内 容 提 要本书系统介绍人工智能与智能矿山的起源及架构，详细阐述智能矿山建设基础、物联网感知、自动化控制和人工智能、VRAR、CAD、软件开发等关键技术，介绍开采环境主动感知、上层智能分析以及自动化决策、开采装备自动化等智能开采关键控制流程，以及实现采矿设计、计划、生产、调度、应急处理决策等过程的智能化系统。还讲述了现代智能矿山建设设计理论与方法，并介绍了智能矿山的流行设计软件及软件系统的开发，附以简单的案例进行说明。本书可作为采矿工程相关专业的本科教材，也可供金属矿山工程技术人员、管理干部及大专院校相关专业的师生和致力于智能矿山技术研究的科研人员参考使用。

王运森，博士，曾就职于东软集团，期间多次赴日本与东芝、夏普、野村综合研究所等公司进行软件合作开发与技术交流。主要研究方向为数字矿山智能矿山技术、矿业软件研发与应用、多源信息融合等。主持或参加重点研发项目等省部级课题8项，获国家经贸委特等奖1项，黄金科学技术进步奖1项。在智能矿山及数字矿山方面，申报发明专利3项，第一作者发表论文13篇，其中SCI4篇，EI6篇。郑贵平，主要研究方向为计算机在矿山的应用和金属矿床开采理论与深部地压控制技术。近年来参与国家“863”计划专题课题、教学改革实践课题以及自然科学基金等国家级科研课题，先后获得国家科技进步二等奖1项、省部级教学成果奖一等奖1项，发表学术论文10余篇，参编冶金行业职教规划教材《井巷施工技术》。

1. 智能金属矿山的起源及架构 10 本章导读 10 1.1 智能与人工智能概述 11 1.1.1人工智能的起源 11 1.1.2人工智能研究的目标 12 1.1.3人工智能的研究内容和领域 12 1.1.4人工智能的影响 17 1.1.5工业人工智能与通用人工智能之间的差异 20 1.2 智能金属矿山产生的背景和探索 24 1.2.1智能金属矿山产生的背景 24 1.2.2智能矿山建设的探索 27 1.3 智能金属矿山的内涵及体系架构 29 1.3.1总体架构和组成 29 1.3.2智能金属矿山的内涵 30 1.3.3关键技术 31 1.4 智能金属矿山的目标及发展趋势 36 1.4.1智能金属矿山的目标 36 1.4.2智能金属矿山的发展阶段、挑战和建议 38 1.4.4智能金属矿山的发展趋势 41 思考题 43 2. 智能金属矿山的物联网感知系统 44 本章导读 44 2.1 矿山物联网基础系统 45 2.1.1物联网概述 45 2.1.2自动感知识别与RFID 46 2.1.3无线传感网络 48 2.1.4智能信息设备和嵌入式 48 2.1.5无线宽带与基本通信协议 49 2.1.65G、6G网络与物联网无线网络 50 2.2 信息传输干线网络和数据中心 51 2.2.1基础传输网络 53 2.2.2平台硬件及案例 56 2.2.4数据中心 59 2.2.5调度监控中心 62 2.3 矿山传感感知系统的组成 64 2.3.1定位系统 65 2.3.2有毒有害气体监测 66 2.3.3通风监测系统 66 2.3.4地压监测系统 67 2.4 矿山传感感知系统应用案例 69 2.4.1微震监测系统 69 2.4.2变形监测与点云数据融合与应用 71 2.5 矿山物联网系统集成设计 74 2.5.1系统集成的定义与特点 74 2.5.2系统集成的要求 74 2.5.3系统集成的步骤 75 思考题 80 3. 智能金属矿山的智能装备执行系统 81 本章导读 81 3.1 智能采掘无轨系统 82 3.1.1智能凿岩机 83 3.1.2智能装药机 85 3.1.3智能喷锚机 88 3.2 井下智能遥控铲运机 89 3.2.1铲运机智能化的发展背景和应用 89 3.2.2智能铲运机电液控制系统 92 3.2.3无线遥控系统 93 3.2.4自主行驶关键技术 94 3.3 井下机车无人驾驶系统 95 3.3.1系统简介 96 3.3.2系统组成 96 3.3.3功能介绍 96 3.3.4效益分析 97 3.4 智能调度生产系统 97 3.4.1露天矿GPS车辆智能调度系统简介 99 3.4.2控制目标 99 3.4.3系统组成 100 3.5 智能通风及安全系统 101 3.5.1系统简介 101 3.5.2控制目标 101 3.5.3主要功能 102 3.6 智能提升系统 104 3.6.1系统简介 104 3.6.2控制目标 104 3.6.3系统特点 105 3.7 智能充填系统 105 3.7.1系统简介 105 3.7.2控制目标 106 3.7.3系统功能 107 3.8 智能供电系统 108 3.8.1系统简介 108 3.8.2系统功能 108 3.8.3监测参数 109 3.9 智能矿山给排水系统 109 3.9.1系统简介 109 3.9.2系统组成 110 3.9.3排水设备的自动化 110 3.10 无人采矿装备系统展望 111 3.10.1金属矿山无人采场 111 3.10.2其他无人场所 111 3.10.3模拟与控制系统 111 思考题 112 4. 智能金属矿山的信息管理决策系统 113 本章导读 113 4.1 通用管理平台软件 114 4.1.1信息安全和统一认证 114 4.1.2数据仓库管理与实时数据交换平台 114 4.1.3三维建模与可视化平台 114 4.1.4矿山四维地理信息系统平台 115 4.2 生产管理系统软件 115 4.2.1地测地理信息系统 115 4.2.2矿产资源储量评价系统 117 4.2.3矿产资源动态勘查优化软件 120 4.2.4采掘生产计划编制系统 122 4.2.5釆矿协同设计系统 123 4.2.6放矿管理系统 123 4.2.7其他辅助生产管理系统 125 4.3 矿山安全保障软件 126 4.3.1真三维监测监控组态平台 126 4.3.2矿山安全预警与闭环管理系统 126 4.3.3矿山重大灾害预警系统 130 4.3.4矿山重大设备故障系统 132 4.3.5矿山重大灾害防治与风险防控系统 133 4.4 矿山企业经营管理软件 133 4.4.1定额管理系统 134 4.4.2计划管理系统 134 4.4.3全面预算系统 134 4.4.4项目管理系统 134 4.4.5人力资源管理系统 134 4.4.6设备管理系统 134 4.4.7物资管理系统 135 4.4.8运销管理系统 135 4.4.9企业成本控制系统 135 4.4.10党政工团管理系统 135 4.4.11财务管理系统 135 4.4.12决策支持系统 135 4.4.13门户网站系统 136 思考题 136 5. 智能金属矿山的信息安全 137 本章导读 137 5.1 信息安全概念 138 5.1.1信息及信息安全的定义 138 5.1.2信息安全的内涵 138 5.1.3矿山信息安全的体系结构 139 5.2 智能矿山信息安全的挑战 142 5.2.1智能矿山信息安全风险与威胁 142 5.2.2智能矿山系统可能遭受的典型攻击场景 144 5.2.3智能矿山信息安全的关键技术 145 5.3 数据备份与恢复技术 147 5.3.1备份的定义 147 5.3.2数据失效与备份的意义 148 5.3.3备份技术与方法 148 5.3.4恢复技术概述 149 5.3.5数据库恢复技术 150 5.3.6误删除、误格式化的数据恢复 151 5.4 防病毒技术 151 5.4.1计算机病毒概述 151 5.4.2常见病毒的种类 152 5.4.3对防病毒程序的要求 152 5.4.4反病毒技术 152 5.5 防火墙技术 152 5.5.1防火墙构成和原理 153 5.5.2防火墙的优缺点 153 5.6 入侵检测技术 154 5.6.1入侵检测技术种类 154 5.6.2检测依据及方法 154 5.7 安全新技术 155 5.7.1无线网络通信安全技术 155 5.7.2智能卡的安全控制 155 5.7.3云安全 156 5.7.4数字水印（数据指纹） 157 5.7.5数据脱敏 157 5.7.6区块链 157 5.8 智能矿山信息安全防护策略 158 5.8.1可靠的物理冗余 158 5.8.2网络安全 159 8.8.3矿山系统安全 159 5.8.4主机安全 160 5.8.5应用和数据安全 160 5.8.6智能矿山信息安全防护策略 161 思考题 162 6. 智能矿山设计理论与技术 163 本章导读 163 6.1 智能矿山设计的目标 164 （1）安全生产 164 （2）降本增效 164 6.2 智能矿山设计的原则 165 6.3 智能矿山设计的内容与范畴 166 6.3.1智能矿山设计的内容 166 6.3.2智能矿山设计的难点 168 6.4 智能矿山的设计系统及演进 169 6.4.1智能矿山研发设计信息化的现状和问题 169 6.4.2智能设计系统建设的目标 170 6.4.3研发设计系统的演进过程 171 6.5 智能矿山的设计技术 172 6.5.1优化设计 172 6.5.2基于VR、AR、MR的虚拟设计 176 6.5.3计算机辅助设计 178 6.5.4生命周期设计 181 6.5.5并行设计 182 6.5.6可靠性设计 183 6.5.7基于专家系统的设计 185 6.5.8数值法设计 189 6.5.9相似设计 191 6.5.10模块化设计 195 6.5.11绿色设计 196 思考题 197 7. 智能矿山的设计软件系统 198 本章导读 198 7.1 智能矿山设计通用软件系统 199 7.1.1AutoCAD 199 7.1.2BIM 199 7.1.3施工进度管理 200 7.1.4Gis类软件 200 7.1.5Unity3D 201 7.1.6基于人工神经网络语言的定制软件系统 202 7.2 智能矿山设计专用软件系统 203 7.2.13Dmine 203 7.2.2DIMINE 205 7.2.3Datamine 206 7.2.4Vulcan 207 7.2.5Surpac 211 7.2.6Ventsim 212 7.2.7MicroMine 213 思考题 216 8. 智能矿山软件系统开发 217 本章导读 217 8.1 智能矿山软件系统开发概述 218 8.1.1软件的定义 218 8.1.2软件危机、原因及解决途径 219 8.1.3软件开发的发展过程 221 8.1.4软件工程项目来源 223 8.1.5软件生命周期 223 8.2 智能矿山软件系统开发模型 225 8.2.1软件过程 225 8.2.2瀑布模型 227 8.2.3快速原型法 227 8.2.4增量模型 229 8.2.5螺旋模型 229 8.2.6敏捷软件开发 231 8.2.7V模型 231 8.3 智能矿山软件系统开发流程 233 8.3.1可行性研究 233 8.3.2需求分析 236 8.3.3总体设计 240 8.3.4人机交互 242 8.3.5软件详细设计 244 8.3.6软件编码 245 8.3.7测试 249 8.3.8维护与再工程 250 8.4 智能矿山软件系统开发方法 251 8.4.1结构化开发方法 251 8.4.2面向对象开发方法 254 8.4.3统一软件开发过程 256 8.4.4敏捷软件开发 258 8.4.5积木式开发构件、组件、中间件 259 8.4.6软件生产线 262 8.5AutoCAD应用软件的集成化及二次开发与案例 263 8.5.1AutoCAD对矿山适应性开发方案 263 8.5.2VisualLisp开发语言 263 8.5.3ObjectARX开发软件包 264 8.5.4利用ObjectARX.NET进行开发 264 8.5.5开发案例学习与编程 265 8.6 基于人工智能设计语言Python的深度学习开发与案例 267 8.6.1Python语言简介与在智能矿山的应用 267 8.6.2Python语言快速入门 268 8.6.3深度学习框架 270 8.6.4爆破振动波波形智能识别案例 280 思考题 282 参考文献 283