摘要：近年来有色金属行业积极探索数字化、智慧化转型的实践路径，本文根据有色金属矿山的特点进行了智慧矿山整体规划、设计、建设思路的浅析，依托一体化网络的基础、5G大数据中心，建设数字化综合管控平台对所有业务系统、设备、人员进行集中管理、指挥、调度，对所有数据进行统一治理、入湖、管理、清洗、分析，挖掘数据价值，突破数字化、智慧化转型的技术壁垒和核心技术，形成一套完整的有色金属矿山智慧化管理运营体系，为企业赋能，为行业智慧化转型发展助力。

　　关键词：有色金属；智慧矿山；建设思路；管控平台

　　1有色金属矿山智慧矿山建设思路

　　智慧矿山是现代信息技术持续应用于矿山企业所带来的矿山运作模式不断升级，矿山信息化不断发展的新阶段。因而，从本质上说智慧矿山是数字矿山的智慧化提升及转型。提升及转型的方式主要体现在两个层面：一是生产环节中各个部件的自主化与智能化运转，二是矿山整体运营的自主调节与智能优化。与之相对应，产生不同方向的智慧化提升、转型目标与建设重点，前者表现在自动化与远程控制，后者则是实现管理与决策优化。基于此原则，有金属矿山智能采矿建设体系从智能生产、智能安全、智能管理和智能决策等四个层次，以现有的自动化、数字矿山建设为基础；从综合管理平台、整体网络架构、系统功能体系等方面进行智慧化提升。

　　基于矿石流与业务流的全面智能矿山将从以下两个主线方向进行建设。

　　1.1以矿石流转过程为主线

　　对矿石流转过程进行实时位置监测与跟踪，通过井下无轨运输系统的精细化管控系统、有轨运输自动化系统、提升自动化系统、溜井、矿仓料位监测等手段，对矿石运提运环节进行统一的优化调度，实时跟踪和计算流转于系统内的矿石数量和质量，并保证矿石流转系统的连续与稳定，最终实现矿石流动过程的可视化管控。

　　1.2以矿山生产业务流程为主线

　　对矿山生产过程进行监控与管理，通过对凿岩、爆破、通风、铲装、支护、充填、运输、破碎、提升等矿山生产业务进行统一的计划编制、调度管理、验收核算，实现矿山生产业务流转的接续性，最终实现业务流程管理与优化以及生产运营智能决策分析等过程的自主评价、自适应调整与智能优化。

　　2有色金属矿山智慧矿山建设目标

　　（1）总体思路。“整体规划，积极探索，平台先行，分步实施，持续优化”。首先，建设网络巩固一体化网络的基础（F5G、融合IP工业网）；其次，建设智慧大数据中心（包括企业私有云建设）及综合管控平台；最后，打造数字底座，对数据进行入湖和治理。在此基础上，智能矿山和智慧园区两大智能应用实现快速开发、运营、迭代。

　　（2）利用3年左右的时间完成智能化矿山基础设施建设及固定场景应用集控中心的建设，移动场景成熟一项推广一项，确保矿山企业在智能化矿山建设过程中立足实际、追求实用、减少投入、确保实效，逐步实现机械化换人、自动化减人、信息化管人、智能化无人。

　　（3）智能化矿山基础设施建设采用总承包的方式，确保数据标准统一入湖，方便后期运行维护。

　　（4）建设期间开始着手做好数据全生命周期的安全防护与管控工作，建立数据安全防护机制，做好权限管理、重要数据的加密和备份。数据安全保障等级须满足达到国家网络安全要求。

　　（5）为保障智能化矿山系统稳定、高效运行，确保后期运维和数据安全，在建设期间需提早做好相关运维人员的招聘和培养，通过全程参与，系统掌握智能化矿山运维流程，及时解决运维痛点。建议学习类似矿山企业经验，向成立专业化信息部门方向发展。

　　3数据、系统及应用规模

　　3.1数据规模

　　建设前期仅对现存静态应用场景数据的点位进行采集统计，未来计划接入的其他应用系统以及多个动态应用场景数据，需在总体设计时考虑各硬件及网络资源的冗余及预留。

　　3.2系统规模

　　（1）设计并搭建系统、安全及数据库基础框架。

　　（2）建成后台管理系统、设计并开发数字化综合管控平台“一张图”。

　　（3）设计并开多源数据融合系统。

　　（4）并开发矿山安全生产运营数据分析预测系统。

　　（5）设计并开发采矿安全生产管理系统。

　　（6）设计并开发选矿安全生产管理系。

　　（7）设计并开发智慧矿山数字化综合管控平台（移动端）。

　　（8）设计并开发安全生产管理系统。

　　（9）设计并开发运营管理系统。

　　（10）设计并开发API数据接口。

　　3.3应用规模

　　面向有色金属矿山以及矿山企业未来可能扩展矿权的所有采矿、选矿、行政部门等；系统预留未来需要向相关监管部门传输数据的接口，设计通过网闸实现内网状态下相关的传输策略以及传输方式。

　　4需求分析

　　4.1现状分析

　　有色金属矿山生产经营区域一般划分为采矿、选矿和行政生活区。一般采用竖井开拓的矿山采矿场可能包括竖井提升机自动控制系统、智能通风系统、牵引电机车控制系统、井下排水系统（包括水仓液位信号）、井下六大系统等分子系统；选矿厂可能包括破碎、磨矿、浮选、脱水、药剂制备、加药、尾矿回水等选矿各工艺段自控子系统的建设。一般除去设备巡检，已经可以基本实现无人选矿车间的构想。现在有色金属矿山的智慧矿山建设现状中存在的突出问题主要表现在以下几个方面。

　　（1）缺少整体规划。目前一些有色金属矿山建成的各类业务系统多为子系统独立建设、独立运行。从矿山企业的管理角度，缺乏整体规划与统一实施。各系统的数据和信息缺乏关联及融合，造成了“信息孤岛”与“重复建设”等重大问题，对人力、物力及企业资源都造成了巨大浪费。

　　（2）整体协同不足。矿山各生产业务控制系统都处于局部单流程的有限控制，缺乏“智慧大脑”的协同与联动，因此在整体部署与数据协同方面还有很大的优化空间。

　　（3）数据感知不足。对于智慧矿山来说，应当对各种监测信息进行综合分析、预警报警。但目前有色金属矿山的监控系统还处于被动报警的阶段，以事后响应式的灾害监测为主，还未提升到“感知”的程度；也尚未达到“全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测及协同控制”的建设要求。

　　（4）数据挖掘利用不足。目前矿山企业在矿区内部署了大量的摄像头、传感器、GPS等各种各样的感知设备，收集了海量的生产、经营以及安全数据，有着很不错的数据基础，但也仅仅是停留在数据收集这个层面，对数据的挖掘利用不足，多数靠经验对数据进行单点式判断，缺乏对收集到的数据信息可靠共享和智能分析。

　　（5）已建成系统部分不满足智慧矿山建设的需要。在已建成系统方面，一些矿山已建成的系统多数为工控PLC系统，存在功能不完善、显示不直观、底层框架逻辑技术较为落后等问题；而在数据层面、标准不统一、接口完整程度良莠不齐，数据只存不用、只读不算，甚至部分系统仅能显示数据而没有后台；而在井下自动化技术部分，多数系统实现单系统的多台设备的控制，停留简单系统的逻辑控制方式上，还不能实现复杂的多设备、多系统的协同联动控制，还不能基于数据对控制进行优化、提高设备的效能。由于现有系统使用技术还不配套，基于现有系统无法实现海量复杂应用场景数据的集中融合、处理，导致智慧矿山建设的效果并不十分理想，并未实现入井人员大幅度减少的目标。

　　（6）智能化的标准体系尚未完善。目前矿山行业执行的标准是传统的信息化、自动化的标准，智能化的标准很少，还缺少各种技术标准，企业也没有基于智慧矿山相应的生产、运营体系、导致采用自动化的标准衡量智能化技术现象的发生，如现行标准要求，无论数据是否变化，传感器均要每秒上传一次数据；但智能化传感器具有边缘计算能力，应当采用“变化上传”的方式进行工作，否则传感器的功耗大、网络及数据中心压力大。

　　4.2业务需求分析

　　为了改善矿山智慧化建设的现状，有色金属矿山智慧矿山数字化综合管控平台项目的业务需求主要体现在以下几个方面。

　　（1）实现全矿数据的标准化和统一治理。

　　（2）实现全矿区地理信息“一张图”概览。

　　（3）实现全矿区数字孪生可视化，完成矿区标准化建模。

　　（4）实现全矿区设备可视化，完成各类设备精细化建模。

　　（5）实现全矿区业务数据“一张图”概览、指挥、调度。

　　（6）实现全矿区安全数据“一张图”概览、指挥、调度。

　　（7）实现全矿区安全生产预报警，建立安全应急预报警机制。

　　（8）实现矿区采矿各业务系统的集中控制、管理。

　　（9）实现矿区选矿各业务系统的集中控制、管理。

　　（10）实现全矿区数据挖掘分析利用，形成智慧矿山分析预测体系。

　　（11）实现全矿区生产、安全等相关报表的自动统计、审批报送以及归档。

　　4.3技术需求分析

　　（1）基于层次框架模型。系统层的支撑平台，需要具备非常强的可扩展性，因此框架层次必须非常清晰，层和层之间应该避免直接依赖，便于每一层的升级和分布式部署。

　　（2）需要支持面向服务架构。本系统需要支持面向服务架构，该能够减少各个应用系统之间的耦合程度，同时可以方便地实现各个业务系统之间的互联，是企业应用集成的发展趋势。

　　（3）需要基于构件化开发。随着多层结构应用的日益流行，基于构件对象的开发技术也日趋成熟，本系统需要基于构件化开发，提高软件的开发效率。通过构件化开发，使系统对各地可能存在需求和流程方面的略微差异具有较强的适应性，通过系统管理员的配置即可轻松应对。

　　（4）需要支持动态部署。系统应提供动态加载方式，实时监控各种业务构件和应用参数的修改时间，当应用程序或配置参数发生变化时，能够自动编译并加载更新以后的程序。采用动态部署，也可以减少开发调试的工作量，避免重复启动服务器。

　　（5）需要基于J2EE技术标准，支持跨平台应用。本系统需要基于J2EE技术标准进行开发，提供一个多层结构的分布式应用程序模型，具有重用构件的能力、基于扩展标记语言（XML）的数据交换、统一的安全模式和灵活的事务控制，支持跨平台应用。

　　4.4安全需求分析

　　数据关系到企业的隐私信息以及数据溯源核验责任能力；所以在总体设计时需要重点考虑数据安全问题。在应用层次上，提出安全防范的体制和工作机制要求，重点防范恶意攻击和非法访问。要求实现安全的信息访问，提供安全统一身份认证管理，根据用户需求提供数据加解密，保障网络的通讯和信息传输可靠、准确。同时，要注重应用安全设计，系统必须充分考虑统一的安全管理机制，安全保护要易于集成、扩展、维护和管理，对业务系统产生较低的效能影响。建设中应考虑软件网络安全治理的相关要求，所有软件、网络及安全架构应当至少满足网络安全等级保护2.0二级的要求。

　　5建设要点

　　（1）顶层设计遵循国家标准、各级政府相关法律法规。

　　（2）网络安全技术、软硬件相结合的信息安全防护手段。

　　（3）采用“一矿一策”订制化开发，提供有色金属矿山复杂工况下的专有应用场景深度服务。

　　（4）取消数据中台概念，在保证不影响业务系统运转、保证前端业务系统关联数据的时效性的前提下，将数据处理服务后置，提高业务系统运转的稳定性。

　　（5）向建设单位交付全部开发代码以及全部相关知识产权，并以此为基础帮助建设单位建立技术研发、技术运维部门，并帮助制定相关运行体系。

　　（6）基于大数据存储、检索技术与分布式服务架构设计，支持海量数据的快速检索与服务。

　　（7）一张图解决矿山复杂应用场景以及海量应用数据的管理、协同、部署与调度。

　　（8）多源异构数据融合技术。数据源是智慧矿山平台处理发布的基础。各类生产安全运营数据接入系统通过统一的数据汇聚总线进行数据的汇聚。总线适配采集技术使得汇聚平台具备良好的扩展能力。通过开发多源数据融合算法，合理分配带宽，提高数据接收稳定性，分析判断不同来源不同格式的异构数据，通过计算定义不同的数据适配器，接入数据交换总线，实现异构海量数据的采集和入库在系统流畅运行的情况下治理、融合海量数据，并为系统准确及时的计算各类矿山安全生产运营指数打下坚实的基础。

　　（9）提供矿山生产、运营全过程的应用与数据分析体系。

　　6结论

　　（1）政策支持。随着国家对绿色、低碳、高效的发展模式的提出和推广，有色金属智慧矿山技术的应用和推广受到了政策层面的支持和关注。政策的支持将为有色金属智慧矿山的发展提供重要保障和动力。因此开展有色金属智慧矿山提升及转型项目对落实国家发展规划的要求有着积极的作用。

　　（2）市场需求。中国的有色金属矿山数量庞大，而且分布广泛，同时矿山的开采和管理对智能化、信息化、数字化的要求越来越高。有色金属智慧矿山技术可以有效地解决矿山生产和管理中的各种问题，提高生产效率和质量，降低生产成本和安全风险，受到了广泛的市场需求。

　　（3）技术创新。随着中国在物联网、大数据、人工智能等领域的技术实力的不断提升，可以为有色金属智慧矿山的研发和应用提供有力支撑。同时，开展有色金属智慧矿山提升及转型项目可以为中国企业在技术创新和市场拓展方面增加竞争力，帮助我国在智慧矿山市场中获得优势地位。

　　（4）可持续发展。随着环保和可持续发展的理念在全社会的普及，有色金属智慧矿山技术的应用将有助于推动矿山的绿色发展和可持续发展，符合国家和社会的发展需求和期望。

　　综上所述，中国有色金属智慧矿山市场前景非常广阔，尤其是在政策、市场需求、技术创新和可持续发展等方面具有巨大的潜力和优势。