礦業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱性產(chǎn)業(yè)，智能化建設(shè)是推動礦山安全發(fā)展、保障國家能源資源安全的重要舉措。

       為深入貫徹落實《國家關(guān)于進一步加強礦山安全生產(chǎn)工作的意見》，深入推進礦山智能化建設(shè)，促進礦山安全發(fā)展，2024年4月28日，國家礦山等七部門發(fā)布的《關(guān)于深入推進礦山智能化建設(shè) 促進礦山安全發(fā)展的指導意見》指出，到2026年，建立完整的礦山智能化標準體系，推進礦山數(shù)據(jù)融合互通，實現(xiàn)環(huán)境智能感知、系統(tǒng)智能聯(lián)動、重大災(zāi)害風險智能預(yù)警，全國煤礦智能化產(chǎn)能占比不低于60%，智能化工作面數(shù)量占比不低于30%，智能化工作面常態(tài)化運行率不低于80%，煤礦、非煤礦山危險繁重崗位作業(yè)智能裝備或機器人替代率分別不低于30%、20%，全國礦山井下人員減少10%以上，打造一批單班作業(yè)人員不超50人的智能化礦山。到2030年，建立完備的礦山智能化技術(shù)、裝備、管理體系，實現(xiàn)礦山數(shù)據(jù)深度融合、共享應(yīng)用，推動礦山開采作業(yè)少人化、無人化，有效防控重大安全風險，礦山本質(zhì)安全水平大幅提升。

       因此，在當今礦山智能化建設(shè)的趨勢下，采用新的技術(shù)力量，以及新的建設(shè)概念，通過網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持，實現(xiàn)決策、指揮、調(diào)度、應(yīng)急、救援的智能高效。

技術(shù)路線

       基于遙感手段，通過“空天地”（天基：衛(wèi)星遙感；空基：無人機遙感；地基：音視頻監(jiān)控設(shè)備、地面測量設(shè)備等）一體化工作模式，從不同層級、不同尺度、不同方式對礦區(qū)地上、地下開展有效監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集，并通過搭建“智慧礦山”三維可視化綜合管理平臺，實現(xiàn)對礦區(qū)地上、地下各種監(jiān)測傳感設(shè)備信息匯總并形成大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)礦區(qū)監(jiān)測監(jiān)控管理系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、井下緊急避險系統(tǒng)等相關(guān)功能模塊建設(shè)，可通過“智慧礦山”三維可視化管理平臺，實時掌握礦區(qū)基本態(tài)勢，滿足日常統(tǒng)計分析、物聯(lián)網(wǎng)、指揮調(diào)度、應(yīng)急處理等相關(guān)工作，提升礦區(qū)監(jiān)管及生產(chǎn)效率。

數(shù)據(jù)感知及采集

       基于衛(wèi)星遙感、無人機、地面監(jiān)測設(shè)備，構(gòu)建“空天地”立體化監(jiān)測體系。“空天地”指空基、天基、地基采集，其中天基主要是衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，應(yīng)用于礦山、礦區(qū)方向監(jiān)測主要衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源可以分為兩類，分別是多光譜衛(wèi)星和雷達衛(wèi)星。空基主要是無人機遙感，搭載專業(yè)數(shù)碼相機、高清攝像機、紅外傳感器等載荷，可通過傾斜攝影方式實現(xiàn)地上礦區(qū)三維建模。地基主要是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶動下的多源監(jiān)測設(shè)備，基于現(xiàn)有的安全生產(chǎn)檢測裝置、視頻監(jiān)控等基礎(chǔ)，實現(xiàn)對重點地區(qū)不間斷實時的量化監(jiān)管。從高空、中低空、地面三個維度構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多尺度、全天候的“空天地”立體監(jiān)測，提供科學的大數(shù)據(jù)支撐。

數(shù)據(jù)存儲傳輸層

數(shù)據(jù)存儲傳輸層對“空天地”立體感知獲取的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)存放及備份。此部分通過網(wǎng)絡(luò)專線或5G，將傳感器測量成果、視頻監(jiān)控情況及影像數(shù)據(jù)、專項監(jiān)測分析數(shù)據(jù)等內(nèi)容，傳輸至大數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上。為滿足備份容災(zāi)需求，數(shù)據(jù)存儲采用定期異地備份方法也可采用云存儲，對數(shù)據(jù)進行保護。

數(shù)據(jù)整合及處理

數(shù)據(jù)整合層及算法層，對“空天地”立體感知獲取的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進行整合分析，實現(xiàn)遙感大數(shù)據(jù)與實時地面觀測數(shù)據(jù)融合。主要涉及地面數(shù)據(jù)和空天信息同化、“時間格網(wǎng)”和“多級數(shù)據(jù)”分析與管理，采用空基、天基監(jiān)測手段，實現(xiàn)大面積區(qū)域性監(jiān)測的同時獲取大尺度環(huán)境覆蓋信息，為地面數(shù)據(jù)和空天數(shù)據(jù)的同化建立關(guān)聯(lián)機理。

應(yīng)用層基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、無人機、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)以及算法庫，開展‘點—線—面’空間尺度和‘月—周—天’時間尺度數(shù)據(jù)管理、分析，開展礦區(qū)地上、地下空間三維建模、地質(zhì)災(zāi)害隱患排查、基于視頻監(jiān)控的可疑人員／車輛監(jiān)控等監(jiān)管工作，助力礦山工作運行開展，實現(xiàn)快速預(yù)警、實時推送，全過程跟蹤。 

技術(shù)應(yīng)用

1. 礦區(qū)地表沉降監(jiān)測

開采地下礦產(chǎn)資源或地下液體（煤礦、地下水、天然氣等）會導致地表沉降。利用合成孔徑雷達數(shù)據(jù)進行干涉測量，獲取監(jiān)測前后兩期高程量差值變化情況，通過連續(xù)多期監(jiān)測結(jié)果，得出礦區(qū)范圍內(nèi)地面、建筑物等垂直變形的大小和規(guī)律，特別是對于有特殊意義的異常值進行分析，實現(xiàn)對礦區(qū)垂直位移變化的周期性預(yù)報。

2. 地質(zhì)災(zāi)害風險預(yù)測

隨著礦區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源開采工作進行，因開采挖掘會造成礦區(qū)地質(zhì)、水文等自然環(huán)境變化，可能會造成地面塌陷、地裂縫、滑坡、崩塌、泥石流等礦山地質(zhì)災(zāi)害。通過地表形變監(jiān)測，對目標范圍內(nèi)形變速率進行統(tǒng)計，可認為形變速率變化異常的位置（如變形速率明顯加快）更容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害風險，為防災(zāi)應(yīng)急提供參考。

3. 水土保持監(jiān)測

露天礦山開采具有開發(fā)建設(shè)周期長、擾動地表面積大、棄土棄渣量多、終采跡地恢復難等特點，造成的水土流失量大、面廣，且擾動地表和棄土棄渣貫穿項目建設(shè)生產(chǎn)全過程。只有通過水土保持監(jiān)測，摸清水土流失類型、水土流失強度、分布特征、危害及其影響情況、發(fā)生發(fā)展規(guī)律、動態(tài)變化趨勢，才能進行礦山項目水土流失的有效防治。無人機感監(jiān)測具有機動靈活、怏速高效、精細準確、安全、作業(yè)成本低等特點，是實現(xiàn)小域和高危區(qū)快速獲取高分辨率影像有效途徑，有效彌補傳統(tǒng)監(jiān)測方法的諸多不足，對水土保持信息化建設(shè)具有重要愈義。

4. 越界開采監(jiān)測

傳統(tǒng)工作中，越界開采監(jiān)測一般采用全站儀和GPS結(jié)合的全野外數(shù)字測量方式，單因礦區(qū)開采過程中運輸繁忙、灰塵大，測點易被損壞等因素，測量工作量大、周期長，并容易造成安全事故?；跓o人機影像分析開展越界開采監(jiān)測，以采礦權(quán)登記信息為合理開發(fā)依據(jù)，結(jié)合工作期內(nèi)周期性無人機航攝影像圖，將采礦活動痕跡解譯成果與采礦權(quán)登記范圍進行疊合分析，以便快速界定出目前開采現(xiàn)狀是否已貼近采礦權(quán)登記范圍，為開采工作規(guī)劃提供預(yù)警與參考，避免企業(yè)在礦區(qū)開發(fā)過程中出現(xiàn)越界開采情況。

5. 三維模型搭建

通過無人機搭載五鏡頭傾斜相機，依據(jù)各鏡頭不同角度姿態(tài)獲取的影像信息，獲取露天礦區(qū)的傾斜攝影三維數(shù)據(jù)，傾斜攝影模型高度還原露天礦區(qū)的地形、地貌以及地面?zhèn)让娴募y理等。

6. 礦物三維體積測量及采剝總量計算

利用無人機航拍，通過多視圖三維重建技術(shù)，獲取航拍照片上的場景結(jié)構(gòu)，通過計算機三維建模還原真實三維模型。同時針對地表堆積物，如煤堆、石堆等，通過實際點標定，確定三維模型真實空間比例，再利用三角網(wǎng)建模技術(shù)計算三維空間體積，從而完成整個盤點過程?；谏鲜龇椒ǎㄟ^將兩期航測模型數(shù)據(jù)進行對比，即可發(fā)現(xiàn)地表礦物前后兩期總量變化，快速得到礦區(qū)采剝量。

7. 無人機應(yīng)急監(jiān)測

遇到突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害時，實時遙感影像的及時獲取是災(zāi)害監(jiān)測及救援的關(guān)鍵，這種應(yīng)急監(jiān)測成像特點是范圍小、時間緊、分辨率要求高，常規(guī)的衛(wèi)星遙感手段難以滿足應(yīng)用所需。而低空無人機航攝系統(tǒng)的出現(xiàn)為這種小范圍危險區(qū)域遙感監(jiān)測任務(wù)的特殊需求提供了新的技術(shù)途徑，在災(zāi)害發(fā)生后，無人機可以做出信息采集響應(yīng)，通過掛圖方式，從整體角度上宏觀開展救災(zāi)治災(zāi)的應(yīng)急工作。

8. 地基傳感設(shè)備搭建及地下三維模型建立

衛(wèi)星遙感手段或是無人機航攝手段在礦區(qū)應(yīng)用優(yōu)勢顯著，但二者仍存在一定的缺陷。首先，二者作業(yè)模式上都屬于定期觀測，即單期觀測結(jié)果僅代表某一時間點，即使目前數(shù)據(jù)源廣泛，但在時間連續(xù)性上仍無法滿足于實時監(jiān)測；另一方面，二者工作目標多為地表地物，而對于地下礦井情況無法實現(xiàn)觀測。

技術(shù)發(fā)展前景及經(jīng)濟效益

    “空天地”技術(shù)的應(yīng)用能夠使礦山具有人類般的邏輯思維、反應(yīng)和行動能力，實現(xiàn)物物、物人、人人的全面信息集成和響應(yīng)能力，主動感知、分析、并快速做出正確處理的礦山系統(tǒng)，降低人為因素造成的事故概率。資源協(xié)同運作，實現(xiàn)礦山的集約、高效、可持續(xù)發(fā)展。新一代互聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能傳感、通信、遙感、衛(wèi)星定位、地理信息系統(tǒng)等各項技術(shù)的成熟與融合，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化的管理與反饋機制，為礦山智能化發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

       礦山“空天地”一體化監(jiān)測感知平臺的建設(shè)不僅能夠節(jié)省人工，消除不必要的成本，而且可以借助監(jiān)測結(jié)果，更好的預(yù)測事件發(fā)展情況并持續(xù)有效地維護其礦山自身，從而避免因突發(fā)事件導致人員安全問題或停工停產(chǎn)造成的經(jīng)濟損失。