智慧露天矿山建设基本框架及体系设计
作者简介：
张瑞新（1964-）博士、教授、博士生导师，现任应急管理部华北科技学院校长，中国矿业大学（北京）教授，主要从事露天开采工艺优化设计、数字化矿山、安全生产信息化等研究工作。
孙健东（1988-）博士，博士后，现任应急管理部-华北科技学院-智能化无人开采研究所副所长，中国矿业大学（北京）矿业及计算机应用研究所副主任。主要从事露天开采工艺优化设计、露天开采装备智能化等研究工作。邮箱：sjd_xx@126.com。
关键词：智慧露天矿；物联网；大数据；智慧系统；基础平台
0 引言
矿产资源是人类生存、经济建设和社会发展不可或缺的重要物质基础，煤炭长期以来一直是中国的主体能源，占一次能源产量和消费量的60%以上，预计在2050年以前煤炭仍将是中国的主体能源。煤炭工业作为关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产业，开发技术和工程管理的智能化是其可持续发展的必由之路。当前智能化作为颠覆性的创新技术，已经成为世界范围内基础工业产业变革的核心驱动力，正在更大范围和更深层次对各个国家的发展战略和国民经济产生深刻影响，成为重塑世界范围内传统工业发展形态，增强产业国际核心竞争力和提高全要素生产率的核心关键，具有划时代的重要意义。采用智能化高新技术来带动传统矿业的转型和升级，可从本质上提升矿山企业的核心竞争力，从而推动传统矿业向安全、高效、经济、绿色与可持续的目标发展[1-2]，在日益激烈的国际市场竞争中脱颖而出。
近年来互联网+、人工智能和大数据等颠覆性技术的方兴未艾，拉开了第4次工业革命的序幕，加速了传统行业变革的进程，德国提出了工业4.0，美国提出了“智慧地球(Smart Planet)”，中国提出了“中国制造2025”战略，发展智能制造、智能装备、智能生产是成为工业界发展的主流方向。因此，利用这次工业革命的机遇，建设智慧煤矿、发展智能化开采符合国家战略，也是解决目前煤炭工业面临问题及发展的必然选择，相较于井工开采露天矿山更适合建设符合智慧化要求的现代化矿山[3-5]。
国外从20世纪90年代开始研究露天矿山开采智能采矿技术，美国、加拿大、澳大利亚、德国等发达国家都提出了自己的技术方案。针对开发设计智能化方面，西方采矿大国相继推出了用于地质资料处理、矿床建模、采矿设计、计划编制、测绘图形处理等方面的矿用商品化软件。英国矿山计算有限公司（MICL）开发了Datamine采矿软件系统，包括地质信息处理、矿床模型构造、采矿设计、矿山调度与计划等模块，其主要应用在地质勘探数据处理、露天或地下采矿设计、矿山调度以及生产计划编排等方面。Surpac国际软件公司（SSI）开发了Surpac软件是一套三维交互式图形软件系统，具有地表测量数据处理、地质勘探数据分析和采矿设计等功能。其应用领域主要包括勘探和地质建模、资源评估、露天和地下采矿设计、生产计划和开采进度计划编制以及尾矿和复垦设计等。澳大利亚MAPTEK开发了Vulcan软件，将地质矿床建模[8]、采矿设计及进度计划编制融为一体，可以利用地质统计学方法处理原始数据并预测品位变化，可以进行露天或地下采矿设计和生产进度安排[6-10]。
针对设备及工艺智能化方面，比塞洛斯公司控制系统应用现代计算机技术更新了原已实现的自动化，推出了钻孔可编程控制系统。它由可编程逻辑控制器和显示器组成的PLC视屏系统，钻机钻孔过程中可随时向司机提供运转的各种性能参数。英格索兰公司潜孔钻机通过钻机监测系统(IRDMS)，司机从司机室的控制台监视钻进参数 (钻进速度、孔深、总进尺以及已钻出的孔数)，也可以诊断出与机械和系统功能有关的故障，关键件的温度、压力以及过滤器状况。并能把数据传输给钻机外的计算机，或者与矿山无线系统联网。CAT运输设备自动化系统包括定位、环境（路况）检测、机器控制、无线通信和位置控制，GNSS接收器连续不断地监测卡车的位置和方向，激光测距仪将扫描卡车前面的路面来确定是否有障碍，数据经过计算机处理告诉操作机器人如何避让。2013年福特斯克金属集团与卡特彼勒公司合作，在索罗门（Solomon）铁矿区签署无人驾驶卡车协议，第一批8台无人驾驶的全自动793F矿用卡车在矿区投入使用，至今已经拥有54辆，无人驾驶卡车累计运量达到2.4亿吨[11-24]。
相比国外发达国家，我国智能化开采技术起步较晚，但随着我国科学技术的高速发展，尤其是矿业软件方面的迅速发展与企业数字化管理理念的提升，使得国内的矿山具备了建设数字化矿山的条件。现在，我国国内已经有一些矿山实现了矿山的穿孔、爆破、模型更新、配矿等功能单一或几个联合业务模块的数字化管控。国内采矿设计智能化方面具有代表性的有中南大学开发的DIMINE软件，三地曼公司开发的3Dmine，北京大学与龙软科技的LongRuanGIS，煤炭科学研究总院开发的矿区资源与环境信息系统（MREIS）等。DIMINE软件提供了一套较完整的数字矿山解决方案，可应用于地质勘探资料分析、地质体三维建模、资源评价与储量计算、露天和地下采矿优化设计、通风网络解算、开采计划编制、矿山局部与整体的快速建模等工作。三地曼公司开发的3DMine软件主要应用于固体矿产的地质勘探数据管理、矿床地质模型、传统和现代地质储量计算、露天及地下矿山采矿设计、露天短期进度计划以及生产设施数据、规划目标数据的实用三维可视化基础平台建设。该软件包括三维软件界面设计、模块化软件结构，实现了地质、测量、采矿和生产管理的信息共享，具有较好的与国内外图形软件的数据兼容性，是国内较为领先的三维矿业软件。
国内露天矿在设计规划研究、教育科技、矿山开发等方面的信息化、自动化等也得到了一定的发展。华能伊敏露天矿、神华准能集团和中煤平朔集团等大型矿山信息化和智能化建设提升了数字化设计工具普及率、关键工艺流程数控化率以及矿山生产运营管理的自动化程度[25-34]。
华能伊敏煤电公司露天矿十分重视利用信息技术改造和提升传统产业工作，在企业信息化、数字化、自动化方面作了大量的工作，从1997年开始先后建立了卡车自动化调度系统、管理信息系统（MIS）、疏干集控系统、破碎-皮带集控系统等，建设了以光纤为基础的高速企业网。这些系统的使用为露天矿生产、经营、管理提供了先进的技术手段，取得了良好的经济效益和社会效益。
国家能源投资集团准能集团按照国家能源投资集团信息化总体规划和数字矿山指导规划为依据，结合准能集团数字矿山建设现状和降本增效需求，以先进的技术、设计理念和管理思想为指导，构建准能数字矿山总体应用架构。监测监控方面已建系统包括地面生产系统集控系统、卡车调度系统、车辆防碰撞预警系统、边坡稳定监测系统、卡车轮胎在线监测系统、燃油监控系统、供配电监控系统、工业电视系统、无线通信系统等；生产管理方面已建系统包括综合监控与调度指挥、生产执行系统、班组管理系统、PM设备管理系统、成本分析及展示系统、维修作业安全管控系统、煤质分析系统；生产工艺方面已建系统包括抛掷爆破设计系统、剥采排与土地复垦综合预控系统，实现三维模拟展示；经营管理已建ERP、OA等。
中煤平朔集团公司通过信息化建设实现了生产经营管理的信息化，卡车运行、钻机作业等的智能化监控调度系统提高了安全管控能力和生产工艺系统效率。生产系统信息化已建系统包括露天矿GPS智能卡车调度系统、钻机高精度自动布孔导航及深度检测系统、乳化炸药车动态监控系统、防碰撞系统、超速报警系统；煤矿管理信息化已建系统包括公司自动化办公OA系统、公司ERP系统和资产全寿命管理系统（EAM）等。
露天矿智能化主要体现在如下几个方面：
1）露天矿山自动化装备及自动化系统的大范围应用。例如露天矿山作业环境的动态感知，穿孔、采掘、运输设备的自动化作业与智能化维检，全工艺系统环节的大数据采集与分析。
2）生产设计与矿山工程施工的一体化管控。例如自动化辅助设计软件的应用确保了生产设计的最优化，施工计划的自动生成、指令推送及智能化作业引导系统又严格确保了设计的精准化实施。
3）信息化数据链的集成、数据处理和决策。例如矿山生产过程中人财物等生产要素的大数据分析等技术确保了矿山生产高效、快速的信息化管理[35-37]。
通过上述自动化、智能化、信息化等技术的应用，国外露天矿山逐渐向着安全高效、绿色环保的智慧型矿山方向发展。根据美国能源信息管理总署（U.S. Energy Information Administration）公布数据显示，2010年美国露天煤矿雇员人数为28 709名，平均单工开采效率（全员劳动生产率）为9.46 t/h；2017年美国露天煤矿雇员人数相比2010年减少了25.08％，达到21 509名，而平均单工开采效率却提高到了10.92 t/h，增长幅度达15.43％，“减人增效”成果显著。
在过去的1~2年内，国外露天煤炭工业更是进入到了跨时代发展的关键阶段，据报道，2018年8月，澳洲力拓公司（Rio Tinto）宣布在西澳洲Koodaideri矿启动全球首个“纯智能化矿山”项目，矿山改造预计将于2021年完成，届时Koodaideri矿的生产系统将由一个遍布着机器人、无人驾驶矿车、无人卡车、无人钻机和无人运货火车的智能设备网络所组成，成为真正意义上的无人化智慧露天矿山。
目前，我国煤矿信息化、自动化发展逐步完善，煤矿智能化建设任在起步阶段，对于煤矿智慧化建设所遇到的诸多关键性问题，国内外学者开展了大量而又深入的研究。早在上世纪末李仲学就提出了面向知识经济与可持续发展的矿业观, 要求矿业界必须全面加强技术创新, 要采用智能化等新技术加速从劳动密集型产业向技术密集型产业发展。吴立新、毛善君、卢新明等人在本世纪初结合当时信息化发展状况对数字矿山 定义内涵、特征、框架与关键技术及应用等做了详细分析[9-13]。王国法、陈晓晶等基于当前数字矿山技术发展现状,结合生产系统智慧化特征及要求,给出了智慧矿山概念及内涵:将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术融合,形成矿山感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制的完整智能系统;到2025年,实现煤矿单个系统智能化向多系统智慧化方向发展,建立智慧生产、智慧安全及智慧保障系统的基本运行框架,初步形成空间数字化、信息集成化、设备互联化、虚实一体化和控制网络化的智慧煤矿第二阶段目标。实现矿井开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程智能化运行。资源开发利用水平显著提高,煤矿职业健康和工作环境根本改善,矿山生态恢复和保护全面实施[38-41]。毛善君、谭章禄等对建设智慧矿山中涉及的关键技术，如物联网、大数据等研究方向进行了战略思考和探讨[42-45]。 但以前研究只是从智慧露天矿山含义的确定、关键技术研究、总体框架研究、单一系统单元上做了较为深入的研究，未从全局角度对智慧露天矿进行总体规划，尤其从未针对我国露天煤矿智慧化建设进行研究与架构设计。
相较于井工煤矿智慧化建设，露天矿山智慧化建设更易于实现以及形成一个完整的智慧生态网络。露天矿山是一个复杂的大系统，最显著的特点是业务层次多、业务系统结构复杂。智能化升级是大系统各组成环节全面升级转型的过程，升级的目标也不仅体现在单台设备、单个环节上，更主要的体现在跨设备、跨工艺环节、跨工艺系统、跨业务范畴的信息共通共享、高效利用上。因此为了确保科学、系统、有序的开展智慧露天矿山建设，需要全面系统地对智慧化露天矿理论、技术、建设总体方案做出详细的规划与研究[46-48]。
1 智慧露天矿山的定义
从露天矿山生产要素角度来看，智慧露天矿山的本质是将跨越两次工业革命的信息化技术与露天煤炭工业深度融合，通过生产、安全、管理、设计等工作的信息化和矿山机械的智能化，进而实现露天矿山劳动生产率的大幅度提高，整体生产成本的大幅度降低。
从系统论、控制论、信息论角度来看，智慧露天矿山是通过集成先进的感知、计算、通信、控制等信息技术和自动控制技术，构建露天开采过程中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，实现系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。
所谓智慧露天矿山，即以矿山数据数字化、生产自动化、管理信息化为基础，结合新的传感器技术、网络通讯技术、空间信息技术、人工智能技术等，实现矿山生产及管理的智能感知、辨识、记忆、分析计算、判断和决策、评估考核改进，达到整个矿山的无人化或少人化，实现矿山的绿色、安全、高效[49-56]。
2 智慧露天矿山建设原则
2.1 按照“智慧单元—智慧系统—智慧大系统”建设原则
（1）系统结构层次的划分
露天矿山是一个复杂的大系统，最显著的特点是业务层次多、业务系统结构复杂。露天矿山的智能化必然是露天矿山大系统各组成环节全面升级转型的过程，升级的目标也不仅体现在单台设备、单个环节上，更主要的体现在跨设备、跨工艺环节、跨工艺系统、跨业务范畴的信息共通共享、高效利用上。因此为了确保科学、系统、有序的开展智慧露天矿山建设，有必要按照系统的递阶式层级将整个智慧矿山系统划分为智慧单元、智慧系统和智慧大系统等三个层级，具体如下：
1）智慧单元层级
智慧单元是具有不可分割性的智慧露天矿山最小单元，其本质是通过软件对物理实体及环境进行状态感知、计算分析，并最终控制到物理实体，构建最基本的数据自动流动的闭环，形成物理世界和信息世界的融合交互[57]。同时，为了与外界进行交互，智慧单元应具有通信功能。智慧单元是具备可感知、可计算、可交互、可延展、自决策功能的智慧露天矿山最小单元。例如一台卡车上实现定位功能的软硬件，就构成最小的智慧单元。
2）智慧系统层级
在智慧单元的基础上，通过网络的引入，可以进行多个智慧单元的相互通讯、协同配合，构成智慧系统，例如卡车调度系统（如图1所示）。智慧系统可实现更大范围、更宽领域的数据流动，实现了多个智慧单元的互联、互通和互操作，进一步提高生产资源优化配置的广度、深度和精度。智慧系统基于多个智慧单元的状态感知、信息交互、实时分析，实现了局部生产资源的自组织、自配置、自决策、自优化[58]。在智慧单元功能的基础上，智慧系统还主要包含互联互通、即插即用、边缘网关、数据互操作、协同控制、监视与诊断等功能。
3）智慧大系统层级
在智慧系统的基础上，通过构建智能服务平台，实现覆盖生产、管理、经营销售等诸多系统之间的高效协作，构成智慧露天矿山大系统（如图2所示）。例如涵盖穿孔、爆破、采掘、运输、排弃、复垦、检修、财务、管理、安全、销售、设计等等大型服务平台。
智慧大系统主要实现数据的汇聚，从而对内进行资产的优化和对外形成运营优化服务。其主要功能包括：数据存储，数据融合，分布式计算、大数据分析，数据服务，并在数据服务的基础上形成了资产性能管理和运营优化服务。智慧大系统可以通过大数据平台，实现跨系统、跨平台的互联、互通和互操作，在全局范围内实现信息全面感知、深度分析、科学决策和精准执行[59]。这些数据部分存储在智慧露天矿山智能服务平台，部分分散在各组成的组件内。对于这些数据进行统一管理和融合，并具有对这些数据的分布式计算和大数据分析能力，使这些数据能够提供数据服务，有效支撑高级应用的基础[60]。
2.2 数字化—自动化—智能化建设原则
近年来智能化技术的快速发展，在传统产业不断发生融合，产生了一批新的智能设备、感知形式和联网方式，为基础工业的发展与变革起到了显著的促进作用，总结“智能设计、智能生产、智能服务、智能应用”等工业领域发展升级过程应用案例（如图3所示），可以归纳得出以下结论：智能化技术通过构建“状态感知、实时分析、科学决策、精准执行”的闭环体系，实现了各应用场景中系统生产效率的显著提升[61]。
例如能源开采基础行业的生产运营中，普遍由“人、机、环、管”四大要素组成，然而传统生产模式中的人员不可控、环境难以预测、管理难度大、所以造成生产设备的操作、监测、管理等极为不便。此外，因设备与设备之间的不能通信而造成生产过程缺乏协同性，从而出现设备闲置或设备不足的现象，造成生产资源及生产能力分配不合理和浪费。
如果通过不确定性因素的“数字化”，进而实现生产作业过程的“自动化”甚至“智能化”，从而构建开采过程中“状态感知、实时分析、科学决策、精准执行”的闭环体系，即可解决设计、生产、管理、经营过程中的复杂性和不确定性问题，就可以提高资源配置效率，实现资源优化。
考虑到当前对“数字化-自动化-智能化”准确涵义及其相互关系的理解和把握不尽统一，有必要结合露天矿山特点，在智慧露天矿山建设时，对于各定义与概念作出准确的描述，具体如下：
1）数字化。数字化是计算机、多媒体技术、软件技术、智能技术发展的基础，也是信息技术体系的基本组成之一，“数字化”侧重数据的采集与量化，主要实现物理状态的感知。露天矿数字化一般标志着计算机技术在矿山开发研究、生产管理应用的早期阶段，其侧重点在于矿山信息的采集存储及处理实现数字化，属于智慧露天矿山建设的基础[62]。
2）自动化。自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期目标的过程。
自动化的概念是一个动态发展过程。过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器（包括计算机）不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业[63]。
3）智能化。与自动化相比，智能化特点是：一是具有感知能力，即具有能够感知外部世界、获取外部信息的能力；二是具有记忆和思维能力，能够利用已有的知识对信息进行分析、计算、比较、判断、联想、决策；三是具有学习能力和自适应能力，即通过与环境的相互作用，不断学习积累知识，使自己能够适应环境变化；四是具有行为决策能力，即对外界的刺激作出反应，形成决策并传达相应的信息。因此，智能化是高级的自动化，有别于“一般自动化”的概念，智能化涵盖了感知和认知两大功能，更强调“记忆、思维、学习、自适应”能力[64]。
综上所述，智慧露天矿山在发展过程中，应遵循“数字化—自动化—智能化”的发展步骤，在数字化、自动化逐步实施的基础上，构建开采过程中状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的闭环体系，解决设计、生产、管理、经营过程中的复杂性和不确定性问题，提高资源配置效率，实现资源优化[65]。
3 智慧露天矿山建设基本构想
3.1智慧化系统之一：露天矿基础支撑智慧化系统
露天矿基础支撑智慧化系统（如图4所示）是智慧露天矿建设的重要基石，主要有网络环境、硬件环境和软件环境建设，包括支撑智慧露天矿建设和运行的大数据信息网络平台、综合数据库系统、通信感知设施、网络传输、数据仓库、应用支撑、高性能计算、海量存储、信息安全以及各类智能终端系统等基础保障系统]。其中网络环境建设主要包括数据通信和网络安全；硬件环境建设主要包括数据中心、管控指挥中心和办公环境建设；软件环境建设主要包括专家知识库、大数据基础及分析平台。露天矿基础支撑智慧化系统为后期各业务系统的建设提供全方位服务，保证数据可靠的采集、传输、存储、应用等。并随着智慧矿山业务单元的建设，保持一定的先进性，从而为整个智慧露天煤矿的建设保驾护航[66-68]。
3.2智慧化系统之二：露天矿时空演化智慧化系统
露天矿全生命周期可以概括为开发前、中、后各个阶段，露天矿设计、生产、管理等一切行为无外乎是露天矿三维时空的动态发展变化，因此，智慧化建设首先就是构建露天矿三维时空演化的可视化、数字化动态模型，动态记录和查询、展示露天矿在任何时段资源开发和环境的三维空间形态、设备和工艺系统布局及运行状态、生产计划、施工及管理等经济技术状况等。
露天矿时空演化智慧化系统（如图5所示）实现所有地质、测量、安全、生产等相关数据的集合与展现，露天矿的所有信息都可以通过时空演化模型进行查询并得到直观的体现，如进行露天矿历史生产状况回溯以及模拟开采、检验生产计划方案的优劣、核验工程实施与生产计划的出入等操作，形成机电设备管理、生产计划与工程管理等系统进行可视化分析和智慧化应用的基础[69-73]。
3.3智慧化系统之三：露天矿设备及工艺智慧化系统
露天矿设备及工艺智慧化系统对钻机、混装炸药车、电铲、自卸卡车、排土机以及原煤地面生产系统（含破碎站、胶带输送机、堆取料机、装车站）等进行智慧化规划，主要实现设备作业过程的数字化、自动化，作业环节的远程控制及智慧作业，实现减少现场人员重复性简单工作，减少现场作业人员的目标。通过物联网采集设备运行工况，进行设备间相互关联性、计量等分析，并实现识别、比对、分析、传输、接收指令等智能化功能[74-80]。主要包括：
1）采掘设备智能化。如图6所示，通过矿用传感器、人工智能和3S（GIS、GPS、RS）等技术来实现电铲的智能化、精准化作业，在作业过程中确定电铲正确的合理位置、铲斗的合理挖掘方式；准确识别岩石块度和煤岩混合台阶，并把地质数据实时传输到生产技术中心，为工作面下一次推进作出合理的计划；装车时可准确识别卡车位置以及车斗内物料的堆积形状，为铲斗悬停位置提供引导，保证卡车的满载率。
2）运输设备智能化。如图7所示，通过3S（GIS、GPS、RS）、传感器等技术实现大型运输卡车的定位、作业位置分配、最优运输线路的规划、排土作业自动停靠等功能，并在简单路况下实现卡车无人驾驶；采用智能化胶带运输机实现煤样的自动检测并分装分流、自动检测物料粒度、调整破碎机转速；研究大倾角运输机（胶带或链板）在露天煤矿的应用，降低运输成本。
3）排土设备智能化。如图8所示，研究无线遥控推土机在露天矿排土作业中的应用，实现全液压推土机在远程操控模式下无人驾驶运行。利用全球定位系统（GPS）和安装在工程机械上的传感器实时掌握推土机自身的位置、挖掘地面的铲刀和机械臂的状态以及地面情况等数据，将作业指示数据传送到工程机械配备的控制盒后，可以一边利用测量系统确认情况一边施工。
4）穿孔爆破作业智能化。如图9所示，利用地理信息系统、虚拟现实、地质统计学等方法，并结合岩石爆破理论和爆破技术，开发露天矿山爆破工程智能化三维设计系统，实现爆破参数设计、爆破过程模拟和爆破效果预测分析；应用基于GPS、捷联式惯导系统等技术实现钻孔设备的精准定位，并实时进行钻孔位置和深度的校验，实现钻机的智能化精确作业。
5）破碎机（站）智能化。如图10所示，利用物料块度图像识别、破碎过程震动传感、电器自动化控制调节等技术，通过实时图像处理，判断物料形状、块度大小，构建分级标准对物料进行分配并统计分析不同块度所占比例。基于物料块度及破碎过程震动频率、幅度实时监控与判断，通过块度分析反馈爆破效果，另一方面通过智能调节给料速度、破碎辊转向及转速，达到高效作业。
6）设备故障实时智能诊断智能化。如图11所示，研究参数信号高速同步采集与长距离传输技术；研究基于嵌入式技术对海量数据实时分析，实现机电设备故障本地实时分析；探讨设备微弱故障特征提取与定量智能诊断技术，克服设备故障诊断对专业人员的过分依赖；探讨机电设备远程集中监测诊断技术，实现信息共享与多点访问。
3.4智慧化系统之四：露天矿生产计划与工程管理智慧化系统
露天矿生产计划与工程管理智慧化系统在生产与施工一体化逻辑关系规划基础上，主要实现穿爆、采装、运输和排弃环节等的智能化设计，局部作业过程的推演和分析，作业环节关键点进行细化和量化，规范施工标准，生产成本的自动核算以及绩效的自动考核，矿山施工质量的智能管控，实现开采过程的动态仿真，开采设计和施工的交互分析和优化，生产目标最优下各工艺环节自动决策和施工，最终达到智能决策的目的。
在设备智能化基础上，结合综合调度优化实现生产目标最优下各工艺环节最优化的自动决策，同时实现辅助生产环节的智能化，即建设一个生产工艺系统综合智能化监管决策平台（或称为露天矿全系统（人机环境管理）智能决策平台），按照即时、阶段确定的生产目标（优化目标如成本最低、总体产能最大等），应用物联网+对单台设备的即时空间位置、运行轨迹、作业状态、完好情况、以及各种经济技术指标的测算等，综合调度优化，实现整体最优目标下的穿孔、爆破、采装、运输、排弃主要工艺系统的分目标优化运行；各个设备之间的准确定位、入换、最优匹配；随时完成主要信息推送（重点设备效能、故障、效能考核等排行榜）；逐步延伸到辅助生产环节的智能化：后期覆盖疏干排水、道路维护、供电维护等辅助作业设备。
露天矿生产计划、工作面延深工程、推进工程、开拓运输道路施工等矿山工程的智能化。重点在生产组织与施工作业工程的智能化：按照现有工艺设备和设计及中短期计划，确定最佳穿孔、爆破、土煤岩各个工作面采装、运输、排弃、道路维护、复垦等工程或生产作业的施工设计/计划方案、最优技术参数、设备系统布局及调度、人员及物资保障、辅助工程等；实际作业位置、运行状态、数量质量指标等信息通过互联网/物联网/大数据采集/共享其位置、运行工况或相互间关联性、计量等，并实现识别、比对、分析、传输、接收指令等实现作业过程及其管理的智能化[81-83]。
3.5智慧化系统之五：露天矿综合管理智慧化系统
露天矿综合管理智慧化系统是基于时空演化模型采集的数据、机电设备的智慧化产生的数据和生产计划与工程管理产生的数据，采用大数据分析、专家评价、专家系统等先进的技术手段，研究绿色、安全、高效生产的智慧管理方法，如实现生产效能的全自动化分析、生产成本的实时管控、绩效考核的无处不在，最大化程度降低露天矿的生产成本；实现生产设备智慧指挥、矿山工程智慧管理以及工艺系统智慧优化，进一步实现少人作业，减少甚至杜绝露天矿本身的安全隐患，实现露天矿的本质安全；提高生态复垦的质量、降低生态复垦的成本，实现生态恢复的价值，实现露天开采的本质绿色，最终实现建设和谐、美丽、可持续发展的露天矿。
如图12所示，露天矿综合管理智慧化系统实现露天矿山所有智慧化系统的综合集中管控，包括矿山人员、财务、物资、安全以及外包工程等管理的智能化；生态保护、节能等辅助环节管理的智能化。实现基于网络的跨时空联网查询、管理、运行、调度、保障、服务等。露天矿边坡安全、网络安全、安全培训、防碰撞技术与装备、粉尘控制、有毒有害物质治理、疏干水合理利用、清洁能源利用、大型专家知识库和数据仓库、可视化智慧决策平台、基于大数据的智能决策平台、数据通信、办公自动化、办公环境智能化[84-89]。
4智慧露天矿山建设关键技术
按照系统的递阶式层级将整个智慧矿山系统划分为智慧单元、智慧系统和智慧大系统等三个层级。
4.1智慧单元层级——传感器软硬件技术
智慧单元技术需求是构建一个最基本的智慧露天矿单元时需要满足的技术需求，从智慧单元的体系架构看，传感器是智慧露天矿山获取相关数据信息的来源，是实现自动检测和自动控制的首要环节。因此，在智慧单元层级上来看，最为核心的关键技术是包含软件、硬件的传感分析技术。
4.2智慧系统层级——单元通讯技术
在智慧单元的技术需求上基础上，参考智慧矿山系统层级架构，需要进一步强调单元组件之间的互联互通，并在此基础上着眼于对不同组件的实时、动态信息控制，实现信息空间与物理空间的协同和统一，同时需要对集成的计算系统、感知系统、控制系统与网络系统进行统一管理，因此，在智慧系统层级上来看，需要单元通讯技术的支持。
4.3智慧大系统层级——系统集成技术
在智慧系统的技术需求基础上，参考智慧矿山系统层级架构，智慧大系统的数据更为真实、丰富多样、种类繁多，因此需要新的处理模式对数据进行融合分析提取其中潜在价值，从而提供更强的决策力、洞察力和流程优化能力。进而系统、全面的挖掘矿业数据中潜在的价值。因此，在智慧大系统层级上来看，需要系统集成技术的支持[90-93]。
综上所述，智慧露天矿山的层级结构及各层级所需要的核心关键技术见表1。
表1 智慧露天矿山建设层级及关键技术
5智慧露天矿山体系、框架、内容和目标
5.1 体系结构
智慧露天煤矿这个复杂巨大的工程，由保障体系、标准规范体系、关键技术、决策体系、信息基础支撑体系、时空演化支撑体系、生产设备与环节管控体系、生产计划与施工协作体系、综合应用管理服务体系组成，如图13所示。保障体系、标准规范体系、关键技术是建设的保障，信息基础支撑体系是建设的支撑，时空演化支撑体系、生产设备与生产环节管控体系、生产计划与工程施工协作体系和综合应用管理服务体系是建设的功能，决策体系是建设的优化度量标准。
1）保障体系。保障体系包括组织流程保障、政策保障、资金保障、人才保障、组织保障、法律保障等智慧露天煤矿的建设保障。
2）标准规范体系。标准规范体系包括智慧露天煤矿各个组成部分的建设标准，目前智慧露天煤矿的建设标准还不是很完善，但也有如《GB/T28181-2001安全防范视频监控联网系统信息传输交换控制技术要求》、《智慧露天煤矿建设指南》、《煤炭工业露天矿节能设计规范》等标准可以作为参考依据。
3）关键技术。智慧露天煤矿关键技术包括物联网感知相关技术、大数据分析相关技术、GPS或北斗定位技术、网络通讯技术、数据集成技术、空间信息技术、运维管理技术、人工智能技术等。
4）信息基础支撑体系。信息基础支撑体系包括感知设施、网络传输、数据仓库、应用支撑、高性能计算、海量存储、信息安全等。
5）决策体系。决策体系包括各系统性能优化、生产环节优化、效能优化自决策、准确精细化管理服务等。
6）时空演化支撑体系。时空演化支撑体系主要是智慧露天煤矿生产的应用基础支撑，针对露天矿生产前、中、后期各阶段及其重要时间节点的演化管理，作为生产设计、分析、管控的综合支撑。
7）生产设备与生产环节管控体系。生产设备与生产环节管控体系是智慧露天煤矿生产的主要应用分支，将生产、管理、自诊断、设备维护和安全等因素结合在一起，形成闭环管控体系。
8）生产设计与工程施工协作体系。生产设计与工程施工协作体系是智慧露天煤矿生产的主要应用分支，将生产设计与工程进行有机的结合，主要包括露天矿生产整体最优目标下的穿孔、爆破、采装、运输、排弃主要工艺系统的分目标优化运行及精确、严格、规范的工程施工。
9）综合应用管理服务体系。综合应用管理服务体系是智慧露天煤矿生产的主要应用分支，主要包括安全、高效、绿色生产的智慧管理等。
智慧露天煤矿总体规划设计是将建设目标、实施目标、知识体系、建设体系、技术应用、实现成果等所需的信息要素集成为总体方案，是智慧露天煤矿纲领性和路线性的建设目标和实施战略。具体矿山的智慧露天煤矿建设总体规划设计要保证同其所属公司的管理和生产任务的总体战略上的一致性，设计出智慧露天煤矿的总体框架结构，并在此基础上开发相应的业务应用平台，制定智慧露天煤矿系统工程分期和分阶段实施的工作内容和任务，以及具体项目实施的策略、措施、方法和计划等。
5.2 总体框架
5.2.1 智慧化露天矿总体框架
智慧矿山总体框架按照智慧煤矿基本构想进行构思，结合业务数据流及控制流进行设计，如图14所示，主要由五部分构成，分别是露天矿基础支撑智慧化系统、露天矿时空演化智慧化系统、露天矿设备及工艺智慧化系统、露天矿综合管理智慧化系统、露天矿生产计划与工程管理智慧化系统,智慧露天矿总体框架如图15所示。
1）露天矿基础支撑智慧化系统。主要是基础硬件环境、网络环境、软件环境的建设，为整个智慧矿山的运营提供基础保障。
2）露天矿时空演化智慧化系统。主要是基于地质、测量、采矿等的数据及可视化模型管理，为生产计划及高效管控提供基础场景模拟等应用。
3）露天矿设备及工艺智慧化系统。主要是对现有穿爆、采装、运输、破碎、排弃等生产环节工程设备进行智能化的改造升级，更加精准、高效的采集数据，更加有效的服务于生产，通过对各生产环节衔接的贯通，更进一步的提高工程作业。
4）露天矿生产计划与工程智慧化系统。主要是基于露天矿时空演化智慧系统及生产任务指令和各监测监控终端实时的数据采集，进一步的修正生产计划，从而检验工程质量的高低，为生产计划与工程匹配提高精准匹配。
5）露天矿综合管理智慧化系统。主要是针对安全、生产、运营及管理各方面的综合管理系统，将基于各生产环节产生的生产数据、基于安全的各项监测数据、基于运营的管理数据等通过大数据分析平台解析，从安全、高效、绿色、和谐方面进行综合管理应用。
5.2.2整个流程设计
1）由计划部门接收生产计划任务起，生产设计部门基于时空模型演化模型系统制定生产计划，通过生产仿真推演形成生产计划成果数据。
2）生产计划成果数据经露天矿综合管理系统形成调度指令，由调度室根据生产计划下达到各作业生产工程单位，工程施工单位根据计划任务及现场获取的作业环境参数进行工程作业，进一步由工况参数、环境监测、安全监测等传感设备采集数据。
3）工程设备作业过程中，实时获取的数据上传到大数据分析平台，由最初建立的专家知识库及分析诊断模型，对当前生产作业过程进行分析诊断[18]，给出诊断结果，诊断分析结果又将实时传到生产作业设备终端，进一步的指导工程作业。
4）生产作业工程作业结束后，对其工程质量进行评估确认，将质量检测数据上传至数据中心，通过露天矿综合管理系统进行生产设计与工程施工的对比分析，进一步的优化生产设计和指导工程施工。
以上的业务数据流及控制流主要是围绕生产环节进行设计，基于数据流的走向，结合业务控制流，通过五大主要系统形成闭环管理，从而形成智慧矿山总体框架。
5.3 建设内容
根据目前智能化技术发展及规划构想，智慧露天矿山可分二期规划建设，露天矿基础支撑智慧化系统、露天矿时空演化智慧化系统、露天矿设备及工艺智慧化系统、露天矿生产计划与工程管理智慧化系统、露天矿综合管理智慧化系统建设主要内容如图15—图17所示。
5.3.1基础支撑智慧化系统规划目标：
（1）一期目标
实现整个智慧矿山建设基础支撑智慧化系统的搭建，为后期各业务系统的建设全方位服务，保证数据的采集、传输、存储、应用等工作，使生产、运营及管理在规范、绿色、安全、高效的环境下良好运行，起到承上启下的作用。
1）实现企业4G无线专网的全覆盖，承载多个业务应用系统的通信，满足语音调度、视频接入、数据传输、设备遥控等业务需求，同时也能够适应未来5G工业网络建设发展。
2）实现企业数据通信协议及格式标准规范的制定。
3）实现专家知识库基础信息储备，为智能决策提供分析模型基础。
4）实现企业生产大数据分析应用。
（2）二期目标
实现矿山5G工业网络的部署及应用，使整个矿山的生产在新一代网络下良好的有序开展；实现办公环境的智能化，提升工作人员良好的办公环境及其工作效率。
5.3.2 时空演化智慧化系统规划目标：
（1）一期规划目标
实现包含露天矿主要生产信息的简单时空演化模型的构建、更新、修正及应用，用于演化露天矿的实际生产与计划，可视化展示、应用分析、查询露天矿主要生产信息，为基于时空演化模型的智慧化管控做准备，能够半自动化的指导生产；实现勘探、测量作业的自动化控制，提高勘探、测量的效率和质量，缩短时空演化模型的构建周期。
（2）二期规划目标
实现包含露天矿所有生产信息的精细时空演化模型的全自动构建、更新、修正与应用，基于时空演化模型实现对生产的智慧管控；实现勘探、测量的智慧化作业，即利用勘探、测量产生数据，再结合其他生产环节产生的实时数据，用于构建实时的时空演化模型，用于智慧管控露天矿的生产。
5.3.3 露天矿设备及工艺智慧化系统规划目标
（1） 穿孔设备智慧化
多数露天矿现场实际生产中采用人工点放样方式，存在主观性强、测点不精确的问题；采用人工手持皮尺的方式检查钻孔质量，重复简单劳动且作业效率低[22]；一期实现实时采集钻机作业过程数据，实现钻机作业过程的数字化，实现部分操作的自动化，减少现场人员重复性简单工作，实现钻机高效作业；二期实现钻孔环节的远程控制及自动作业，实现设备的科学决策，达到现场少人的目标，实现钻机的高效作业。
（2） 爆破设备智慧化
目前露天矿爆破设备的最佳选择是现场混装炸药车，集运输、生产、装填为一体，提高了生产装填炸药的机械化及自动化水平，爆破设备向大型化、信息化、自动化和无人化的方向发展，智能化爆破设备将是今后爆破设备的发展趋势和技术研究方向。最终实现装药车工艺参数控制及智能装药，实现设备的科学决策，达到现场少人、提高装药效率的目标，实现装药车的高效作业。
（3）采装设备智慧化
目前我国露天矿电铲未进行信息化改造，相对独立运行，生产效率受限于司机及卡车配合的程度[94]。一期目标实现实时采集电铲作业过程数据，实现电铲作业过程的数字化，满足电铲作业的数字化管理要求，实现电铲的安全、高效作业；二期目标实现电铲的自动挖掘与装载，提高电铲工作效率，实现电铲的高效作业。
（4） 运输设备智慧化
卡车是大型露天矿山主要的运输设备，国内外先进的露天矿山均采用卡车自营方式进行剥离和采煤工作。当前中国特大型露天矿如黑岱沟露天矿、伊敏露天矿等均已实现卡车轮胎监控管理、安全预警系统、燃油监控等数字化系统。随着时代的发展智能调度优化、卡车辅助驾驶系统以及无人卡车将成为露天矿卡车智慧化的主流趋势。最终实现卡车安全、油耗、胎压数据的实时采集，达到卡车作业过程的数字化，在此基础上实现卡车智能调度、智能辅助驾驶以及智慧作业，达到现场少人的目标，实现卡车运输的高效作业。
（5） 排土设备智慧化
排土作业主要配合电铲、卡车进行采运作业后对物料的平整压实以及排土台阶的扩展。当前排土机作业主要问题有人员操作不当导致排土位置以及高度与计划不符，操作人员工作环境较差[95]。一期目标为实现排土作业过程的信息化，实现部分操作的自动化，减少现场人员凭借经验操作导致的排土问题，实现推土机的高效作业。二期目标为实现排土环节的远程遥控作业，实现设备操作的精准执行及远程控制，并改善司机作业环境，实现推土机的高效作业。
（6） 原煤地面生产系统智慧化
露天矿地面生产系统担负着破碎外运任务，由一次破碎、二次破碎、输煤、储煤、配煤和装车外运6个子系统组成。信息化建设内容：破碎站盲区视频监测、考勤机巡检质量考核、堆取料机盲区监测、胶带机控系统、胶带输送机视频监控。一期目标为实现地面生产系统的自动化以及智慧化，破碎站实现无人值守，胶带输送机实现集控及机器人巡检，堆取料机实现远程控制，提高生产效率、减少现场工作人员的劳动强度及重复性工作，实现原煤地面生产系统的高效作业。
（7）露天矿生产工艺系统智慧化
露天矿自移破碎机及转载机每班约花费25~40分钟进行对接，耗费时间较长；卡车装载时，电铲缺乏引导信息，装载难度大。一期目标为实现多台大型装备智能快速对接，提高对接的效率、缩短对接时间，实现生产工艺的高效作业。二期目标为实现自动识别和定位卡车，自动计算最佳挖掘位置和倾倒位置，完成自动化卡车快速装载任务，提高电铲装车效率，降低人员操作难度，实现生产工艺的高效作业。
（8）设备故障实时诊断智慧化
露天矿环境条件恶劣，露天矿设备的各个结构受到的冲击和振动较大，因此矿山设备会时常出现各种故障，而且故障率较高、故障诊断与排除周期较长，导致设备和人员的工作效率低下[96]。一期目标为实现钻机、电铲、破碎机、胶带输送机、推土机的故障诊断。二期目标为实现装药车、卡车等设备故障的高效诊断。
具体各环节子系统分期目标如图18所示。
5.3.4露天矿生产计划与工程管理智慧化系统规划目标
（1）一期规划目标
实现穿爆、采装、运输和排弃等环节的智能化设计，局部作业过程的推演和分析；对作业环节关键点进行细化和量化[97]，规范施工标准[98]，班组生产成本的自动核算以及绩效的自动考核，矿山施工质量的智能管控[99]，提高作业效率，保证安全生产，降低生产作业成本。
（2）二期规划目标
实现开采过程的动态仿真，开采设计和施工的交互分析和优化，最终达到智能决策的目的[100-101]；在设备智能化基础上，实现生产目标最优下各工艺环节自动决策和施工。
具体如图19所示。
5.3.5 露天矿综合管理智慧化系统规划目标：
（1）一期实现目标
实现露天矿的综合管理智慧化，从根本上杜绝危险源的危害，降低疏干水再利用的成本，提高疏干水的利用率，提高生态复垦的的质量、降低生态复垦的成本，初步实现生态恢复的价值；实现少人作业，减少露天矿本身的安全隐患，逐步实现露天矿的本质安全；为露天矿综合管理所有的生产决策提供支撑，实现生产效能的全自动化分析，提高各环节的生产效能，提高生产成本管控水平以及对生产成本信息的利用效率和绩效考核的效率，降低露天矿的生产成本并提高绩效考核的质量。实现生产过程自动化与企业生产、经营管理信息化的一体化、集成化；实现设计、生产、经营管理诸环节的柔性化、敏捷化、虚拟化；实现科研、设计、工程、生产、经营和决策的数字化、自动化、网络化、协同化。
（2）二期实现目标
提高生态复垦的的质量、降低生态复垦的成本，实现生态恢复的价值，实现露天开采的本质绿色；进一步实现少人作业，减少甚至杜绝露天矿本身的安全隐患，实现露天矿的本质安全；实现所有生产环节的生产效能高级智慧管控，实现设备的实时最优化运行，保证生产效能的最大化；实现生产成本的实时管控、绩效考核的无处不在，最大化程度降低露天矿的生产成本；实现生产设备智慧指挥、矿山工程智慧管理以及工艺系统智慧优化，为露天矿生产设备、矿山工程的管理提供可视化智慧支撑。
具体如图20所示。
5.4 建设目标
智慧露天矿山的本质是将信息化技术与露天矿山深度融合，通过生产、安全、管理、设计等工作的信息化和矿山装备及系统的智能化，进而实现露天矿山劳动生产率的大幅度提高，整体生产成本的大幅度降低，达到整个矿山的少人化，实现矿山的绿色、安全、高效。
智慧露天矿山建设以云计算、大数据、物联网及矿业工程专业技术为基础，以露天矿山工业安全、高效、绿色发展为目标，利用物联网技术实现“人-人”、“人-物”、“物-物”深度互联能力；基于统一网络传输标准，使爆破、采装、运输、排土、环境等监控系统与机电设备管理、调度通信、工业电视等安全生产技术管理系统得以有机汇接，实现信息共享；利用云计算和大数据技术，对矿山海量数据进行挖掘分析并及时响应，为矿山各管理层面决策提供数据支持；建立统一的矿业协同平台，使矿山爆破、采装、运输、排土等部门协同工作，打破信息孤岛，实现矿山工业的分布式协同工作，最终实现信息采集全覆盖、数据资源全共享、统计分析全自动、业务管理全透明、人机状态全监控、生产过程全记录，形成完整统一的时空框架和信息系统，既提高各业务部门的信息化水平，又实现部门间信息的统一和共享，进一步提高系统的综合应用效果，实现矿山的绿色、安全、高效生产。
5.4.1建设重点问题1
智慧露天矿山建设是大系统各组成环节全面升级转型的过程，智能化不仅体现在“单一部件、单机设备、单一环节”上，更主要的体现在“跨部件、跨设备、跨环节、跨系统、跨业务范畴”的全局化信息流动、共通共享、高效应用上。因此为了确保科学、系统、有序的开展智慧露天矿山建设，有必要按照系统的递阶式层级将整个智慧矿山系统划分为智慧单元、智慧系统和智慧大系统等三个层级（具体如图21所示）。
图21 智慧矿山建设层级及具体内容
5.4.2建设重点问题2
智慧露天矿建设的目的是在高效、安全、绿色与可持续发展的前提下，尽可能提高劳动生产率，降低生产成本，增加企业盈利能力。无序盲目的建设将会造成目前信息化系统“孤岛”现象，更难以达到智能化决策的效果。
5.4.3建设重点问题3
露天矿山的智能化升级工作是一项复杂的系统工程，整个升级过程投入庞大，周期漫长。科学地决策各项规划内容的升级改造次序，避免出现重复建设、重复投入或者出现超前投入、滞后产出等情况，延缓矿山智能化升级改造进程。
通过智慧露天矿山建设，最终实现以矿山数据数字化、生产自动化、管理信息化为基础，结合新的传感器技术、网络通讯技术、空间信息技术、人工智能技术等，实现矿山生产及管理的智能感知、辨识、记忆、分析计算、判断和决策、评估考核改进，达到整个矿山的少人化，实现矿山的绿色、安全、高效。
6 结 论
6.1 提出了智慧露天矿山建设基础理论。
在综述国内外露天矿信息化、智能化动态进展的基础上，研究提出了智慧露天矿定义，智慧层次关系、建设原则和分期建设 “1+4”（1个基础平台是露天矿基础支撑智慧化系统，4个业务系统是指露天矿时空演化智慧化系统、露天矿设备及工艺智慧化系统、露天矿生产计划与工程管理智慧化系统、露天矿综合管理智慧化系统）智慧露天矿总体构架、体系结构和技术框架，规划了各个系统的重点建设内容及项目构成、实现途径和预期目标。
6.2 提出了智慧露天矿山建设评价标准。
实现智慧矿山的效益可以归结为安全保障、高效生产和绿色环保3个方面。
1) 安全保障。主要通过智慧矿山云中心的智能决策模型进行自动决策，保障矿山人、机、环、管全方位的安全，并通过反馈信息主动进行决策再优化。人员安全方面，应在个体防护和系统防护方面开展研究：个体防护能力方面，应具备人员所处环境参数的实时采集、无线语音通话、视频采集上传与远程调看、危险状态逃生信息的实时获取功能；系统防护能力方面，应能将矿山环境的实时监测信息、重点区域的安全状态实时评估及预警信息与矿山人员进行实时互联，并具备近感探测功能，从而实现全方位的人员防护。机电设备安全方面，应具备智能化的设备故障诊断与运维管理能力，具备设备在线点检、损耗性部件周期性更换提示、健康状态实时评估等功能。环境安全方面，应具备灾害实时在线监测、矿山安全状态实时评估及预测预警、降害措施自动制定能力。安全管理方面，应具备自动进行风险日常管控、自动定期进行安全风险辨识评估及预警分析、多维度自动统计与分析隐患的能力，具有手持终端现场检查能力，实现隐患排查任务的自动派发、现场落实、实时跟踪、及时闭环管理。此外，通过智慧化露天矿山建设达到少人化的本质安全。
2) 高效生产。主要通过智慧矿山云中心的智能决策模型进行自动决策，保障矿山穿、爆、采、运、排、电的自动高效运行，并通过反馈信息主动进行决策再优化。露天矿山采掘工作面的设备应具备高效的自动控制能力，从基本的就地控制，到一键启停、远程集控，直至达到理想状态，实现设备的无人化自动控制与巡检；穿爆方面，可实现钻机的自主导航、自主穿孔，装药车炮孔自动定位及智慧装药；运输排土方面，应能根据生产计划自动进行智能运输调度、胶带集控、推土机自动找平和智慧作业、破碎站工况、消耗件智能监控和无人值守智慧作业；供电方面，应能根据生产计划自动实时进行电力调度，且应具备智能防越级跳闸保护功能；排水方面，应具备根据水资源合理利用及峰谷用电负荷、电价等因素自动选择节能排水方式的功能。
主要通过智慧矿山云中心的智能决策模型进行自动决策，保障矿山经营管理的自动高效运行，并通过反馈信息主动进行决策再优化。应实现根据订单需求，通过云端的智能决策自动进行生产指标分解，矿山安全保障措施、采运排计划、供电计划、排水计划、复垦计划的制定等功能。
3） 绿色环保。应提高矿山的回采率，煤岩的自动识别提高选采准确性；提高矿山疏干水的利用率；提高矿区生态修复率；降低矿山吨煤生产耗电、耗水量；实现矿山粉尘、有毒有害物质的全方位在线监测和综合治理。 智慧露天矿山的建设是一个逐步分阶段实施实现的过程，随着科学技术的不断发展，结合露天矿山现状和需求不断进行探索和研究，逐步解决制约其发展的关键技术和核心难题，达到智慧矿山建设的最终目的和目标。
致谢
本论文内容部分为白音华三号露天煤矿智慧露天煤矿建设总体方案规划研究成果，感谢参与报告编写的课题组成员。此外，文中部分图片资料来源于网络，在此对相关原创作者一并表示感谢！
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