摄的视频。目前主流全景数据采集是将全景相机搭载在全景采集车、无人机、定制背包之上，国内外大型的互联网公司，如谷歌、腾讯等均定制了不同的全景相机进行全景影像的采集，实现了重点城市和区域的全景

数据获取。全景影像和全景视频是一种新型的三维数据获取方法，

可代替复杂的三维场景几何建模和绘制，

具有全视角、虚拟真实和高现势性等特点，同时具有高分辨率和三维立体效果等优势，与虚拟现实结合，

能够快速展示场景的沉浸感效果，

给人们带来一种真实感的体验。全景技术可以有效解决巷道建模数据单调的问题，搭建动态交互的虚拟空间，为煤矿安全管理和生产提供保证。全景技术的缺点在于，后台没有三维点云模型的支撑，只能以浏览和图像识别为主。全景技术在煤矿井下应用还不多见，主要原因在于井下环境单一、光线差，没有专门的矿井全景数据采集设备，全景图像拼接融工作原理PART-09

全景图像和全景视频数据获取与建模技术利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态。

以三维地震为基础，

结合各种钻孔、测井、地质素描、地质揭露等，三维地震动态解释技术能够较为精确地解释出断层、陷落柱、采空区等。三维地震技术具有覆盖面广、探测深度大、横向分辨率高的特点，是目前应用最为广泛的地球物理勘探技术。PART-06

地面三维地震勘测槽波又称为导波或煤层波。槽波在煤层中激发，通过同一煤层传播与反射，并在同一煤层中被接收。由于煤的密度和弹性波传播速度一般小于顶、底板的速度，所以在煤层内激发的弹性波大部分能量不能向煤层外部传播，总是在两个界面（顶、底板）之间反射和混响，从而形成一种特殊的弹性地震波。一种精细化的工作面物探技术。其原理为在工作面设置分布式地震仪，

通过采集槽波信号，

能够探测到采煤工作面开采推进前方的断层、陷落柱、冲刷及变薄带等地质异常。槽波探测对于工作面中的构造探测有效，对于工作面煤厚解释精度能够达到米级。工作原理槽波的形成PART-07

槽波地震探测主要工作原理是利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目标。通过对雷达图像的判读，判断出地下目标物的实际结构情况，能够有效识别工作面推进前方小断层、冲刷破碎带等。地质雷达具有高精度、高效率、高便捷性等特点。目前也正在尝试应用于煤岩层界线等方面研究。探地雷达多采用天线向探测目标发射高频脉冲电磁波来进行探测。通常探测目标深度满足于远场条件，可近似看做是以平面波形式传播。平面

波的极化是指空间给定点上场矢量方向随时间的变化特征。通常可分为

线极化、圆极化和椭圆极化三种类型。波的极化是电磁波的一个重要特

性，不同极化方式的波有着不同的工程应用。当地下介质存在各向异性

时，以线极化方式入射的平面波

．其反射回波可能转变成椭圆极化方式。因此，通过研究雷达波极化方式的变化可以获得与地下介质物性相关的

信息。PART-10

探地雷达工作原理系统应用物探手段的数据，通过人工解释后，生成带地理坐标的地质点数据、线数据、面数据和体数据模型，结合钻孔、地质素描等已知控制点数据，开展三维地质建模和可视化表达。在矿山领域三维地质建模多选用不规则三棱柱模型（TPN）作为建立地质模型的基本体元。也可以采用平行轮廓线或者交叉剖面等表达地层界线或构造的不规则表面。在地质建模数据更新方面将已知点加入模型后，采用平面-剖面对应算法、膨胀搜索算法、样条曲面算法、平滑过渡算法等关键技术，对原地层模型进行局部或整体细分后重构地层模型。03PART-01

地质钻孔模型矿体建模剖面分析PART-02

构建矿山和井巷空间的三维场景根据储量核实数据，建立实时的储量三维可视化系统，显示矿山基本情况，矿山经济，保有储量，

备案资源储量，采选，矿产品，综合回收，地质条件，报告，

压覆。

同时结合分析年开采量和核定开采量。提升矿产资源储量管理质量和服务水平PART-03矿产资源储量管理通过无人机采集矿区数据，结合年度修复治理报告，显示实际治理和修复情况与报告的异同点，在三维可视化平台直观展示。同时基于GIS地图展现矿山全景，