数字矿山数字化转型方案.docx

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1、数字矿山数字转型白皮书一围绕安全高效推进矿山行业数字化专型矿山行业的数字化可以追溯到1999年，当时举办的首届国际数字地球大会 提出了 数字矿山”(Digital Mine)的概念，由此掀起了长达20年的数字化 探索，期间出现了虚拟矿山、无人矿山和智能化矿山等概念。随着数字孥生体、人工智能、数据科学和物联网等新一代数字技术的引入，数字矿山开始向“数字 挛生矿山”(Digital Twin Mine)演进。按照本白皮书定义，数字季生矿山是矿山企业基于数字孝生体的数字化转型方法，通过地质、地表和设备的数字季生化，让处于安全环境的人进入数字李生矿山闭环中，逐步达到可视化、实时同步和互操作的运行水平，

2、实现矿山行业少人化或无人化的经营目标。基于开放标准的数字孥生矿山架构体系，本白皮书设计了可视化的虚拟矿山、实时同步的动态矿山和互操作的孥生矿山三个阶段的数字挛生矿山演进路径，体 现了数字季生体技术在全局和全生命周期可持续改进的核心价值。针对矿山行业突出的安全和效率的痛点，本白皮书提出引入新一代人工智能，既包括深度学习的人体姿态识别提高安全监控水平，还强调利用云边协同能力，建立基于数字挛生基础设施的大数据分析能力，充分释放矿山人工智能的潜力。XXXX作为国有企业XXXX煤业集团有限公司的全资子公司，把承担国家数 字李生创新计划作为己任，力求突破我国数字化转型的关键核心技术，通过数字挛生矿山联合实

3、验室的建设，不但能够为矿山行业探索出一条数字化转型道路，还能加速数字挛生体技术的成熟，为我国数字挛生体产业发展做出应有之页献。引言打造安全高效的数字学生矿山在中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要(简称“十四五”规划)中，对构建现代能源体系提出了 清洁低碳、安全高效的要求。2021年11月24日,中国煤炭工业协会发布煤炭工业“十四五”安全高效煤矿建设指导意见(征求意见稿)对煤炭行业在十四五时期的发展提出了基本要求。安全高效是矿山行业发展的基础，加快推动安全高效矿山建设，是深入贯彻国家能源安全新战略的重要举措。正如中国煤炭工业协会指导意见所讲，我国科技支撑煤炭行

4、业发展的作用仍然不足，一是企业自主创新动力不足，二是核心技术创新有待突破，三是高端装备依然存在短板。对于以上问题的解决办法，还是应围绕三新”做文章，艮P:准确把握新发 展阶段，深入贯彻新发展理念，加快构建新发展格局。十四五规划明确指出，充分发挥海量数据和丰富应用场景优势，促进数字技术与实体经济深入融合，赋能传统产业转型升级，催生新产业新业态新模式，壮大经济发展新引领。”矿山行业是一个传统的领域，我国矿山占全球的比例较高，规模较大，以煤炭工业的情况来看，中国人民大学国际能源战略研究中心发布.的能源企业全球竞争力报告(2018)显示，在世界煤炭企业前30强中，中国企业占据了 20个，排名第二的美国

5、上榜企业数量为1个。中国企业在数量上远远超过其他国家,据数字孥生矿山联合实验室调研，国内大部分矿山企业在研发上的投入较彳氐，对于新一代数字技术的引入较为谨慎。按照能源企业全球竞争力报告(2018)对研发维度子指标来看，世界煤炭总榜500强的研发强度为0.98龈部分原因是煤炭工业产、运、销、用体系相对成熟，同时也反映了部分企业研发动力不足的问题。随着第四次工业革命的到来，传统矿山行业迎来了新的发展机会，各个国家纷纷投入资源，加快数字挛生体、人工智能、数据科学和物联网等新一代数字技术的引入，提升矿产资源发现、开掘和经营等方面的创新能力，保证实现安全高效的经营目标。2016 年，澳大利亚科学与工业研

6、究组织（CS1R0, Commonwealth Scientific and IndustrialResearch Organization)延续20年前的“玻璃地球相关工 作，启动了 深度地球成像 (DeepEarth Imaging)未来科学平台，针对矿山、能源和水资源开展研究工作，主题包括建模仿真、知识集成、不确定性降彳氐和大规模计算等四个主题。2021年2月，CS1R0和下属I)ata61联合发布了空间驱动的数字拿生体框架，要求建立矿山的数字李生体。数字挛生体作为第四次工业革命的通用目的技术，在矿山行业数字化转型中具有重要的价值。部分领先的传统矿山企业20年前就引入了建模仿真和虚拟现

7、实等技术，以更好呈现矿山复杂的生产环境，但囿于当时的技术成本高、计算能力较弱等原因，应用效果并不明显，考虑到成本效益，这些技术并未广泛接受和部署。随着新一代数字技术的出现，特别是数字学生体技术具有开放架构，跟机器学习、云计算和大数据等较容易集成，为解决矿山生产运行的安全挑战提供了新工具，同时结合到现代化管理方法，形成了精准的数字管理体系。数字学生体作为诞生近1()年时间的新型技术，在国防和航空航天领域已有较为广泛的应用，但在矿山领域的应用不过一两年时间，缺乏成熟的解决方案和典型示范，亟需相关机构攻克一些关键技术，以实现数字李生体产业化应用，这对推动我国数字学生创新计划落地实施意义重大。通过引入

8、数字李生矿山概念体系，聚焦数字化发展主线，主攻数字生命体、人工智能、数据科学和物联网等新一代数字技术应用，加强跟矿山领域的数字化转型结合起来，瞄准矿山行业安全高效的痛点，探索我国传统实体产业的数字学生体应用场景，磨砺我国自主技术的创新能力，打造适合我国数字经济。1数字化驱动下的矿山L1数字矿山”起源及发展在20世纪末，在互联网逐步深入人心的背景下，人们期盼相关技术能应用到实体经济领域，由此掀起了一股数字经济浪潮。1998年，美国商务部发布了即将出现的数字经济，同年美国副总统阿尔戈尔在加利福尼亚科学中心的 演讲中提出“数字地球(Digital Earth)的概念，迅速引起了全世界的关注，各个国家

9、纷纷借此筹建了各种研究组织和开展了相关行动计划。我国当时及时跟进了数字地球进展，中国科学院于1999年举办了首届国际 数字地球大会，包含20多个主题，其中就有数字矿山 (Digital Mine) 0 2006年，中科院联合国际同行设立国际数字地球学会，同年成立了中国国家委员会，迄今设立了数字减灾、数字遗产、数字山地、数字农业、成像光谱对地观测、微波对地观测、激光雷达、虚拟地理环境、空间信息产业化等9个专业委员会，其中数字山地跟矿山有一定关联。由于矿山行业属于劳动密集型工作，研发投入一直I；匕较少，当时我国主要以降低生产经营成本为目标，并未把高质量发展作为重点，相关研究机构并未针对矿山行业开展

10、针对性研究。相比之下，发达工业强国矿山行业进入精细化发展阶段，特别是一些矿产资源发达的国家积极引入新技术。 Mt 1 fBorehole Collection0i O !) . 之历 30.电 口。3-I储睫；Nt ：2：加61MCC4kN ；EW心力“总弋495 # 外X.Eg必：loflktertvelLftIKrrOi AqroMh.&31Y Kr“冲”H 5G(4sterriA图表澳大利亚玻璃地球三维可视化Web应用澳大利亚CSIR0矿产资源开发与煤炭行业专委会启动了 玻璃地球研究项 目，在2000-2003年提供持续的资助，当时要解决的一个关键技术就是三维可视化(Three-Dime

11、nsionalVisualization),他们认为提高安全防护的关键之一是可视化，同时在可视化应用过程中，还有助于发现传统技术发现不了的矿山资源0清参考引言中的介绍.2010年左右的时候，ImageNel在图像识别上的突破给深度学习方法带来了新的突破，开启了人工智能新的发展阶段。在此期间，数字季生体、大数据等从 出现到逐步被接受，逐步形成了新一代数字技术的核心地位，考虑在矿山领域引入这些技术，成为研究机构新的机会。图表3CSIRO启动的六大未来科学平台澳大利亚CSIR0在2016年延续玻璃地球相关工作，启动了 深度地球成像未来科学平台，开展矿山及能源等的建模仿真、知识集成、不确定降低和大规模

12、计算等研究工作，并引入了数字李生体技术，在开展了一段时间研究之后，CS1R0和下属Data61联合发布了空间驱动的数字学生体框架，称数字挛生地质为澳大利亚新一代数字基础设施，是推动其矿山行业迈向新发展阶段的重要途径。随着全球能源革命的到来，对碳排放提出了新的要求，这宜接影响到矿山行业的发展，特别是煤矿工业的发展，一方面要求提高燃烧效率，另一方面要求勘探开采更安全、更环保，这必须引入新型技术来达到这样的目标。全球产业基金图表2煤矿开采过程中的虚拟建模应用三维可视化工作由矿山地理科学组和计算地理科学组负责，按照资件介绍，这样的工作具有以下好处： 可以利用有效的信息通信降低勘探和开发中的风险； 加强

13、对复杂地理系统的理解； 更快和更有效利用计算资源； 实现不同软件系统之间的互操作能力。为矿山勘探和开采只是提供三维可视化图景，除了能够直观的展现矿山的结构之外 价值并不大当时澳大利亚玻璃地球项目组认识到这一点后，加强了数值计算仿真的能力建设，以求更为精准的实现数字矿山应用。相关报告显示，玻 璃地球项目基本达成预定目标，并且孵化了数字矿山创新技术，为澳大利亚本土企业参与全球数字矿山方案提供奠定了基础。时至今日，传统的数字矿山等概念不足以体现新一代数字技术应用的趋势，矿山行业亟需引入更大尺度和更精细的三维可视化模型，这正是数字李生体等技术可以满足的需求，加上人工智能和数据科学的融合，能够推动矿山行

14、业向真正 的智能化方向转变，实现少人甚至于无人的勘探开采作业，达到安全高效的运行目标。1.2“十四五”时期的数字挛生矿山数字学生体作为第四次工业革命的通用目的技术，自2009年提出之后发展了十多年，它在国防和航空航天领域的杰出表现，吸引了各大企业纷纷采用该技术来推动数字化转型。由于实体经济企业涉及到物理场景和设备，数字阜生体横跨物理世界和数字空间，其开放架构能够融合人工智能和大数据等新型技术，具有广泛的应用前景，被称为推动国民经济持续增长的动能之一。我国非常重视新型技术在推动企业高质量发展中的作用，国家发改委和中央 网信办于2020年4月发布了关于推进“上云用数赋智”行动培育新经济发展实施方案

15、，提出了 数字季生创新计划匕国资委在8月份发布了关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知，多处强调数字娈生体失谶蠹嘉殿超18攘由斓提偶题辘看期雄毓油周数舞索维雒像螂帆低案,正如本白皮书在数字矿山起源中所讲，20年前开启的数字矿山，虽然开始利用计算机辅助设计和显示能力，但大部分停留在国家研究实验室中，即便在一些矿山得到应用，也未形成体系性的解决方案，对矿山管理者和工人的价值不突出，经过五六年的探索之后，缺少了政府相关资源及资金支持，相关项目通常落得销声匿迹的结果。早在20年前，我国针对矿山领域也开展了三维建模仿真的研究，部分技术 还进行了产业转化，但由于行业需求不明显，全国矿山领域的信息化工作还未完成，把工业软件应用到生产现场不是矿山行业急迫的需求，这使得这些“先进技 术没有用武之地，商业模式也无法建立起来。中国人民大学国际能源战略研究中心最近几年发布的能源企业全球竞争力 报告，相关数据显示我国能源企业（包括煤矿企业）规模已经是全球第一，目前处于提高经营绩效的关键阶段，率先引