建设数字矿山的核心技术是什么

智能化的煤矿开采技术可以实现综合开采设备的全自动化操作，从而达到可视化远程控制状态。

成都创新互联自2013年起，先为安远等服务建站，安远等地企业，进行企业商务咨询服务。为安远企业网站制作PC+手机+微官网三网同步一站式服务解决您的所有建站问题。

对于煤矿企业来说，在煤矿开采的过程当中，必然会面临开采人员的人身安全问题，尤其是地下煤矿开采活动，为了能够降低安全事故的发生概率，并且对已发生的事故能够做出及时的响应。

这时候煤矿智能化技术的研发与应用作用就凸显出来了，一方面，有效地构建了一个能够准确定位井下工作人员的具体位置的感知区域，为发生危险时进行搜救提供了更加有力的帮助；另一方面，通过与云计算和边缘计算的充分结合，促进了设备数据的完美互通，从而对地下环境实现实时动态监控。

通过监控中心与指挥中心的互联互通以及相互协作，不仅能够实现工作面的可视化，同时还提高了井下作业的安全性，实现了地面指挥中心对井下作业相关情况的及时捕获，并针对突发事故做出及时的反应。

煤矿的地质信息会随着采掘工作的进展而发生不同变化的动态信息。将地址信息精准化是煤矿采掘的基本也是核心，也是智能模块形成的基础条件。

所以，开发工作面使用智能采掘系统及装备，将采掘数据与地址信息自动采集、处理、分析从而构建一个精确的动态巷道图，将矿井内部全方位信息透明化，从而实现将地质信息、测量数据及巷道掘进动态，形成三维电子图进行管理。Hightopo根据矿山现场的 CAD 图、鸟瞰图、设备三视图等资料还原外观建模，搭建 3D 轻量化大型智慧矿山，围绕以数字化开采、高速掘进、智能通风排水供配电、筛煤工艺等内容为主体的三维立体可视化管理系统。

通过其引擎强大的渲染功能，真实还原采煤机井下运动工况的行进效果，利用可视化图表将采煤机运行的关键数据进行直观呈现。设有记忆割煤、滚筒换向、自动往返及故障诊断的联动控制功能，针对采煤机故障诊断提供切实的数据依据，加速扼杀故障的萌芽。通过地面调度室即可远程遥控操作，由此达成井下少人化作业，加大煤炭资源的开采效率，为采煤机的高效安全生产奠定基础。

在煤炭开采过程中，可以实现机械设备处于全面控制并且被实时监控的状态。例如，采煤专用设备，液压支架、供电设备等。此外，根据实际工作环境，设计合理的施工工序，实现井下作业控制系统与地面控制中心控制系统集中控制综采工作面，不仅可以实现煤炭开采流程全自动，还可以实现井下作业的可视化，从而在很大程度上提升了井下作业的安全性以及提高煤炭开采的工作质量。

HT 也提供结合 GIS 地图展示矿山领域解决方案，产品的定位在于运用产品强大的可视化技术，通过无人机航拍，加后期数据处理，无缝融合 HT 原有 3D 模型，实现了矿山宏观和微观融合一体化的需求，很好的解决了传统人工实景建模工作量巨大的问题。

针对环境态势、掘采进度、设备运作、工况状态等信息进行高精度实时监测，赋予数据空间属性，使复杂因素可视化。形成一套可被洞察的参考数据，为开采作业监管提供强有力的决策支撑。

随着国家环境保护力度的持续加大及能源消费结构的转型，正倒逼煤炭产业必须走绿色智能的清洁化生产之路。云技术、大数据时代的到来，煤炭行业如果想恢复改革开放时期的繁荣景象，就必须紧跟时代步伐，运用大数据，结合云技术将智能化技术运用到开采工作当中。

龙软科技四大专利之-GIS协同“一张图”及智能管控平台组

科创板煤炭工业软件龙头企业龙软 科技 （688078.SH）是一家基于LongRuan GIS +互联网+大数据+云计算,并为智能煤矿信息化领域提供整体解决方案的高 科技 公司。其中，公司最硬核的技术及相关专利之一，是龙软 科技 凭借多年行业积累，基于自主研发的LongRuan GIS 打造的智能煤矿“一张图”。

如同百度、高德和谷歌等民用地图改变人们的出行方式一样，LongRuan GIS “一张图”综合解决方案，通过技术创新推动了煤矿传统的管理模式变革，为构建智能煤矿的信息化管理模式提供了高 科技 支持。

什么是“一张图” ？

龙软 科技 “一张图”是GIS（地理信息系统）技术在煤矿行业的创新应用。“一张图”是一种创新管理模式, 是煤矿的BI（商业智能）, 也是煤矿技术人员的SVN/GIT（分布式版本控制系统）。

“一张图”及智能管控平台是一个面向行业数据库的大型数据仓库，它通过综合信息监管来提取对业务的分析信息，且无论是原始数据还是挖掘分析后的信息，都可以通过基础服务平台向外提供服务访问和交互。具体到煤矿方面，实现了矿山“采、掘、机、运、通”相关的安全生产、监测监控、安全管理等业务和数据与基础地理数据的叠加集成、汇交更新。各业务单位分工协作、各司其职，共同构建起矿山一张图，为安全生产、动态监控、经营决策等提供多维数据支持。

突破关键技术 释放创新能量

一直以来龙软 科技 在自主创新研发方面投入巨大。截至目前，公司取得煤矿信息化、智能化领域相关专利权54项（其中发明专利31项）、软件著作权242项。研发团队瞄准了行业痛点，已逐步形成了“四大”核心专利技术组：（1）GIS协同“一张图”及智能管控平台相关专利组；（2）智能综采综掘工作面相关专利组；（3）透明化矿山相关专利组；（4）矿山新型开采方式及装备的相关专利组。

其中，第一大专利组GIS协同“一张图”及智能管控平台相关专利主要涉及六项高价值的创新型专利：（一）“煤矿分布式协同一张图系统及协同管理方法”（二）“一种矿井信息化管理多专业巷道图形的动态更新方法”（三）“一种基于时态GIS的煤矿可视化管控系统”（四）“一种交互式注记等值线数值的方法和装置”；（五）“一种参数式煤矿井下供电设计方法”（六）“一种快速生成煤层小柱状的方法和装置”。

据了解，该组专利涵盖了煤矿时空数据“一张图”协同处理及管控平台应用。

专利一“煤矿分布式协同一张图系统及协同管理方法”， 提出了煤矿多专业数据统一管理、动态即时更新和共享的方法，奠定了煤矿“一张图”系统的关键技术基础，最早形成了煤炭行业信息化建设“一张图”模式。2017年龙软 科技 基于项目研发成果申请了发明专利，并于2019年获得授权。项目技术成果“煤矿空间信息服务与管理关键技术研究及产业化应用”，获2018年中国煤炭工业科学技术一等奖。

专利二“一种矿井信息化管理多专业巷道图形的动态更新方法”， 基于煤矿“一张图”技术体系，围绕煤矿数据规范化管理和自动化处理应用问题，提出了基于协同思想的煤矿巷道图形动态更新方法，解决了煤矿地测专题图形、一通防专题图形、机电设备布置专题图形、监测监控专题图形中必不可少的巷道动态更新难题。由于巷道数据是煤矿各类专题图形的最基础内容，该专利适应于几乎所有应用“一张图”模式的煤矿专题图处理和更新，是该领域必不可少的技术方法。龙软 科技 于2020年获得该项发明专利授权。

专利三“一种基于时态GIS的煤矿可视化管控系统” ，提出了基于时态地理信息系统TGIS“一张图”和透明化矿山的煤矿二三维一体化管控平台技术和方法，奠定了煤矿可视化管控平台及透明化智能开采的关键技术基础，融合地理空间场景构建、传感数据采集与通讯、脚本化模型驱动等技术，形成了以实时、动态地理信息为支撑的矿井二维、三维可视化管控新模式。2021年龙软 科技 获得该项发明专利授权。

此外，结合煤矿地理信息系统及“一张图”平台应用中的日常需求，针对等值线生成、小柱状绘制、供电系统设计等问题，创新提出并形成了“交互式注记等值线”、“快速生成煤层小柱状”、“参数式煤矿井下供电设计”等发明专利。基于以上系列专利，公司产品可以为煤矿时空数据的处理提供更高效、便捷的处理支持，进而形成统一、规范、完整、动态更新的煤矿“一张图”时空数据库和管控平台，并最终建立“基于多维GIS或图形处理技术的煤矿可视化管控系统”，实现煤矿自动化、智能化工业控制和可视化多维地理信息的一体化集成。

公司始终从煤矿智能化需求出发，通过分布式协同一张图的理念，改变了煤炭行业传统的单机工作模式，建立了煤矿多专业业务数据的统一管理、协同处理、动态更新、可视化管控体系，并通过创新的巷道多专业更新等技术方法，提高煤矿时空数据处理的效率及完整性，解决了阻碍煤炭行业信息化、智能化建设的数据孤岛严重、跨专业无法协同、跨部门管理困难、数据实时性不高等难题，解决行业痛点，为煤炭行业信息化、智能化建设开辟了基于时空地理信息系统的“一张图”综合管控和自适应智能开采模式，给煤炭企业带来一种全新的、适应“智能矿山”信息化建设要求的新型信息化管理模式。

多应用领域推动产业升级

“一张图”协同处理及管控平台应用对象可以是单个煤矿，也可以是多级架构的煤矿企业集团，分布式架构的自身特点决定了“一张图”系列产品具有极强的适应性，可应用于多个领域与场景。无论对于大型煤矿企业集团，还是中小煤矿企业，“一张图”产品解决的统一空间数据存储和分析应用平台问题均是煤矿信息化建设中的核心问题之一，也是当前实现煤矿智能开采必须面对和解决的基础问题。

目前，公司凭借着“一张图”协同处理及管控平台相关专利技术已成功已应用于陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿“黄陵一号煤矿矿井智能综合管控云平台”、河南煤化集团永煤集团新桥煤矿“安全生产智慧管控平台”、江苏徐矿能源股份有限公司张双楼煤矿“智能GIS“一张图”平台”、国家能源集团新疆能源乌东煤矿“基于急倾斜煤层的一张图智能管控平台”、山东能源兖煤股份东滩煤矿“智能矿山综合信息管控系统”、中煤陕西榆林能源化工有限公司大海则煤矿“生产执行系统”等智能化建设示范矿井。

实践表明，基于GIS协同“一张图”、虚拟矿井、大数据安全动态诊断等核心技术专利的研发，解决了高度一体化管控的智慧、高 科技 矿区的关键问题。“一张图”管理系统的推广与实施，将为我国智能矿山建设奠定坚实的基础，不仅能够减员增效，而且还能进一步保障矿井安全生产。龙软 科技 作为专注于行业发展的高新技术企业，具有持续、强大的创新能力，对推动我国煤炭工业安全生产技术的信息化管理具有重要的 社会 效益。

GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用综述

袁中智

（重庆市国土资源和房地产信息中心，重庆，400015）

摘要：GPS技术已广泛应用于各行业的数据采集、定位、导航、勘测等工作，随“金土工程”的实施，为构建“天上看地上查网上管”的管理新体系，GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用将出现新的高潮。为此，本文在探讨GPS技术在矿产资源勘查开发各环节中的应用基础上，分析了应用中存在的问题，展望GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用前景。

关键词：GPS；矿产资源；应用；综述

GPS广泛应用于土地变更调查、资源清查、滑坡变形监测、大型构筑物位移实时监测、地面沉陷监测、房地产测量，以及所有在室外进行的数据采集、定位、导航、勘测等工作。由于矿产资源勘查、矿区范围的划定、矿体规模的测定等都需要进行定点测量，所以可以使用GPS技术提高作业效率。中国地质调查局制定的《战略性矿产远景调查技术要求》中也明确要求，在进行矿产地质填图、勘查、矿产检查时，应使用GPS进行定点、定位和测量等。

2006年4月5日，国土资源部建部以来第一次科技大会在京召开，大会将发展资源调查、监测技术和实施“金土工程”等作为重要任务进行了部署，这将掀起一场GPS技术在国土资源管理中广泛应用的高潮。由此，本文将探讨GPS技术在矿产资源勘查开发各环节中的应用情况、存在问题以及应用前景。

1 GPS 技术在矿产资源勘查开发中的应用

1.1 钻孔定位

将GPS技术应用于钻机钻孔定位，远优于操作人员的肉眼控制。即通过安装GPS和相关软件用于钻孔导向，随时了解钻孔位置和钻进情况。GPS用于钻孔定位可以减少现场测量工作，为提出更好的爆破设计创造条件，使炮孔布置精度更高、时间更短；可直接向装药车提供钻孔数据；同时还可以避免超钻和欠钻。

1.2 车辆设备监控调度

对大型采矿场，需随时了解卡车、电铲等设备的位置、状态信息，以便进行监控调度，使用传统的人工调度方法，调度员难以动态了解场内所有车铲的位置和状态，很难做出最优调度，所以调度指挥较为粗放，导致大型采运设备的效率难以充分发挥，生产潜力难以挖掘。使用GPS可以随时精确测定铲车标高，以便工作人员立即发现铲车是否在正确的位置作业。

在矿区，汽车安装GPS后，管理人员可以随时了解车辆在全矿区的运行路线，查看车辆卸载位置是否正确，了解车速，进行汽车调度。建立基于GPS/GIS技术的智能运输系统，可以在开采量一定的条件下，使用最少的卡车和电铲，实现最优调度，大大提高开采作业效率。系统可通过安装在卡车、电铲等工具上的车载终端（GPS接收设备、通信控制设备等），广泛收集各种数据，然后通过无线通信，将数据实时传送至中央计算机，由中央计算机根据矿山数据（作业计划、道路网）进行快速运算，解算出调度方案，同时将调度指令发送给装运设备，从而实现最优调度。

1.3 地表矿料堆体的测算

矿料、燃料是大型冶金、矿山等企业的重要资产，对这类资产的评估需进行体积和重量的测算，由于矿料、燃料一般分布广散（几km2 到几十km2），不仅形状复杂，而且瞬时进出变化大，给资产评估带来很大难度。国内外测算体积主要用航空摄影测量、地面立体测量以及门式装置的激光扫描等，但由于这些方法，或者设备昂贵、测量条件要求高，或者精度不能满足要求，测量周期长等条件限制，使得这些方法的推广应用受到一定限制。虽然电子全站仪同计算机相结合的空间三维快速测算方法具有准确、快速、灵活等特点，但需要投入的人力、物力较多，所需时间较长。

GPS－RTK技术是用来确定待测点三维空间坐标的一种方法，进行GPS－RTK测量，至少需要一台基准站和一台流动站，流动站通过接收基准站发送过来的改正参数和直接的卫星信号，可以快速确定测点位置，实践证明，将GPS－RTK技术应用于地上矿产资源测算，具有准确、灵活、快速、省钱、省时、省力等优点。同时GPS－RTK技术同地质雷达技术结合，还可以有效测算浅层地下矿藏储量。

1.4 矿山环境监测

矿产资源勘探开发过程中常产生环境问题，如废弃的物质和能量会造成水土污染、空气污染（粉尘和有毒有害气体污染）、噪音污染、光污染、辐射污染等环境危害；压占、破坏土地资源、水资源、森林草地等自然环境资源；造成水土流失、土壤侵蚀、土地沙化、地质景观破坏等地质环境破坏；诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面开裂、地面沉降、地面塌陷、河堤溃决、海水入侵等地质灾害。随采矿业的发展，采矿对环境污染日益严重，对大型矿区来说，不仅需要对环境进行连续监测，而且要求有效管理和迅速处理各种监测数据，以便及时采取应对措施。而GPS与GIS结合构成环境监测与分析系统，可实现对环境的时时监测与处理。将各种环境传感器（如瞬时光谱仪、红外辐射仪、温度计、酸碱度测定仪、噪声仪等）与GPS接收机构成一起，传感器采集的数据与GPS数据一起输入到数据库中，使用GIS对监测数据进行展示和分析。这不仅便于监测数据的组织管理，图形的直观、形象表达，而且便于对监测数据的分析，了解其影响范围、发展规律，为进一步预测灾害，防灾减灾提供决策依据。

1.5 物、化探勘查

地球化学勘查中需要进行土壤地球化学测量的测网布设、水系沉积物中的采样点定位，以及岩石测量的定位等。常规的测网布设方法是，先由测量人员做好控制和基线，然后用罗盘仪和测绳布设测网，而水系沉积物和岩石测量的定位常根据地形图和标志物进行定位。常规方法费时费力，而且工作难度较大，若使用GPS技术进行测量，可以绕开控制测量环节，在节省测量时间的同时，降低了施测条件的要求，减轻了工作强度。同样，对于区域物探调查中的重力测量，传统的重力点点位高程测量使用气压测高和航片刺点的方法，不仅操作复杂，而且内业工作量较大，精度较低。使用GPS技术不仅能提高测点点位精度，降低工作强度，而且可以解决在通视条件较差的条件下目测定点困难的问题。

1.6 形变监测

矿区开采，难免使开采区发生地表移动与变形，如建筑物、构筑物的位移、倾斜、沉降，以及矿区的整体下沉等，因此对矿区进行变形监测十分必要。常规的监测技术是应用水准测量的方法监测地基的沉降；应用三角测量的方法监测地基的位移和整体倾斜。由于被监测物体通常几何尺寸较大，监测环境复杂，监测技术要求高，因此应用常规技术监测，不仅时间长、劳动强度大，而且自动化程度低。GPS技术以其在连续性、实时性和自动化程度高等优点，在变形监测中发挥着传统测量无法比拟的重要作用。

矿区GPS变形监测主要有两种方法，一是定期在监测点安置GPS接收机进行变形监测，并分期进行数据处理，根据多期监测数据进行变形分析。二是应用GPS实时监测，即在变形监测点上安置GPS接收机，全天候进行GPS监测，也可根据实际情况，每天施测几个时段，并直接将观测数据传入GPS解算软件，解算出基线变化量与三维坐标变化量。实践表明，GPS实时测量，能够监测出地表的非线性变形，并准确建立地表移动的动态运动模型。

1.7 矿区范围划定

在矿产资源管理中，常需要矿区范围划定，为了防止矿界纠纷，需要准确测定矿区拐点坐标，由于矿区大多地处偏僻，地形条件复杂，使用传统的测量方法既费时又费力，而使用GPS技术进行测量能减少大量人力，提高工作效率。一般来说，GPS 单点定位在30m～100m，虽然工作简单易行，但其定位精度太低，不能满足定位需求；GPS静态测量虽然精度较高，但寻找已知控制点较难。相对而言，使用手持式GPS测量系统更便于野外作业，而且具有观测时间短、精度高、无需通视等特点。

手持式测量包括基准站系统和移动系统。基准站系统一般设置在办公地，天线置于屋顶，移动系统则随待测点移动，其基本原理是基准站系统与移动系统同步观测GPS卫星载波相位信号，利用差分定位原理消除电离层、对流层等带来的误差，提高测量精度，通过随机软件进行基线解算和坐标转换参数解算，求出待测点的坐标。实践证明，手持式GPS测量系统的定位精度在30km范围内可达0.5m，完全满足矿区定界的要求。

1.8 矿区控制网建立

矿区控制网是矿区测绘、勘探、设计和生产建设的基础。运用GPS技术布设矿区控制网，不仅精度高，而且点位精度分布均匀；GPS控制网基本不受边长的限制，边长可以相差较大，较常规的三角网方便灵活，且点间无需通视。经研究表明，采用GPS技术建立平面控制网，所需作业人员仅为同级常规测量控制网的40%，所需作业时间为21%，所需作业经费为35%。

1.9 水文地质调查

在矿区水文地质调查中，需要确定每个调查点的位置，利用罗盘及地形地物定点效果较差，应用手持GPS进行测量定点，可以大大提高点位精度。实践表明，利用手持GPS接收机进行水文地质调查工作，其单点定位精度能控制在5m以内，完全满足工作需要，较好地解决了不同地形及艰险条件下地质填图中点位精度问题。

1.10 地质测绘

地质勘查中需要进行地质填图测量、物探测量、化探测量、地质工程测量等，传统的测量设备主要使用全站仪、罗盘、测绳等，测绘人员工作强度较大，工作效率较低。GPS的应用大大提高了测绘效率，特别是手持GPS与成图软件的配合，不仅可以方便地从接收机中下载野外采集的数据，而且可以将GIS数据导入到接收机中，便于野外工作。

此外，GPS技术还应用于矿井贯通、矿山风井位置确定等。

2 GPS 技术在矿产资源勘查开发应用中存在问题及应用前景

2.1 存在问题

（1）尽管GPS有广泛的应用领域，但由于经费、技术水平，以及思想认识等原因，在矿产资源勘查开发中未得到广泛深入应用，应用成熟度低。

（2）由于建立GPS台站网投入大，维护费用高，我国利用台站网的技术也不成熟，矿产资源勘查开发中仍主要使用RTK技术进行测量作业，这就需要在测区附近建立控制点，架设参考站，给实际工作带来不便，而且精度分布不均。

（3）由于矿产资源的勘查开发工作场所主要在野外，地形和树木的遮挡常影响GPS的收讯，也使GPS技术难以在矿产资源勘查开发得到广泛应用。

（4）目前虽然GPS技术在矿产资源勘查开发的应用逐渐扩大，然而各应用系统还处于各自为政、零打碎敲的散乱状态，没有统一的平台支持，缺乏统一的行业标准。

（5）由于基础地理信息建设滞后，也未形成良好的使用更新机制，加上部门间、地区间对电子地图的控制，严重影响GPS的广泛深入应用。

2.2 应用前景

（1）随金土工程的实施、行业标准的逐步建立、基础地理信息的建设，以及“3S”技术的集成应用，将为GPS技术的应用创造良好的应用环境。

（2） GPS台站网作为获取空间信息的基础设施，具有广泛的应用前景，国内一些主要城市已相继建立了GPS台站网，各地GPS台站网的建立将进一步促进GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用。

（3）随GPS接收机的不断改进，体积越来越小，重量越来越轻，价格越来越便宜，以及数据后处理软件的开发利用，GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用领域会不断拓宽和发展。

（4）利用GSM和CDMA数字移动通信网具有覆盖范围广，系统可靠性高、控制中心建站方便等优点，GPS与GSM和CDMA的结合将成为矿产资源勘查开发中应用的新亮点。

（5）多元定位系统的发展，GPS与GLONASS组合定位技术的研究与应用，将逐步解决GPS在复杂条件下（如山地、森林）接收信号较差的问题，提高定位精度和可靠性，推进GPS技术在矿产资源勘查开发中的应用。

（6）到2008年，伽利略系统的即将运行，其民用精度可达1m，在不通过差分处理的情况下即可满足大部分定位、导航需求，而且费用便宜，使用可靠，这将使定位技术在矿产资源勘查开发中得到更大范围的普及。

随“金土工程”的实施，GPS技术将在国土资源监管中发挥越来越重要的作用，尽管GPS技术在目前应用中存在这样或那样的问题，但以其本身的技术特点和优势，必将在矿产资源勘查开发中得到广泛应用。

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