虚拟矿山的起源与进化

　　1 数字化矿山三层次之“虚拟矿山”

　　早在2009年，我国著名的矿业专家、中国工程院院士于润沧就提出将数字化矿山分为三个层次的设想。

　　第一个层次：是矿山数字化信息管理系统，这是初级阶段;

　　第二个层次：就是“虚拟矿山”，是把实际矿山以及和它相关的现象整合起来，以数字的形式表现出来，从而了解整个矿山动态的运作和发展情况;

　　第三个层次：是远程遥控和自动化采矿的阶段。

　　我国目前大部分矿山尤其是一些中小型矿山的数字化建设仍处于初级阶段。长期发展目标是远程遥控和自动化采矿。虚拟矿山不仅是数字化矿山发展不可省略的阶段，而且也是将来远程遥控和自动化采矿必不可少的信息化管理基础。因此，加强虚拟矿山的理论研究和技术应用是一件承上启下、刻不容缓的任务。

　　2 虚拟矿山并不“虚”

　　虚拟矿山绝不是虚构出来的矿山，而是在数字空间对矿山业务进行全方位整合分析，更能反映矿山复杂多变的表层现象背后的本质规律。通过研究虚拟矿山，可以了解和掌握矿山规划设计、建造和生产过程的业务规律，可以帮助人们在矿山全生命周期高度全面动态地认识矿山业务，从而更好地服务于矿山规划设计、建造和生产运营。

　　3 数字化矿山发展困境：

　　“矿业孤岛”上的“孤军奋战”

　　诚然，由于地质条件复杂、生产体系庞大、采掘环境多变等特点，矿山企业生产和经营信息化管理确实具有不同于其他行业的特殊性。但是，在目前矿山信息化应用水平整体落后于其他工业领域的客观情况下，更需要透过现象看到本质，多多关注、研究和吸收矿业信息化与一般工业信息化的普遍规律和共性技术。如果过多地强调或把自己的眼光局限于矿业的行业特殊性，则容易一叶障目，是人为地制造信息化浪潮中的“矿业孤岛”，更遑论实现矿山数字化弯道超车。

　　数字化矿山发展至今，面临严重的困境，传统的内生发展模式已经失效。与以前的机器化、电气化工业革命时代相比，信息时代的一个显著特征是新技术创造、应用和推广速度大大加快了。新的信息技术应用从产品成型到被用户普遍接受，一般需时大约七年左右;再到全面推广应用也不会超过另一个七年。但是这个“七年金律”遇到数字化矿山就明显不灵了。

　　我国的数字化矿山发展，最早可以追溯到上个世纪八十年代一些矿业前辈的矿山系统工程研究和推广工作;即使是以1999年召开的首届国际数字地球大会提出数字矿山(Digital Mine)算起，至今也已有近二十年的发展历史。可以不夸张地说，我国矿山企业至今未完成数字矿山软件的初步普及使用，大部分中小型矿山未走出数字化矿山发展初级阶段。当然没有人会否认数字化矿山是必然发展趋势，但是如果这个趋势在起步二十年甚至三十年之后仍然没有被业界普遍接受和理解，那么是不是就可以推断，某些关键环节有问题?

　　笔者认为，其中最大的问题之一就是信息化浪潮下的“矿业孤岛”现象的存在。如果过多地强调矿山特殊性，忽视了信息技术共性，那么矿山不能有效地利用其它行业的数字化发展成果和经验，同时又使得IT专家望矿山而生畏、不得其门而入。

　　在其他信息化发展较好的行业，例如高端制造、数字城市等，会经常看到业界专家和来自国内外的IT专家齐心协力，并肩战斗;而在矿业界类似的情况很难见到，例如在全国各地每年的数字化矿山研讨会上，基本上都是矿业专家在唱主角。将来数字化矿山的成熟应用和推广，肯定离不开矿业专家和IT专家的协同作战。

　　4 虚拟矿山将是“多兵种”协同作战

　　当前，以大数据、智能化、移动互联网、云计算等信息技术(统称“大智移云”技术)已经成为新一轮科技和产业革命的代表性技术，深刻影响和改变了工业领域的发展现状和计划。之所以把大数据、智能化、移动互联网、云计算等信息技术统称为“大智移云”，是因为他们之间并非彼此孤立而是相互关联、相辅相成、相互促进的。

　　移动互联网是大数据、物联网、云计算从概念走向现实的基础;移动互联网、物联网的结合又使大数据的产生与收集成为可能;而大数据处理离不开远远超过本地计算机运算能力的云计算的支撑;大数据的深入分析和挖掘反过来助推移动互联的发展，使软硬件更加智能化。可以说，中国的“智能制造2025”、美国的“工业互联网”、德国的“工业4.0”均是“大智移云”在某种程度上的融合。

　　虚拟矿山技术要充分借鉴其他工业领域例如高端制造业的信息化发展经验，同时虚拟矿山技术的定义和内涵也会随着新的信息技术的不断出现而进化和发展。

　　在前期数字化矿山基础上，充分借鉴世界科技强国在国防科技领域以及高端制造领域大力研发和推广使用的建模与仿真技术，利用“大智移云”技术以及虚拟现实、自动定位和导航、无人驾驶等其他最新信息技术，矿业专家与信息化专家一道共同发展虚拟矿山新理念和新的应用技术，创新矿山管理模式和技术手段，最终实现数字化矿山跨越式发展。

　　虚拟矿山研究应该借鉴军事建模和仿真技术以及在此基础上发展起来的虚拟制造技术。一般而言，虚拟世界针对物理世界建立相对应的虚拟模型，并以仿真分析验证的方式分析物理世界中的人员、物体和事件在真实环境下的行为，并通过云端计算指导规划设计、运营指挥、设备设施远程监控等。

　　其中用到的建模与仿真(Modeling and Simulation)技术最早起源于军事仿真技术，美国国防部甚至有专门的建模与仿真办公室来领导协调相关军方用户与企业之间的业务联系;建模与仿真技术曾经对提高武器系统的研制效率、改善部队训练和提高战斗力发挥了很大的作用，其成熟技术后来逐步推广到工业领域形成虚拟制造技术，将先进的仿真技术与网络技术相结合，由真实装备和计算机仿真系统综合仿真系统组成“虚拟智能工厂”，用计算机网络把设备设施系统和分散在不同地点的产品研制者和产品用户联系在一起，让用户在仿真环境中提前“使用”正在研制的产品，让研制者能提前了解产品使用情况，各方共同研究，及时发现和解决问题，这样不仅加快了产品的研制进度，还保证了产品质量。只要运用得当，建模和仿真技术也同样会在虚拟矿山研究和应用中发挥作用。