摘录“第四章人工智能技术与传统产业的融合发展”中关于智慧矿山的介绍如下：

4.7.1 智慧矿山的基本内涵

金属、煤炭、石油、油页岩和天然气是人类经济社会发展的基础性矿产资源。在过去的二十多年，伴随着我国经济社会高速发展对矿产资源需求的爆发式增长，我国的采矿行业产能得到了空前释放，当前处于高位运行的采矿行业继续依靠传统的生产方式正在遭遇越来越严峻的来自产能、安全和环保方面的挑战。在企业数字化转型的国家政策背景下，采矿行业的信息化建设正在由数字化矿山、智能矿山向智慧矿山迈进。智慧矿山正逐渐成为采矿行业高质量发展的先进生产力代表。

智慧矿山是将云计算、大数据、物联网、移动应用、人工智能、 5G通信、区块链、虚拟现实等技术与矿山生产自动化装备等进行底层融合，构建出设备感知层、数据中心层、智慧决策层、业务应用层以及展示交互层的五层业务架构。形成对矿山生产管理全要素感知、全要素协同、全天候在线、全动态预测、全自主学习以及全自主决策的智慧管理能力。人们通过智慧矿山系统将矿山的开拓、采掘、运输、分选、安全、环保等生产活动进行最优化的协同管控，统筹实现矿山开采在生产效率、经济效益和安全环保水平的最优化提升。

图 4.22 智慧矿山应用架构图  

4.7.2 数字孪生模型的构建

数字孪生技术已经开始在工业、制造业和智慧城市等领域取得应用。这是一种可以将物理实体或系统的运行状态实时映射到虚拟模型并能够进行反向控制的新一代信息技术。虚拟模型以数字化的方式创建物理实体的三维映射，这是对物理实体静态属性和动态演化过程的真实表达。虚拟模型既能对物理实体进行准确的静态刻画和描述，又能随时间的变化使模型的动态输出结果与实际相符。人们以虚拟模型为介质实现对物理实体的监测和交互。通过多维虚拟模型和融合数据双向驱动，数字孪生能够描述物理实体的多维属性，刻画物理实体的 实际行为和状态，分析和推演物理实体的运行规律和发展趋势。从各种推演结果中寻求最优化的解决方案。  

图 4.23 孪生数据驱动的数字孪生模型

常用的五维数字孪生模型包含物理实体、虚拟模型、物理实体与 虚拟模型的连接、数据和服务五个维度。模型可以是“几何、物理、 行为、规则”多维度的，也可以是“机械、电气、液压”多领域的。在构建虚拟模型的过程中实现对模型定义、编码规则、运行机制、开发流程、数据接口、通信协议、解算方法、模型服务化封装以及人机交互进行统一标准化的实施。在满足信息无损、模型精确、使用功能的前提下，使模型在几何描述、信息承载、逻辑构建等方面实现更加人性化的功能设计。在构建、使用和管理的过程中能够以直观的可视化形式得以展现，为用户通过虚拟模型与物理实体进行交互提供多维度体验的交互平台。

4.7.3 基于数字孪生的智慧矿山

数字孪生矿山模型是智慧矿山的重要组成部分，它是智慧矿山可视化展示和人机交互的载体，其与人工智能算法共同组成了智慧矿山的躯体和灵魂。数字孪生技术在采矿业的应用主要是将矿山的物理实体实时映射到虚拟模型，人们可以在任意远端通过与虚拟模型的交互实现对真实物理实体矿山的状态进行精确观察、精确测量和精准控制，以及在多维复杂约束条件下对采矿生产活动进行模拟推演，以期达到对矿山生产组织全要素管理的精确化、可视化、虚拟化。为研究矿山生产活动的演化发展规律提供模拟器，为真实的矿山生产活动提供实时在线的显示器和控制器。

图 4.24 基于数字孪生的智慧矿山服务架构

在智慧矿山模型中，设备感知层中的边缘计算与智慧决策层中的云计算中心共同完成矿山生产管理的全要素感知、全要素协同、全动态预测及全自主决策。智慧矿山系统通过自主决策驱动智慧矿山的物理实体运行并将结果映射到数字孪生模型，通过丰富的智慧应用服务为管理者提供信息展示和业务支撑平台，实现对矿山“人、机、环、 管”等生产要素生命状态的实时监测、准确控制、科学决策和智慧管理的目标。

基于数字孪生的智慧矿山可提供多层次的应用和服务。在数字孪生智慧矿山模型中，我们通过对采矿活动的数字孪生构建出全息三维可视化的矿山生产活动场景，借此实现对矿山所有物理实体的生产活动、环境状态监测、设备状态监控等情况进行展示与交互。比如，基于矿山生产环境孪生模型和孪生交互机制，融合独立分散的矿山安全监测与灾害预警系统，构建统一的矿山安全态势监管平台；基于矿山生产场景孪生模型和生产过程推理算法，结合工作流技术以及智群计算理论，研发面向多生产场景的矿山生产调度智能平台；基于矿山设备状态孪生分析模型，并结合大数据分析平台、智能诊断与协同控制平台，建立矿山“采、掘、机、运、通、供电、排水、辅助运输”等 装备系统的在线诊断与协同管控平台等等。

基于数字孪生的智慧矿山将改变过去人们只能依靠经验和有限的信息进行决策来指导采矿生产活动的局面。智慧矿山将依靠数据和算法驱动采矿生产活动的进行，自主推演并提供最优化的生产运营组织方案。这将进一步提高矿山生产组织的科学性，进一步推进矿山生产的少人化和无人化，进一步提高矿山的安全管控能力和水平。以智慧矿山驱动采矿行业的生产力提升，以科技创新为采矿行业的高质量发展保驾护航。

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