礦山數字孿生智能化是采礦工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，是面向采礦工業(yè)互聯(lián)互通及智能化應用，發(fā)揮連接物理世界和信息世界的橋梁與紐帶作用，將在礦產(chǎn)開(kāi)采、視頻監控、人機交互等方面提供更加實(shí)時(shí)、智能、高效的服務(wù)。推進(jìn)礦山建設與管理數字化、智能化內涵式發(fā)展,通過(guò)研究礦山精準探測與數字礦山精確建模技術(shù)，構建礦山可視化物理模型、可驗證的仿真模型、可表示的邏輯模型、可計算的數據模型，實(shí)現物理礦山實(shí)體與數字礦山孿生體之間的虛實(shí)映射、實(shí)時(shí)交互。
在智能礦山系統中，礦山數據模型是實(shí)現礦山?jīng)Q策學(xué)習自我優(yōu)化的關(guān)鍵，同時(shí)也是數字四胞胎描述智能的另一種實(shí)現方式．在物理世界中的決策系統可以根據以往發(fā)生的事件而做出決策，即“吃一塹，長(cháng)一智”，但在平行礦山數據模型構建技術(shù)的幫助下，可以對以往的事故進(jìn)行多次學(xué)習，即“吃一塹，長(cháng)多智”，實(shí)現智慧礦山操作系統的快速成長(cháng)．人機交互協(xié)同是礦山智能開(kāi)采中的典型應用場(chǎng)景，通過(guò)人機交互可以實(shí)現遠程控制、實(shí)時(shí)監測、精確定位與健康預測，提高礦山全息感知、可視化運維水平和智能生產(chǎn)效率。
將“數字孿生+5G”與AI技術(shù)相結合，聚焦智慧礦山建設目標，以智慧礦山系統建設、優(yōu)化和關(guān)鍵技術(shù)為核心，基于礦山信息物理空間的數字孿生和深度學(xué)習方法構建全域感知、邊緣計算、數據驅動(dòng)和輔助決策的智慧礦山平臺基于數據融合的企業(yè)數字孿生礦山需要通過(guò)現場(chǎng)數據的采集和感知，充分融合礦山行業(yè)工藝技術(shù)和生產(chǎn)管理知識，建立大數據和人工智能計算與服務(wù)中心,結合邊云協(xié)同計算與控制，建立礦山基于組織架構的數字孿生礦山，并能更新實(shí)時(shí)狀態(tài),建立礦山可視化物理模型、可驗證的仿真模型、可表示的邏輯模型、可計算的數據模型,實(shí)現物理礦山實(shí)體與數字礦山孿生體之間的虛實(shí)映射、實(shí)時(shí)交互,部署相應的生產(chǎn)管控系統,實(shí)現數字資源的整合。
1.數字孿生系統架構
感知層：感知層主要包括物理實(shí)體中搭載先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類(lèi)新型基礎設施。
數據層：數據層主要包括保證運算準確性的高精度的數據采集、保證交互實(shí)時(shí)性的高速率數據傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數據管理。
運算層：運算層是數字孿生體的核心，其充分借助各項先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現對下層數據的利用，以及對上層功能的支撐。
功能層：功能層是數字變生體的直接價(jià)值體現，實(shí)現系統認知、系統分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統認知，數字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現物理實(shí)體的狀態(tài)，它是實(shí)現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實(shí)現數字孿生體的狀態(tài)監測功能，發(fā)揮對物理實(shí)體的早期預警作用。故障診斷，通過(guò)分析物理實(shí)體的運行狀態(tài)，了解現象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術(shù)來(lái)預見(jiàn)物理實(shí)體未來(lái)的狀態(tài)演變，從而指導當前的運行決策。
應用層：應用層是面向各類(lèi)場(chǎng)景的數字孿生體的最終價(jià)值體現，具體表現為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品，能夠明顯推動(dòng)各行各業(yè)的數字化轉型。
2.數字孿生系統的典型特征
等價(jià)映射：數字孿生體是對物理實(shí)體的等價(jià)描述，是對物理實(shí)體進(jìn)行數字化而松建的模型數字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數字孿生體能夠實(shí)現雙向映射、數據連接和狀態(tài)交互，起到“數化”、“保真”效果。
實(shí)時(shí)交互：基于實(shí)時(shí)傳感等多元數據的獲取，孿生體可全面、精準、動(dòng)態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化，包括外觀(guān)、性能、位置、異常等?！皩?shí)時(shí)”體現數字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)虛擬映射;“交互”體現數字孿生體與物理實(shí)體間存在數據及指令互動(dòng)。
共生演進(jìn)：“共生”體現在數字孿生體與物理實(shí)體同步構建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著(zhù)孿生對象的生長(cháng)而不斷演變。共智體現在三個(gè)層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數據、算法)、孿生體內部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。
預測優(yōu)化：根據物理實(shí)體的各項真實(shí)數據，通過(guò)數字孿生體進(jìn)行仿真，實(shí)現對物理實(shí)體未來(lái)狀態(tài)的預測，預先知曉未來(lái)狀態(tài)能夠輔助用戶(hù)做出更合理的決策。根據物理實(shí)體的實(shí)時(shí)運行狀態(tài)，通過(guò)數字孿生體進(jìn)行監測，實(shí)現對系統不穩定狀態(tài)的預測，預先覺(jué)察即將可能發(fā)生的不穩定狀態(tài)，使用戶(hù)更從容地處理該問(wèn)題。
建立數字孿生體的最終目的，是通過(guò)描述物理實(shí)體集合內在機理，分析規律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優(yōu)化指令或策略，實(shí)現對物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據數字孿生的典型特征，可以得出數字孿生的體系架構。
3.智慧礦山實(shí)景三維動(dòng)態(tài)監控系統功能
（1）轉型布局規劃
我國礦山行業(yè)尚處于數字化轉型的初期階段，在總體布局、標準制定、技術(shù)能力、產(chǎn)業(yè)政策等方面相較于水利、交通、電力等行業(yè)相對滯后。
作為云計算、XR、大數據、物聯(lián)網(wǎng)、5G等核心技術(shù)載體，數字孿生可充分發(fā)揮紐帶作用，將業(yè)務(wù)應用與各項技術(shù)有機融合。
比如，在典型的露天礦、井工礦兩大應用場(chǎng)景中，數字孿生技術(shù)可將開(kāi)采區、加工區、廊道區、儲存區、運輸區五大細分應用場(chǎng)景進(jìn)行還原，并與礦山業(yè)務(wù)系統相融合，搭建流程貫通、業(yè)務(wù)融合、場(chǎng)景監控等多維智控一體的數字化礦山管理平臺。 該管理平臺，可搭建完整的智慧礦山頂層架構，打造轉型藍圖規劃“一張圖”，幫助礦企以體系化、系統化的思維和視角，從頂層設計層面出發(fā)，加快信息化、數字化、智能化建設。
（2）提升設備效率，加速礦山無(wú)人化
當前，我國礦山裝備尤其是核心裝備自動(dòng)化程度低，信息化系統建設普遍相對滯后，專(zhuān)業(yè)型人才流失嚴重。再加上，早期建設缺乏整體規劃，導致系統功能單一、各個(gè)系統之間數據不互通、業(yè)務(wù)綜合利用率低。
基于礦山數字化轉型關(guān)鍵業(yè)務(wù)場(chǎng)景，數字孿生技術(shù)可以完成對于設備的實(shí)時(shí)監控、人員的遠程指導、故障的提前定位、多系統的復合管理，將核心裝備的應用效率開(kāi)發(fā)到最大化，加速推動(dòng)礦山無(wú)人化。
（3）業(yè)務(wù)整合
傳統的礦山信息化系統煙囪式部署，跨組織協(xié)同存在壁壘。一方面，出于歷史原因，大多數礦山IT建設缺乏歸一管理，面對需求迥異且開(kāi)發(fā)時(shí)間不一的內容時(shí)，往往多系統并行；另一方面，礦山領(lǐng)域涉及到地質(zhì)水文、采選設計及生產(chǎn)、礦井環(huán)境監測等復雜多變的信息內容，各系統之間的數據相互獨立，在應用層面存在天然的隔離。
基于核心產(chǎn)品數字孿生開(kāi)發(fā)的應用，可實(shí)現多業(yè)態(tài)模塊的有機融合，連通多業(yè)務(wù)系統數據，真正實(shí)現數據從采礦到運輸的流通，以及對于沉寂數據的高效利用。
（4）協(xié)同管理
在開(kāi)發(fā)模式上，將業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)變成簡(jiǎn)單的“拖、拉、拽”交互形式，同時(shí)滿(mǎn)足各個(gè)業(yè)務(wù)模塊的協(xié)同開(kāi)發(fā)。
除了協(xié)同管理外，不少用戶(hù)備受數據源融合困擾。系統提供數據融合功能，支持來(lái)自物理實(shí)體、虛擬模型、人工建模、現場(chǎng)勘測、AI重建等多種數據源。
（5）仿真推演
基于仿真數據，系統還可進(jìn)行如偏坡監測、電子圍欄、微震仿真、應力變化等相應的仿真推演，并以插件形式提供給客戶(hù)，滿(mǎn)足于礦山領(lǐng)域的多樣化需求。
（6）數字資產(chǎn)
傳統礦企資源管理體系存在資源、資產(chǎn)估算“不精確”以及信息交換“低效率”等問(wèn)題。而數字資產(chǎn)，是未來(lái)企業(yè)的核心價(jià)值。
融合礦山開(kāi)采資源管理全過(guò)程所用到的系統，包括生產(chǎn)勘探、地質(zhì)圈定、采礦設計、計劃管理、工程實(shí)施、質(zhì)量驗收等環(huán)節，通過(guò)數字化建模生產(chǎn)勘探成果、地質(zhì)圈定資料、采礦設計參數、采場(chǎng)出礦數據、采場(chǎng)資源核銷(xiāo)、資源儲量核實(shí)報告等形成礦山特有的數字資產(chǎn)，為礦企構建一個(gè)數據資產(chǎn)管理平臺，方便各個(gè)環(huán)節設備、人員等資源盤(pán)點(diǎn)、利用。
（7）管理模式升級
礦山的管理水平關(guān)乎著(zhù)整個(gè)企業(yè)的發(fā)展和未來(lái)。長(cháng)期以來(lái)礦山企業(yè)生產(chǎn)管理粗放，原因有二：一是礦山開(kāi)采存在復雜性、多變性、困難性、高危性等特性；二是礦山先進(jìn)技術(shù)更新和信息化技術(shù)應用較其它行業(yè)相對滯后。
“小到一粒石子，大到一座礦山”，都能在數字世界中能夠找到對應分身。這些數字分身，不僅同步感知實(shí)現世界、實(shí)時(shí)反饋虛擬世界決策規劃，還能反向引導真實(shí)世界，由此推動(dòng)礦山在審批-勘探-規劃-采掘-傳送-檢測-加工-運輸等各環(huán)節實(shí)現精細化管理。
規劃階段：可實(shí)現對礦山開(kāi)采的可視化規劃，便于工程師進(jìn)行最佳開(kāi)采設計和資源高效利用。
采掘作業(yè)階段：實(shí)時(shí)監測作業(yè)質(zhì)量和進(jìn)度，異常狀況自動(dòng)及時(shí)報警，提供強有力的安全保障。
傳送、檢測階段：通過(guò)數字孿生平臺對設備進(jìn)行遠程監控和診斷，保障生產(chǎn)過(guò)程的安全性。
加工階段：將物料流轉、加工過(guò)程全部數字化，精確控制并優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，從而提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
運輸階段：全面感知并實(shí)時(shí)監控車(chē)輛、道路等，了解裝車(chē)進(jìn)度，優(yōu)化暢通運輸流程，提升運輸效率。
