数字孪生矿山白皮书（2021）
数字孪生矿山白皮书——围绕安全高效推进矿山行业数字化转型数字孪生矿山联合实验室北京华电力拓新能源科技有限公司工业4.0研究院共同发布2021年11月30日 数字孪生矿山白皮书数字孪生矿山联合实验室，2021年II摘要矿山行业的数字化可以追溯到1999年，当时举办的首届国际数字地球大会提出了“数字矿山”（DigitalMine）的概念，由此掀起了长达20年的数字化探索，期间出现了虚拟矿山、无人矿山和智能化矿山等概念。随着数字孪生体、人工智能、数据科学和物联网等新一代数字技术的引入，数字矿山开始向“数字孪生矿山”（DigitalTwinMine）演进。为了推动矿山行业数字化转型，北京华电力拓新能源科技有限公司（简称“华电力拓”）联合工业4.0研究院，共同建立“数字孪生矿山联合实验室”（DTML，DigitalTwinMineLaboratory），基于实地调研和标杆分析成果，撰写和发布《数字孪生矿山白皮书》（简称“白皮书”），分析了数字孪生矿山关键核心技术和演进策略，设计了华电力拓数字生态。按照本白皮书定义，“数字孪生矿山是矿山企业基于数字孪生体的数字化转型方法，通过地质、地表和设备的数字孪生化，让处于安全环境的人进入数字孪生矿山闭环中，逐步达到可视化、实时同步和互操作的运行水平，实现矿山行业少人化或无人化的经营目标。”基于开放标准的数字孪生矿山架构体系，本白皮书设计了可视化的虚拟矿山、实时同步的动态矿山和互操作的孪生矿山三个阶段的数字孪生矿山演进路径，体现了数字孪生体技术在全局和全生命周期可持续改进的核心价值。针对矿山行业突出的安全和效率的痛点，本白皮书提出引入新一代人工智能，既包括深度学习的人体姿态识别提高安全监控水平，还强调利用云边协同能力，建立基于数字孪生基础设施的大数据分析能力，充分释放矿山人工智能的潜力。 数字孪生矿山白皮书数字孪生矿山联合实验室，2021年III华电力拓作为国有企业华电煤业集团有限公司的全资子公司，把承担国家数字孪生创新计划作为己任，力求突破我国数字化转型的关键核心技术，通过数字孪生矿山联合实验室的建设，不但能够为矿山行业探索出一条数字化转型道路，还能加速数字孪生体技术的成熟，为我国数字孪生体产业发展做出应有之贡献。本白皮书的撰写和发布，体现了华电力拓敢想敢干的作风，勇于承担我国数字化转型过程中的难点和痛点，与工业4.0研究院共同探索数字孪生矿山的建设，充分发挥华电力拓场景和工业4.0研究院技术上的优势，践行我国社会主义市场经济新发展理念，为我国开拓新发展格局做出贡献。 数字孪生矿山白皮书数字孪生矿山联合实验室，2021年IV关键词数字矿山、数字孪生矿山、虚拟矿山、动态矿山、孪生矿山、数字孪生+、数字孪生基础设施、智能化矿山、数字孪生操作系统、数字经济、数字化转型、数字生态KeywordsDigitalMine，DigitalTwinMine,VirtualMine，DynamicMine,TwinMine，DigitalTwin+,DigitalTwinInfrastructure,IntelligentMine,DigitalTwinOperatingSystem，DigitalEconomy,DigitalTransformation,DigitalEcosystem 数字孪生矿山白皮书数字孪生矿山联合实验室，2021年V数字孪生矿山联合实验室在第四次工业革命肇始之际，矿山行业面临挑战和机遇，通过引入数字孪生体、人工智能、数据科学和物联网等新一代数字技术，促使“数字孪生矿山”（DTM，DigitalTwinMine）成为矿山行业数字化转型的抓手，提高矿山企业安全高效的水平。作为华电煤业集团有限公司下属全资子公司，北京华电力拓新能源科技有限公司把握新发展阶段，深入贯彻新发展理念，加快构建新发展格局，与工业4.0研究院达成战略合作协议，共同建设数字孪生矿山联合实验室（以下简称“实验室”）。以突破新一代数字技术关键核心技术为己任，实验室将通过试点矿山的数字化建设，开发数字孪生矿山操作系统，探索和攻克数字孪生矿山关键技术应用，力求成为我国数字孪生矿山应用的典范，并通过数字生态，赋能我国矿山行业高质量发展。 数字孪生矿山白皮书数字孪生矿山联合实验室，2021年VI编著单位简要介绍北京华电力拓新能源科技有限公司作为华电煤业集团有限公司全资子公司，北京华电力拓能源科技有限公司（以下简称“华电力拓”）成立于2015年11月，注册资本5000万元。华电力拓注重储备专业人才，建立专业服务于煤矿智能化、绿色矿山、安全生产的队伍，进行集中管理和维护，以降低煤矿生产维护成本，提高专业化程度。目前专注数字化煤矿建设，包括绿色开采、5G通讯、煤矿设备控制、自动化、传感等解决方案提供。工业4.0研究院作为面向第四次工业革命的独立研究机构，工业4.0研究院以DARPA和兰德智库为标杆对象，建立了基于通用目的技术的颠覆性创新体系，提出了包含人工智能、数据科学、数字孪生体和物联网等的新一代数字技术，并发起了全球第一家数字孪生体联盟。长期参与国家发改委、工信部等部委政策编制和建议；帮助歌尔股份、欣旺达、国投招商等知名企业实现数字化转型。 数字孪生矿山白皮书数字孪生矿山联合实验室，2021年VII目录引言打造安全高效的数字孪生矿山.......................................................11数字化驱动下的矿山........................................................................41.1“数字矿山”起源及发展..............................................................................41.2“十四五”时期的数字孪生矿山..................................................................82数字孪生矿山概念及体系..............................................................133数字孪生矿山演进策略..................................................................173.1可视化的虚拟矿山........................................................................................183.2实时同步的动态矿山....................................................................................203.3互操作的孪生矿山........................................................................................224数字孪生矿山基础设施..................................................................244.1地质、地表及设备数字孪生化....................................................................244.2建设单一数据源的基础设施........................................................................305数字孪生矿山关键技术..................................................................355.1数字孪生矿山操作系统................................................................................355.2先进传感器和物联网....................................................................................385.3机器人及无人矿车........................................................................................425.4数字孪生矿山开源社区................................................................................456AI释放数字孪生矿山价值................................................................486.1基于开放架构的人工智能............................................................................486.2引入深度学习监控安全生产........................................................................527建设华电力拓数字生态..................................................................557.1数字孪生矿山联合实验室............................................................................557.2虚实结合的创新模式....................................................................................577.3揭榜挂帅激发内外创新活力........................................................................59附录1关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知.....................61 数字孪生矿山白皮书数字孪生矿山联合实验室，2021年VIII附录2煤炭工业“十四五”安全高效煤矿建设指导意见.................68图表1澳大利亚玻璃地球三维可视化Web应用......................................................5图表2煤矿开采过程中的虚拟建模应用..................................................................6图表3CSIRO启动的六大未来科学平台...................................................................7图表4数字孪生矿山参考架构................................................................................14图表5虚拟矿山的可视化效果大屏上的显示........................................................19图表6澳大利亚Data61参与DARPA地下挑战赛..................................................21图表7地质相关系统数字孪生基础设施.......................................................
