本文摘要：半透明工作面拒绝基于地质地理勘探信息，对铁矿过程展开全面感官、信息构建与智能化分析掌控，竣工统一的综采自动化智能控制系统，动态感官井下工作面环境，并根据感官数据展开智能分析决策，最后构建掌控综采装备，构建确实的无人化。

半透明工作面拒绝基于地质地理勘探信息，对铁矿过程展开全面感官、信息构建与智能化分析掌控，竣工统一的综采自动化智能控制系统，动态感官井下工作面环境，并根据感官数据展开智能分析决策，最后构建掌控综采装备，构建确实的无人化。近年来，我国许多煤矿企业将综采自动化引进到铁矿过程中，应用于记忆阴煤、远程视频监控、自动去找平、红外热光学煤岩辨识等技术，但由于地理信息的不透明性，铁矿过程中缺少指导信息和有效地的煤岩辨识手段，目前铁矿仍主要倚赖人的经验，难以实现确实的智能化铁矿。

基于这一情况，笔者明确提出建设半透明工作面的设想。半透明工作面拒绝基于地质地理勘探信息，对铁矿过程展开全面感官、信息构建与智能化分析掌控，竣工统一的综采自动化智能控制系统，动态感官井下工作面环境，并根据感官数据展开智能分析决策，最后构建掌控综采装备，构建确实的无人化。数字化矿山的局部反映半透明工作面是数字化矿山在综采工作面铁矿过程中的局部反映。

在采矿工程、物联网、大数据与人工智能等理论基础上，半透明工作面以现实的综采工作面为原型，以意味著地质三维座标为参考系，以地质勘探、GIS(地理信息系统)、传感器、网络系统、远程控制、三维虚拟世界建模等技术为承托，收集综采工作面的全生命周期数据，监测仅有铁矿过程，并展开智能分析决策以及一体化构建自适应控制的技术系统。在建构地质模型时，半透明工作面通过应用于地质雷达、电磁波CT等新型细致工程物探传感器成果和巷道激光扫描数据等方式，以煤岩辨识等数据动态修正模型，融合设备方位姿态和环境状态等动态数据，构成动态半透明工作面。半透明工作面有三方面最重要内容。

一是工作面的地理位置与地质信息。二是动态、动态地感官工作面环境、装备与人员状态。

三是融合多源信息，利用三维物理技术再现生产过程。半透明工作面的四个层次根据涉及科研理论，综合物联网、大数据与人工智能、虚拟现实等新兴技术，按照工作面铁矿生产的类似市场需求，笔者从感官、传输、信息与智能应用于四个层次对半透明工作面系统的全域模型展开了整体设计。感官层的目标是对工作面环境、综采装备与人员状态展开全面感官，其任务是数据采集。

数据采集的目的是为智能铁矿的分析与决策获取依据，还包括地质兼及、随采行地质观测、三维激光扫描、视频图像捕猎、无线定位、惯性导航以及装备工况传感等技术。目前综采自动化系统中的仅次于问题是无法对环境与装备自身展开有效地及时的感官，即在现有综采自动化系统中缺少能适应环境工作面动态铁矿过程与井下多电磁干扰环境的有效地且可信的感官手段。传输层要将感官到的关于环境、综采装备与人员状态的数据展开较慢、高可靠性与低安全性的传输。传输层主要牵涉到井下网络传输技术，即井下综采工作面的主干网，主要还包括千兆工业以太网、煤矿井下移动通信、矿山6LowPAN、异构网络融合及M2M等多种通信技术手段。

信息层牵涉到信息的提供、存储、分类、预处理等一系列环节，是将感官层提供的数据升华为可必要可供智能应用层分析利用信息的关键层次。首先，要构建综采工作面各种环境、装备、人员数据的高度构建，通过系统集成技术切断数据通路。

在数据通路流畅的前提下，利用数据仓库技术已完成数据的集中于存储。其次，在数据仓库中根据工作面状态展开全面数据分类，并在原始数据上展开去轻、校验与清除等预处理操作者，已完成由数据到信息的升华，为工作面状态的三维重构获取信息基础。

再其次，在统一的信息传达基础上，建构公共基础服务平台，为智能应用层的各种智能化的应用于对外开放统一的信息模块。智能应用层是核心层次，是基于前三个层次的顶层建筑，要求了铁矿的智能化程度。该层次主要分成工作面虚拟世界重现技术与机器学习自适应铁矿两部分。

工作面虚拟世界重现部分要汇总还包括地质、激光扫描三维点云、装备方位姿态、视频等多种叙述工作面状态的信息，通过机器视觉、三维点云辨识等技术手段更进一步挖出信息，阐释工作面状态。机器学习自适应铁矿部分主要为以虚拟世界重现的工作面为基础，通过人工智能机器展开分析，分解自适应的智能化铁矿指令，指导生产并自动控制综采装备。半透明工作面全域模型中，感官层通过地质勘探与各种传感器，精确、全面且动态地提供井下综采工作面的环境、装备与人员状态的信息;传输层精确、较慢并安全性地将信息展开传输;信息层对所有数据展开汇总、分析和融合，已完成从数据到信息的升华;最后层基于所感官的信息，在计算机虚拟空间动态重构一个与井下工作面完全一致的虚拟世界工作面，利用机器视觉与人工智能技术进行智能分析并得出自动铁矿指令，最后与综采装备控制系统展开构建以掌控铁矿过程，构成感官、传输、分析决策、掌控的闭环。

必须七大关键技术做到承托半透明工作面的全域模型必须三维激光扫描技术、地质勘探技术、惯性导航技术、生产工况传感器技术、千兆工业以太网技术、多源信息融合技术和基于虚拟现实的工作面再现技术不作承托。一是三维激光扫描技术。近年来，激光扫描技术在地面测绘、无人驾驶、三维建模等领域充分发挥着最重要起到。

而在煤炭开采领域，激光扫描技术应用于尚能正处于跟上阶段，目前主要应用于在井下采空区测量上。在半透明工作面，激光扫描技术主要用作铁矿前与铁矿过程中工作面与巷道轮廓三维座标数据的提供。目前，制约激光扫描技术应用于的因素主要为煤尘阻碍和缺少有效地的定位技术。

二是地质勘探技术。地质勘探是通过各种方法手段对地质展开勘查、观测以确认地质结构、断层、矿物赋存等信息。

虽然钻井、地震勘探、瞬变电磁法、地质雷达等地质勘探技术多种多样，但每种手段某种程度都不存在缺失，于是综合地质勘探技术之后应运而生。综合地质勘探方法是综合多种物理勘探、地面测绘及钻井技术的优点，将其有机融合构成的综合性勘探技术。该方法需要充分发挥各种探查技术的聪明才智，填补各自的严重不足，于是以日益沦为主流勘探技术。

三是惯性导航技术。惯性导航技术主要通过测量加速度和陀螺仪的角运动，根据牛顿力学原理计算出来出有载体运动的速度和方位。

无论是多高精度的惯性元器件，惯性导航系统长时间运营终将造成客观的积累误差。为填补该缺失，一般来说必须人组装备多种导航系统，以惯性导航作为主要定位部件，相结合其他种类的导航系统部件，展开误差修正与纠偏。

四是生产工况传感器技术。煤矿井下环境简单，不存在各种干扰源，常规传感器的测量结果误差较小。近年来经常出现的新型光纤传感器和MEMS传感器填补了常规传感器的严重不足。现在很多大型煤矿渐渐使用一矿一面的铁矿方式，一旦设备经常出现故障，有可能导致全矿投产。

对于半透明工作面来说，设备工况传感器承担无非时、精确体现设备运营状态，获取可信数据依据的关键职责，而基于海量设备工况传感历史数据的挖出与分析，对设备展开故障诊断及预警起着至关重要的起到。因此，设备传感器在工作面铁矿智能化中充分发挥着最重要起到。

五是千兆工业以太网技术。鉴于国际现场总线技术无法符合人们的希望目标，技术领域将注意力逐步移往至以太网及TCP/IP技术在自动化行业中的应用于，并逐步发展沦为趋势。正是由于以太网限于的广泛性及其在技术上的领先性，使其不仅在办公自动化领域构成了垄断性优势，而且在工业领域中也具备其他网络技术无法比拟的优越性。

六是多源信息融合技术。信息融合是一个过程，它可以让用户构建将多个数据源统一到单一视图当中。

在半透明工作面中，数据融合主要是根据由信息层所整理分类的信息，解决问题数据冲突、展开数据拆分后，将数据综合应用于到界定与现实综采工作面状态最相似的虚拟世界数字化工作面状态的工作，为工作面的三维重构获取可信的信息依据。七是基于虚拟现实的工作面再现技术。在半透明工作面中，首先要根据激光扫描所提供的工作面环境三维轮廓，利用动态三维建模技术，创建工作面环境的动态三维模型。

在此基础上，通过融合低清热解毒红外视频图像信息，创建着色的工作面环境动态模型。此刻的工作面环境模型仅有不具备轮廓与纹理信息，还必须引进铁矿前兼及与随采行阶段物观测得出结论的简要与详尽的地质信息，以构建空间坐标、轮廓、视觉信息与地质构造的融合统一，超过半透明的目的。目前，制约半透明工作面建设的瓶颈是感官层的传感器技术，特别是在是在地质信息提供上，主流可信的方法仍停留在钻孔数据分析上。

而工作面铁矿过程中随采行地质数据的收集分析技术、无GPS辅助的井下定位技术等仍必须探寻，各种装备工况收集传感器的可靠性依然尚待提升。

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