矿业云(Mining Cloud)

　　是基于“互联网+”思想、面向服务的智能矿业理念和体系。在云计算基础上发展起来的“采矿即服务”MaaS (Mining-as-a-Service)矿业云服务模式，可以在广泛的网络环境下，为各类矿山企业全生命期过程提供高效率、低成本、全球化、共享化、智能化服务。

　　矿业云概要

　　1矿业云(mining cloud)

　　矿业云是基于云计算和“互联网+”的思想、面向服务的智能化矿业理念和体系。它融合了先进采矿技术、数字矿山技术以及云计算、物联网、服务计算、高性能计算、大数据、智能科学等新兴信息技术，将各类矿业要素和矿业能力虚拟化、服务化，构成矿业要素和矿业能力的资源池，并进行统一的、集中的优化管理和经营，从而用户只要通过网络和终端，就能随时随地按需获取矿业要素和矿业能力的服务，进而智能化地满足各类矿山企业全生命期过程的各种需求。

　　矿业云是矿业信息化发展的一种新模式、新手段。在云计算提供的“基础设施即服务”IaaS(Infrastructure-as-a-Service)、“平台即服务”PaaS(Platform-as-a-Service)以及“软件即服务”SaaS(Software-as-a-Service)三种服务的基础上，发展出“采矿即服务”MaaS (Mining-as-a-Service)的矿业云服务模式，把云计算的资源共享内容、服务模式和技术扩展到矿业领域，为各类矿山企业全生命期过程提供高效率、低成本、全球化、共享化、智能化服务。

　　我国的很多矿山企业尤其是数量众多的中小型矿山处于地理偏远地区或经济不发达地区，长期存在着技术人才匮乏、科研设计能力不足的难题;另一方面，我国矿业领域的科研、设计、试验等矿业要素和能力资源却集中在交通及生活条件便利的繁华城镇或经济发达地区。

　　在当前全球低碳经济、知识经济与共享经济发展大趋势下，在我国是矿业大国但远未是矿业强国这样的现实环境中，如何盘活我国现有矿业要素和能力的存量，优化矿业服务资源配置，利用先进的信息化手段为广大中小型矿山企业提供全方位的远程共享服务，将是矿业云研究的重要课题，也是矿业云核心理念的精髓所在。

　　2矿业云服务(mining cloud service)

　　矿业云服务是基于云计算技术的矿业服务

　　矿业云服务内容：

　　l 论证服务 AaaS (Argumentation-as-a- Service)

　　l 设计服务DaaS(Design-as-a-Service)

　　l 生产服务PaaS(Production-as-a-Service)

　　l 科研服务RaaS(Research-as-a-Service)

　　l 试验服务TaaS(Test-as-a-Service)

　　l 仿真服务SaaS(Simulation-as-a-Service)

　　l 管理服务MaaS(Management-as-a-Service)

　　l 集成服务InaaS(Integration-as-a-Service)等

　　矿业云服务特点：

　　l 按需动态架构：按照用户需求、随时随地提供矿业云服务;

　　l 互操作：支持矿业要素与矿业能力之间的互操作;

　　l 协同：面向矿业多用户协同、大规模负责矿业任务执行的协同;

　　l 分布异构集成：支持分布异构的矿业要素和矿业能力的集成;

　　l 可扩展：超强、快速、无限能力，可快速、灵活组成各类服务，以满足需求方的个性化需求;

　　l 全生命期智能矿山，利用智能信息技术实现矿山全生命期各阶段的智能化服务。

　　l 随着我国矿业与信息化的不断深入融合，将会有一批提供矿业云服务的专业服务商涌现出来。但形成较为完整的矿业云服务产业链，尚需要各方面的持久投入和努力。

　　3 矿业要素(mining elements)

　　矿业要素是矿山开采过程中的所有活动的软、硬件元素，包括了勘探、设计、建设、生产、闭坑等矿山全生命期涉及的所有元素。

　　按照其存在形式及使用方式，矿业要素可分为软矿业要素、硬矿业要素和其他相关矿业要素。其中软矿业要素以矿业软件、模型、数据和知识为主;硬矿业要素以矿产资源、矿山设备、计算硬件、探测传感器和生产物料为主;其他相关矿业要素主要指除了软、硬矿业要素以外的矿业要素集合，例如各种技术咨询服务和外部配套设施等。

　　4矿业能力(mining capability)

　　矿业能力是矿山开采过程中各项活动的能力，是人和组织、经营管理、技术三要素的有机结合。矿业能力体现了人和组织对矿业要素配置和整合的能力，反映了矿山企业或实体完成某一任务及预期目标的时间、质量、成本、服务、环境、知识含量的综合水平，例如论证能力、设计能力、生产能力、科研能力、试验能力、仿真能力、管理能力和集成能力等。

　　5矿业要素和矿业能力虚拟化(virtualization of mining elements and mining capability)

　　矿业要素和矿业能力的虚拟化是指对矿业要素和矿业能力提供逻辑和抽象的表示与管理。

　　虚拟化是实现矿业要素和矿业能力服务化的关键技术基础。矿业云中汇集了大量的矿业要素和矿业能力，通过从实体形式到虚拟形式的映射，降低矿业要素和矿业能力与矿业云主体之间的耦合程度。对矿业要素和矿业能力提供标准接口来接收输入和提供输出，通过映射关系进行灵活、优化的管理。

　　6矿业要素和矿业能力服务化(servitization of mining elements and mining capability)

　　矿业要素和矿业能力服务化是将矿业要素和矿业能力转化为矿业云服务的过程。

　　矿业要素和矿业能力服务化的常用技术方法，是将矿业要素和矿业能力虚拟化以后进行封装和组合，发布和注册成统一的WebService服务，加入到矿业云资源池中，并通过互联网为矿业用户提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、优质廉价的智能化服务，即矿业云服务。

　　7知识经济和矿业云(knowledge-based economy and mining cloud)

　　知识经济是建立在知识和信息生产、分配、使用基础上的经济。其核心是知识生产，本质是创造性的脑力劳动。从经济本源角度考察，知识经济具有脑力劳动者是劳动主体、创造性脑力劳动是核心动力、智力资源是主要资源三个本质特征。知识共享、知识创新和知识交易将成为知识经济时代的三个鲜明特色。

　　中国工程院院士于润沧提出，世界矿业即将进入知识经济时代，这是不可逆转的历史潮流;而我国与矿业发达国家相比，无论在技术和管理上还是在观念上都十分落后，在激烈竞争的世界矿业市场难以实现“走出去”，甚至面临被淘汰出局的危机;因此必须从技术创新、教育创新和管理创新三个方面制订出知识经济时代的矿业赶超战略对策。

　　特别值得指出的是，云计算在基因上就具备知识共享、知识创新和知识交易等知识经济时代特色;基于云计算和“互联网+”思想而建立矿业云，就是我国矿业人面对世界性的知识经济浪潮来袭的严峻局面而积极尝试的信息高速公路“弯道超车”超常举措。

　　8中国矿业信息化协同创新中心(China Mining Innovation Center,CMIC)

　　中国矿业信息化协同创新中心(China Mining Innovation Center, 简称CMIC)是在于润沧院士指导下，由中国恩菲工程技术有限公司(http://www.enfi.com.cn/)和国家超算天津中心(http://www.nscc-tj.gov.cn/)于2016年9月共同组建，旨在将中国恩菲的矿山工程、技术、人才优势与国家超算天津中心的信息技术应用最广、研发能力最强的云计算平台进行无缝衔接，搭建中国矿山信息化技术研发和矿业云服务平台，促进我国矿山行业早日实现信息化与矿山全生命期过程的深度融合。

　　矿业云的理念和体系，由中国矿业信息化协同创新中心首次提出，并在中国恩菲的一些示范矿山项目中加以实践应用。矿业云的宗旨，是探索我国矿业在知识经济时代的发展路径和模式，提高矿业技术、教育(人和组织)和管理三方面的创新能力，利用我国矿业的“后发优势”，借助知识经济浪潮，迎头赶上世界先进矿业国家的发展水平。

　　9天河矿业云(TianHe Mining Cloud, THMC)

　　天河矿业云(TianHe Mining Cloud, 简称THMC),是中国矿业信息化协同创新中心基于国家超算天津中心“天河一号”超级计算机云服务器而开发维护的矿业云服务平台和品牌。

　　中国矿业信息化协同创新中心热切期待矿业信息化领域的国内外同仁携手传播矿业云理念，共同发展矿业云理论体系和应用系统。

　　矿业云的运行原理

　　1矿业云运行原理图

　　矿业云的运行原理如图所示

　　矿业云的运行包括一个核心支持(知识)、两个过程(接入、接出)和三种用户(矿业云服务提供者、矿业云运营者和矿业云服务使用者)。

　　矿业云的运行原理如下：

　　l 矿业云服务提供者对矿业要素和能力进行感知、虚拟化接入，以云服务的形式提供给矿业云运营者;

　　l 矿业云运营者主要实现对云服务的高效管理、运营等，可根据矿业云服务使用者的应用请求，动态、灵活地为使用者提供服务;

　　l 矿业云服务使用者能够在矿业云运营平台的支持下，动态按需地使用各类应用服务(接出)，并能实现多主体的协同交互。

　　在矿业云运行过程中，知识起着核心支撑作用，它不仅能够为矿业要素和能力的虚拟化接入和服务化封装提供支持，而且还能为实现基于云服务的高效管理和智能查找等功能提供支持。

　　矿业要素和能力的虚拟化和服务化，是指对矿业要素和能力进行逻辑和抽象处理并转化为云服务的过程。对此将另做专题介绍。

　　图中的云服务池是矿业云系统架构的核心，是大量的矿业云服务按照一定规则聚合后所形成的动态云服务中心，能够透明地为用户提供矿山全生命期应用服务。这就是矿业云区别于一般矿业信息化技术(如数字化矿山)的关键点之一。

　　现有的数字化矿山虽然也对矿业要素进行一定程度的虚拟化处理，但没有进一步封装成服务、并将这些服务聚合起来进行有效的运营管理，在技术上无法将分散在各地区各部门的矿业要素和能力组合起来共同完成一个复杂任务，因此无法实现全面的互联和共享。

　　我国在科技创新和成果转化方面取得的成就有目共睹。但是，若问在科研组织方面还有什么进一步提升空间，首先想到的就是科研项目之间的互联以及数据信息的共享问题。

　　我国的一些重大科研项目动辄获得国家数千万元级的资助。比如一些矿业、岩土工程方面的科研项目，通常需要在项目现场布设价值昂贵的探测传感器，有些还是专门从国外进口的仪器设备。科研团队一般是小范围精英高校、院所“以大牛为本”的封闭圈;圈子外面的科研人员如果想利用传感器数据做一些相关研究，即使与主课题组的研究内容不冲突，也很难有机会介入。

　　这种封闭式的科研组织方式的弊端是显而易见的，它阻碍知识传播和信息分享，是国家资源的隐形浪费，不利于我国整体科研水平的提高。

　　可以考虑在矿业科研项目中引入云服务技术，让科研团队扮演矿业云服务提供者的角色，将本项目布设的探测传感器(都是属于重要的矿业要素资源)进行虚拟化、服务化，移交给矿业云运营者，形成云服务池，按照一定的标准和规则开放给社会上其他有兴趣的科研单位或个人即矿业云服务使用者。信息和知识共享，不就实现了吗?

　　2矿业云的形成过程

　　矿业云的形成过程如下：

　　首先是云服务形成过程，也就是矿业要素的虚拟化、服务化过程，通过采用物联网、虚拟化等技术，首先对分散的矿业要素进行感知;然后虚拟接入到矿业云平台，从而形成虚拟矿业要素并聚集在一个能按需使用的虚拟矿业要素池中;最终通过对虚拟矿业要素进行服务化封装、发布及注册，形成云服务。

　　矿业云服务的形成过程即是矿业要素和能力服务化的过程。这一过程可称为矿业要素的“接入”。

　　然后通过将异构的矿业要素整合到统一的基础架构中并实现标准化，为矿业要素使用从独占方式转变为完全共享服务方式提供了平台支持，实现了以服务为导向的运行架构，提供了对云服务的自动部署、配置、高效管理等功能,从而为用户提供透明的、开放的、按需使用的云服务。即形成了矿业云。

　　云服务能够聚集形成矿业云。矿业云是云服务的主要载体，面向矿山全生命期应用提供各种服务，这一过程称为“接出”。

　　在整个矿业云体系的运转过程中，知识起到了核心支撑的作用。知识能够在矿业要素和能力的接入过程中，为智能化和虚拟化封装提供支持;在矿业云管理过程中，为云服务的智能查找等功能提供支持;在矿山全生命期应用中，为云服务的智能协作提供支持。

　　由此可见，矿业云体系能够实现基于知识的矿山全生命期集成，提供了一种面向服务的、高效低耗和基于知识的网络化智能矿业应用新模式。

　　矿业云的用户角色

　　矿业云的用户身份包括法人和自然人，主要有三种：

　　l 矿业云服务提供者

　　l 矿业云运营者

　　l 矿业云服务使用者

　　用户可以同时具有矿业云服务提供者和使用者双重角色

　　1矿业云服务提供者

　　具体地说，矿山业主、矿山设备制造厂家、设计和科研院所、高校、咨询服务公司等，都可以具备矿业云服务提供者的身份。

　　抽象地说，矿业云服务提供者是矿业要素和能力的供应方主体，通过将矿山全生命期过程中的矿业要素和能力进行感知、虚拟化接入，以云服务的形式发布提供给第三方运营平台(即矿业云运营者)，供需求者使用，并获取收益。

　　举例来说，矿山设备(如铲运机、凿岩台车、通风机、排水水泵等)属于矿业硬要素，可以通过内置或外置传感器实时、动态地获取设备运行过程中的状态数据;有了这些数据，用户(例如矿山业主、设备制造厂家或第三方技术服务商)就可以对于设备运行进行远程监控，并对运行过程中出现的各种故障进行远程诊断，从而及时排除设备故障，提高设备利用率和生产效率，降低生产成本。

　　而为了实现设备远程监控和诊断，就必须通过矿山物联网把这些设备状态数据接入到局域网和广域网。仅仅实现矿山设备运行状态数据的物理接入是不够的，还需要对设备要素进行虚拟化建模，发布和注册成统一的Web服务，加入到矿业云服务池中。

　　各个矿山的地质数据、三维激光扫描数据和采空区数据等，属于宝贵的矿业软要素，其所有权一般归矿山业主。这些数据可以存入本地或云端数据库，并以云服务形式提供给第三方(如上级安全监督部门、第三方咨询服务机构等)使用;也可以作为矿业云后台的知识，实现数据共享。

　　还有，矿业软件属于矿业软要素，更容易通过Web服务实现云服务共享。例如有的数字矿山软件(如DataMine)价格昂贵，使用频率不高，因此软件拥有成本很高。如果把这种软件接入到云服务平台，各地用户可以按需使用、按时付费，这样就大大降低了使用成本，而厂家的总销售额也会大大提高。

　　其他常见的矿业要素的实例还有很多，例如：某个设计院的技术人员能力、某个选矿试验室的矿物化验设备、某高校教授的岩石力学分析技术等，都可以经过虚拟化、服务化以后接入云服务池。所有这些矿业要素和能力接入到云服务平台，可以实现全面的互联和共享。

　　由中交第一公路勘察设计研究院有限公司(简称“中交一公院”)与八戒工程网联手研发的“设计众包+协同设计”双互联网平台——“中交一公院设计众包平台”于近日闪亮登场。中交一公院首创设计院众包平台，开创国有设计院平台化新模式!

　　随着云计算和互联网技术的迅猛发展，众包模式的发展势头相比以往更不可挡，并且不断在传统的勘察设计行业攻城略地。

　　中交一公院紧跟互联网技术的发展，联手国内领先的工程师众包平台“八戒工程网”共同研发， 最新推出“设计众包+协同设计”双互联网平台，为设计师提供便利，只要你有充沛的精力和充足的工作业余时间，就可以在设计众包平台进行投标，成为平台的兼职设计师，获取个人价值的体现和精神的满足。

　　有些用户可能会担心：矿山设备运行状态、地质资料、采空区安全信息等都是用户的保密资料，如果放在云端供大家共享，难免黑客不经授权侵入系统，或有天灾人祸发生造成数据丢失。这样一来，用户的数据安全性、保密性如何得到保证?

　　这个大可放心!云计算领域有专门的安全技术，保证云服务系统中的硬件、软件、数据、网络等受到安全保护。既然那些涉及到国计民生的经济数据、其他行业数据(例如石油天然气数据)甚至核试验数据都可以做到云计算安全，您的矿业数据难道比那些军工数据信息还难以保证安全?

　　云服务的前身是网络化服务，早在20多年前，美国国防部为了解决保密数据共享难题开始出资研发。无独有偶，互联网技术最早也是脱胎于美国国防部1969年资助的指挥通讯系统。

　　在现实世界中，很难会有一家国防集成商能够通晓所有的军事装备最新技术。

　　例如，某一家专搞空军飞行训练仿真器的集成商，如果已经具备航电系统仿真、机舱系统仿真、三维图形技术、飞行教学课件等专门技术，但恰恰没有掌握某训练机种(如Su-30、F22等)的空气动力学数据，这种数据是保密的，不会轻易交给其他单位使用;而缺乏这些数据，就无法正确地训练飞行员。

　　这个时候，这家集成商就会找到专搞空气动力学系统仿真的公司或政府部门请求数据支援;美国国防部有专门负责仿真数据共享的办公室，就会协调空气动力学研究单位，把空气动力学数据通过网络服务的方式，供这家集成商的飞行训练仿真系统实时在线使用。这种数据实时在线共享机制叫做HLA，它可以保证数据安全，让只有得到授权的用户才能得到所需的数据服务。

　　后来HLA演化成IEEE的全世界公开标准，可供商业应用。信息安全不是依靠封网、保密而解决的而是依靠积极主动的科技创新见招拆招，不断加强。

　　2矿业云运营者

　　矿业云运营者是矿业要素和能力供需双方之间的一类中介主体，主要实现对云服务池中的服务的高效管理、运营等，可以根据矿业云使用者的应用请求，动态、灵活为使用者提供服务。

　　矿业云运营者通过经营管理矿业云服务平台而盈利，可以是服务于矿业集团公司内部的独立部门，也可以是服务于中小矿山企业的第三方实体。

　　天河矿业云就是一个典型的矿业云运营者，天河矿业云部署在国家超算天津中心“天河一号”超级计算机云服务器上，具有无可比拟的云计算优势、云存储优势和数据安全优势，建成以后可以满足大量矿业用户的需求。

　　3矿业云服务使用者

　　具体地说，矿业云服务使用者可以同时具备矿业云服务提供者的身份，例如矿山业主、矿山设备制造厂家、设计科研院所、高校、咨询服务公司等。

　　抽象地说，矿业云服务使用者矿业要素和能力的需求方主体，通过使用矿业云服务，满足自身在矿业全生命期过程中的个性化需求。

　　随着互联网技术的发展，矿业从相对比较封闭的生产模式向网络化方向发展。在”互联网+“的环境下如何实现高效的矿业要素和能力资源的共享、调配、使用，是矿业云研究要解决的问题。我们以一个核心支持(知识)、两个过程(接入、接出)和三种用户(矿业云服务提供者、矿业云运营者和矿业云服务使用者)为框架，简要介绍矿业云的运行原理以及涉及到的用户角色。

　　矿业云是矿业信息化发展的一种新模式、新手段，由中国矿业信息化协同创新中心(CMIC)首次提出，并在中国恩菲的一些示范矿山项目中加以实践，它是我国矿业人在知识经济、共享经济与低碳经济的大趋势下采取的信息高速公路“弯道超车”举措。中国矿业信息化协同创新中心，是在于润沧院士指导下，由中国恩菲和国家超算天津中心共同建立。

　　(文 / 中国矿业信息化协同创新中心 孟丹)