智能矿山空天地一体化架构创新性地基于数字空间底座，从生产对象着手，对生产过程全链条 进行数字化和智能化构建。
1.1 矿山地质条件复杂多变，环境监测面临诸多难点
矿山生产对象主要包括矿产资源及其所属的地质环境，是矿山开采和运营的基础。矿山地质环 境变化具有影响范围广、持续时间长、关联要素多等特点，复杂地质条件和脆弱生态环境使得 矿山地质环境监测面临严峻挑战。 ◆ 矿山生产对象智能化的难点在于：一方面，矿山岩层形态多样、地质灾害突出、环境参数多， 单一、传统的测绘监测手段难以满足矿山复杂地质环境监测的实际需求；另一方面，地质环境 参数的变化具有量变到质变的不确定性，地质灾害与生态环境变化之间存在复杂的耦合效应。 因此，实现矿山地质环境多要素的协同监测和智能感知是当前需要解决的难点。
1.2 三维地质建模、透明地质保障为当前主要技术方向
当前，矿山生产对象端智能化技术的发展主要集中在三维地质建模和透明地质保障技术上。透 明地质保障技术结合了物联网、人工智能、大数据和云计算等前沿ICT技术，通过定向钻探和随 采物探等手段，实现地质环境的实时监测和全面探查，从而构建动态的多属性三维地质模型， 同步再现矿山生产场景，为生产设备提供精确导航，有效预防安全事故，为智能矿山的建设提 供地质保障。 ◆ 尽管三维地质建模和透明地质保障技术为矿山智能化提供了强大的技术支持，但这些技术的普 及和应用仍面临挑战。目前，地质建模和采矿三维设计在实际操作中并不普遍，设计资料和图 纸难以通过三维平台传递给其他作业和管理环节，导致无法充分发挥三维建模在协同管理中的 潜力。许多作业和管理流程仍然依赖于传统的CAD图纸进行沟通和交流，这种方式降低了沟通 效率，并且无法及时将作业环节的问题和情况在模型上统一反馈和表达。
1.3 数字空间底座通过空天地数据融合，为智能矿山建设奠定基础
矿区岩层形态多样、地质灾害突出、环境问题复杂，单一、传统的测绘监测手段难以满足矿山 地质环境多尺度、连续性、整体性监测和多要素信息异常智能感知的实际需求。因此，智能矿 山的构建必须依托于空天地一体化的感知监测体系，并以此为基础建设基于空间分析的数字空 间底座，以提升矿山地质环境监测的综合性和智能化水平。 ◆ 数字空间底座是基于前沿技术架构的智能矿山数字基础设施，围绕“数字化”与“智能化”建 设中对数据化生产对象定义、使用、交互的核心需求，以满足各类信息资源汇聚、融合、管理、 应用、分析、服务为出发点和落脚点，采用大数据、云计算、人工智能、GIS等技术，以地理 实体为基础，通过卫星、无人机、地质数据等构建数字孪生体，通过数字空间分析，为矿山全 过程管理提供基于"卫星+无人机+地质测量"的空天地一体化感知体系。
数字空间底座运用多源数据融合技术，将分散的空间数据汇集成统一的地理信息系统。在测绘 领域，这一过程涵盖了卫星遥感影像、无人机采集的点云数据、地面测量数据等多种数据源。 这些数据源产生的数据格式、分辨率、坐标系等都存在差异，需要通过多源数据融合的技术进 行统一处理，解决了现有矿山各类测绘数据综合运用的难题。 ◆ 数字空间底座通过整合来自空、天、地的各类监测数据，实现矿区作业环境和作业对象的实时 数字化映射，为矿山数字化生产、运营、管理智能化系统建立交互的平台和基础，同时也为矿 山作业链各类业务数据提供了可靠的时空数据支持。在此基础之上，矿山的各类作业数据、流 程数据、管理数据实现高度融合，为矿山从数字化向智能化、无人化转型提供切实的公共基础 服务平台。
1.4 空天地监测体系为智能矿山提供科学的数据支撑
空天地监测体系从高空、中低空、地面三个维度构建监控网络，实现全天候的立体监测。 ◆ 天基系统通过卫星遥感技术，可为矿山提供宏观的地质构造分析、环境变化监测以及矿产资源 的初步评估。“矿大南湖号”矿用卫星是我国首颗矿业遥感卫星，由智慧矿业创新集群理事长 单位——中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室牵头，北京四象爱数科技有限 公司设计发射，具有高分辨率、轻量化、全天候的工作优势，标志着智能矿业领域“空天地” 模式的启动。卫星普查系统可以实现对监管区域范围内大范围的初步监测，筛选出潜在的边坡 风险区域，确定重点监管的区域，为下一步的无人机详查奠定区域基础。
空基系统主要依托无人机遥感技术，搭载专业数码相机、高清摄像机、红外传感器等载荷，可 通过倾斜摄影方式实现地上矿区三维建模。无人机详查系统能够一键导入无人机摄影测量和激 光雷达生产的矿区月度精细三维模型和点云数据，优化模型显示速度、渲染模式，实现矿区数 字三维重现，精准提取边坡形态数值，与初始设计规划建立对应关系，进一步判定边坡是否符 合规定要求及潜在风险。
地基系统通过GNSS、边坡雷达等地面物联网设备对矿区关键区域实施连续实时的量化监管， 为矿山的安全管理、环境保护和资源优化提供重要的数据支持。地面传感设备确保了监测的全 面性和深入性，是综合监测体系不可或缺的一环。通过空天地监测数据大规模、低成本、高实 时构建时空三维数字孪生模型成为智能矿山系统中的生产对象。
2.1 生产工具智能化是智能矿山建设的重要组成部分
矿山生产工具的智能化是智能矿山建设的重要组成部分，涉及智能采矿机械、无人驾驶车辆、 无人值守破碎站等多个方面。目前，矿山生产工具的智能化已经取得了一定进展，矿山无人驾 驶逐步实现规模化应用，一些矿山正在采用智能快掘装备和先进的采煤工作面技术，远程可视 化采煤等智能化设备也被越来越多地运用于实际操作中。
2.2 矿山无人驾驶系统由云端、网端、车端/路端三大模块组成
矿山无人驾驶系统架构呈现“3+1”特征，云端、网端、车端/路端三大模块构成核心系统，各 模块相应安全措施则综合组成安全防护系统。
2.3 矿山无人驾驶逐步实现规模化应用，未来将与智能矿山深度融合
经过多年技术沉淀和标杆案例经验积累，矿山无人驾驶实现从“安全员下车”到“单车无人” 再到“编组无人”的技术进步，多个企业已实现无人与有人驾驶车辆的混编运营。目前，头部 企业正朝着全矿无人化运营的目标迈进，推动矿山无人驾驶向更高水平发展。
目前，中国矿山无人驾驶企业专注于运输环节的智能化解决方案，但运输只是矿山作业的其中 一环。无人驾驶与矿山作业上下游链条的衔接仍不够充分，尚未打通智能化生产作业全链条。 ◆ 未来，矿山无人驾驶将加速发展，推动挖掘机、电铲、洒水车、压路机等配套设备的智能化改 造，并进一步与矿山其他智能系统如智能采矿、智能洗选等深度融合。矿山无人驾驶将从单一 的运输环节智能化，向整个矿山作业流程的全面智能化迈进。通过与智能矿山全链条的充分衔 接和融合，矿山无人驾驶将推动矿山行业向高端化、智能化、绿色化的方向发展。
3.1 矿山生产过程数字化、智能化尚未成熟
生产过程作为连接生产对象与生产工具的关键纽带，其数字化和智能化水平决定着整个智能矿 山系统的数字化水平，以及是否能够达成全链条数字化的效率。生产过程管理涉及矿山企业与 工程承包企业、装备企业等多个主体，目前跨越多主体形成的数字化解决方案尚不成熟。 ◆ 一些拥有工程承包能力的矿山企业由于内在动力充分、协调难度较低，已经开始尝试并形成了 初有成效的数字化管理方案。这些方案展现了生产过程管理环节的数字化智能化趋势，也预示 着通过全业务链数字化，矿山生产效能具有较大的提升空间。
3.2 生产过程数字化建设可通过三大维度实现
通过深入分析案例并借鉴智能建造等相关行业经验，我们认为可以从生产计划的自动编制、生 产作业任务的标准化和自动分派、矿山工程智能管理系统这三个维度来进行数字化建设和改进。 ◆ 生产计划的一体化自动编制： • 利用集成三维地质建模的矿山数字孪生技术实现矿山设计的数字化模型构建。根据地质模型和 矿石储量信息，利用三维采矿设计软件进行三维矿山设计和规划，包括开采方案、巷道布局、 采场设计等，快速生成生产计划。 • 生产计划的生成仅是起点，更为关键的是实现生产计划的仿真模拟、动态调整，实现不同设计 方案和工艺流程的模拟比较，辅助优化实时监控和设计方案，提高工程进度质量的核算和反馈 频次。因此，生产计划系统智能化就是结合矿山资源储量、生产能力和市场需求等要素，实现 生产计划的自动化生成和优化。
