基于3DGIS的露天矿山开采监管系统开发及应用

基于3DGIS的露天矿山开采监管系统开发及应用
发布时间：2022-05-06T01:34:29.921Z 来源：《中国科技信息》2022年第1月第2期作者：王刚
[导读] 智慧矿山是未来矿山发展的重要方向之一
王刚
工作单位：京山大生建材有限公司邮编：431800
摘要：智慧矿山是未来矿山发展的重要方向之一，而露天矿山是与智慧矿山技术可直接对接的、最重要的应用场景。

随着露天矿山设备的种类越来越多，智能化水平不断进步，现有的研究成果依然面临着诸多问题，应用场景需要扩展到三维场景。

现有大多数研究考虑的是二维应用场景，其通常只能够覆盖部分三维应用，尤其是露天矿山挖掘后矿坑形状绝大部分是非规则的，有时矿坑深度达到１０００ｍ以上，这使得研究三维露天矿山应用场景非常必要。

需要提高矿山设备的可部署性。

在露天矿山中，设备部署面临一定困难，随着矿坑深度不断增加，部署移动式通信设备的布线难度、安装和施工难度不断加大，不易于形成稳定的网络链路。

需要重视设备数量和移动性差异。

随着露天矿山采矿需求不断变化，矿坑中设备数量也会随之发生变化，而且，随着矿山设备种类不断增多，各种设备移动性差异较大，这种移动性的差异容易导致更多不稳定链路。

基于此，本篇文章对基于3DGIS的露天矿山开采监管系统开发及应用进行研究，以供参考。

关键词：基于3DGIS；露天矿山；开采监管系统；开发及应用
引言
矿业是从地下开采有经济价值的矿物或其他物质的活动，开采的部位都是矿物比较集中的矿床,矿业开采的物质包括铝矾土、煤、钻石、铁、稀有金属、铅、石灰石、镍、磷、岩盐、锡、铀和钼等。

几乎任何不能由农业生产的原始物质都是由矿物提供的。

从广义来说,石油、天然气、甚至地下水的开采都能算做矿业范畴。

从矿业的发展来看，可以发现随着生产效率的提升人力在矿业一线生产力的角色逐渐转变为辅助作业的角色，辅助作业即在作业环境复杂、作业难度大的情况下，人类协助机器完成作业。

机器正.在逐渐接替人类完成更辛苦、更危险、更复杂的工作，在机器随着科技逐渐完善与发展的过程中人类也逐步从一-线走向后台。

从人力矿山、机械矿山到现在的信息矿山、数字矿山、感知矿山乃至智能矿山。

矿业正在向着自动化、智能化和无人化迈进。

1矿山数字化转型背景
近年来随着“智能制造”、“两化融合”概念的兴起，国家实施了制造强国战略第一个十年的行动纲领“中国制造２０２５”宏大计划。

总书记２０２１年领导人气候峰会上提出“力争２０３０年实现碳达峰，２０６０年力争实现碳中和”后，中华人民共和国工业和信息化部、国家发展改革委、自然资源部联合发布《有色金属行业智能工厂（矿山）建设指南》，中国有色金属协会随即下达了力争２０２５年有色属行业达到碳达峰，２０４０年力争实现碳中和的工作目标。

当前，我国采矿企业资源面临品位下降、资源枯竭、安全环保压力大、招工难等一系列难题，这些发展中不可避免的问题促使企业朝向绿色智能矿山之路转型。

以５Ｇ、大数据、人工智能、物联网、云计算等为代表的新一代技术在采矿领域不断深化应用，引发了矿山生产运营模式的变革。

在此背景下，采矿工艺开始向规模化、集约化、协同化方向发展，采矿过程全面迈入自动化、智能化乃至无人化阶段。

选冶矿过程全面实现自动化，并逐步走向智能化阶段。

生产管理以“数据驱动”为新的发展理念，形成了从勘探数据到储量数据，从产量数据到运营数据的矿山大数据集成系统，数据化转型之路逐步展露出强大的生产力。

2系统主体结构的规划设计和搭建
地理信息系统（英文全称为GIS-GeographicInformationSystem）指的是一套集采集、管理、控制、模拟以及解析地理空间有关数据信息的软件系统，既能适时生成多类的空间以及动态的地理空间相关的数据信息，还可以加速地理空间相关信息的应用和相关产业的迅速发展，是地理空间相关科技在实际应用领域的重要软件载体，具有非常广泛的未来应用前景。

2.1系统开发平台选择
目前，实施GIS技术相关的应用程序开发通常为3种类型：首先是完全的自主研发；其次是在现有的成熟体系架构的GIS信息系统平台上实施二次开发；最后是应用GIS技术的相关组件实施开发。

因为系统的组件模式的开发过程相对简单和灵活，并且具有开发周期比较短，能够脱离信息平台进行独立的工作等等优点，本文研究的系统应用此类式进行开发，依照3层模型即为：数据信息服务层、应用程序逻辑层、界面操作层来实现系统框架的搭建。

2.2三维立体空间的建模操作
伴随着三维立体空间GIS相关技术的快速发展和进步，精确的3D立体建模为三维立体空间的数据信息研究以及解析提供了现实的可能性，让城市中的具体物体具备了真实的3D立体感，保证用户可以更加直观、方便地在3D立体空间的世界中漫游，实现身临其境的真实感觉。

3dsMax是一款非常优秀的3D立体动画绘制软件，具备完备的空间建模的能力，而且能够和其他后期的软件进行有机融合，保证制作的流程更加流畅。

在3dsMax软件系统中拥有3种建模的形式，多边形方式，面片方式以及NURBS形式的建模过程中，通常来讲的建筑物应用多边形模式的建模方法最为方便快捷。

模型生成后可以对建筑物实施拉伸操作以及适当的修改操作，然后对相关的模型赋予特定材质属性以及贴图息，保证最终效果可以更加接近于真实的情况。

3应用成效
该系统已应用到某市地矿管理部门，为越层越界开采监管等各项矿政管理提供精细化本底数据，一方面可以帮助监管部门直观了解开采进度，实现快速预警机制；另一方面可以结合虚拟现实技术直接指导矿山承包者避免违规开采。

通过在线实时监管弥补了传统矿山监测手段单一、监管效率低及事后监管的缺陷。

3.1动态监测
整合获取的多期矿山实景三维数据，实现系统平台同点位、同角度分屏对比查看，通过建立多时相实景三维坐标映射关系，监管矿山开
采动态、矿山治理及复绿进度等。

成果分屏界面如图1所示。

图1成果分屏界面 3.2开采超界监测
套合BIM模型界面如图2所示。

图2套合BIM模型界面 3.3实时监控
系统平台通过远程调用视频监控设备（设备型号为海康威视DS-2DE7232IW-A(C)，连接视频监控接口，实现现场画面实时图传。

结束语
总而言之，基于3DGIS的露天矿山开采监管系统从人员的人力操作到计算机的数据决策，不仅仅是设备的智能化改造升级，对人员操作能力和技术水平也提出了更高的要求。

矿山数字化建设既非一朝一夕又非遥不可及，需要从上层的管理开始进行变革，管理层对矿山数字化建设现状有着清晰明了的认识后，做出正确的发展决策。

技术人员以提高自身技术知识为基础，对设备进行数字化改造，并能够自主完成采矿流程设备的维护，为矿山生产提供坚实的保障。

智能化矿山建设是我国采矿行业发展的必由之路，产业中成功案例告诉我们，矿山数字化转型既要只争朝夕，又必须脚踏实地，既不能建设出“样板”矿山，又不能只按照传统的安全稳定的生产作业方式。

只有稳中求变，以国家大政方针作为发展方向，才建设出一批世界一流的数字化智能矿山。

参考文献
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[4]田善君.面向矿山开采监管的时空数据模型研究[D].中国地质大学,2018.
[5]陆世东,杨文森,尹峰,曹千红,张玲.基于3DGIS的矿山综合监管系统设计[J].地理空间信息,2018,10(04):95-97+99+182.
4、作者简介：王刚，1971年5月，男，汉族，湖北京山人，1990年毕业于京山市第二高级中学，高中学历。

现在京山大生建材有限公司工作，从事生产管理工作。

工作单位：京山大生建材有限公司邮编：431800。