矿山生态环境定量遥感监测与智能分析系统设计与实现

矿山生态环境监测与治理是国家生态文明建设和“双碳”目标下的重中之重,其信息化、智能化建设在新一代信息技术革命的助推下成为数字中国建设的重要一环,也是当下时代发展的必然趋势。然而,现有矿山生态环境监测系统仍然停留在单一专题、要素不全、基础量测、本地管理的初级阶段,无法满足现实环境中对矿山生态环境多要素、长时序、高频次监测与分析的需求。基于此,提出一种B/S架构下的矿山生态环境定量遥感监测与智能分析系统——矿山生态天眼,并详细介绍了其研发需求、技术架构、关键技术及核心功能。系统依托卫星遥感技术及其他监测手段,获取并聚合不同来源、信息丰富的矿山生态大数据,形成矿山分布一张图和数据资源服务;进而基于定量遥感反演矿山生态环境各生态参数,形成一套长时序、多要素的矿山生态监测产品,涵盖人类活动、自然地理条件和“植-土-水-气”各生态要素;在此基础上,系统提供GIS时空分析、统计分析及综合定量评价等工具集,分别实现对矿区土地利用、归一化植被指数（NDVI）等参数伴随采矿活动在空间上的变化监测,对土壤含水量、水体悬浮物浓度等生态要素历史统计值在不同时空位置和区域下的查询与可视化,对顾及多项生态因子的矿山...     

煤矿生态修复治理模式研究与探讨

分析了煤炭资源开发过程中产生的主要生态环境问题，认为应推动生态补偿机制领域法律法规的落实，建立完善多部门联合的生态环境监测体系，规范矿山资源开采生态治理工作，加大矿山环境保护力度。对煤矿生态修复治理模式进行了探究；介绍了山不拉煤矿生态修复治理的具体实践。山不拉煤矿对矿山生态环境进行了有效监测，能针对不同生态损害区采取不同防治措施，使破坏的地形地貌景观及时得到了恢复。     

数字孪生技术在矿山物联网管控系统的应用

将数字孪生技术应用到矿山物联网管控系统中,建设三维数字孪生模型映射真实矿山生产环境,通过数据驱动对矿山生产环境各要素的形态、动作进行孪生仿真,利用数字孪生模型控制实体设备,达到虚实交互、数据同步、智能控制、安全预警的目的.研究了数字孪生与矿山物联网管控系统融合所涉及的关键技术,提出了数字孪生与矿山物联网管控系统融合后的理论系统架构,介绍了矿山数字孪生系统的三维可视化模块、设备管理模块、安全预警模块、数据可视化模块.     

矿山数字孪生构建方法与演化机理

新一代信息技术与煤炭开采技术深度融合,为智能矿山技术发展提供关键技术支撑,将促进煤炭工业创新、绿色、安全、高效发展。数字孪生作为煤矿智能化无人开采的核心技术,是人工智能理论方法与数字化技术的有机结合,数字孪生有望解决煤矿智能化无人开采中物理世界和信息世界交互与共智的关键技术难题,对推动矿山全生命周期智能化建设和煤炭工业高质量发展具有重要意义。本文基于数字孪生技术和平行智能理论,提出了矿山数字孪生的概念框架、体系架构、关键技术、基础理论和构建方法体系;提出了物理模型、仿真模型、机理模型和数据模型相互耦合的矿山数字孪生演化理论模型,据此进一步解析了面向矿山智能开采应用场景的数字孪生模型构建方法与演化过程,研究了矿山数字孪生系统与物理系统的理论模型、同步映射与协同演化机制,探讨并揭示了矿山数字孪生的演化机理;最后以矿山智采工作面数字孪生实际应用为例,通过模拟矿山生产场景数字孪生模型演化与协同控制,验证矿山生产场景的数字孪生建模效果并对其技术特征进行解析,实现描述、建模、演化、预测相结合的矿山数字孪生系统模型。本文旨在通过矿山数字孪生技术内涵、方法、机理等理论新型研究范式,为矿山数字孪生技术应...     

木里煤田聚乎更矿区生态环境修复监测技术与方法

木里煤田聚乎更矿区处于黄河一级支流大通河源头湿地生态区,是黄河流域生态环境保护的重点地区。因煤炭开采导致地貌景观破坏、土地损毁、水系湿地破坏、不稳定边坡和残煤高温异常一系列生态环境问题,对矿区生态系统造成扰动和破坏,导致矿区生态服务功能和生态环境质量下降。为了全面分析矿区生态环境问题,明确生态环境修复治理方向,保障矿区生态环境恢复治理工程高效开展,有效提升矿区生态环境质量。基于对生态环境问题现状的分析,将矿山环境恢复治理划分为4个阶段,即治理前的勘查设计阶段、治理中的地形地貌整治阶段和覆土复绿阶段、治理完成后的后期管护阶段,针对不同阶段的监测目标,利用卫星遥感、低空无人机遥感和信息化相结合的技术,充分发挥InSAR、热红外和三维遥感的技术特点,结合常规的地质调查、物探、钻探等手段,因地制宜,探索研究了卫星遥感技术在植被覆盖度、冻土反演和形变监测方面的应用,无人机遥感技术在基础地形测量、生态环境问题调查、生态治理效果可视化评价、工程监管和方量计算等方面的应用,经与实际调查结果对比分析具有较好的一致性。研究构建了聚乎更矿区生态环境修复治理监测模式,高效支撑了聚乎更矿区生态环境恢复治理工作,在黄河上游高原高寒生态脆弱地区矿山环境治理工作部署和工程监测中取得了良好的运用效果。     

关闭矿山生态修复植物选择与施工技术

矿山的过度开采会加速水土流失、降低植被存活率,导致矿山区域生态环境变差,急需进行矿山区域生态环境修复。提出了关闭矿山生态修复植被选择与施工技术,分析矿山区域的地层岩性及水文地质,获取土壤有机物质的性质指标,分析了土壤物质的总体含量会对生态环境修复效果的影响。根据分析结果,选取不同种类的植物指进行调查、筛选测试,得到适应力强、成活率高、覆盖率广的植被,实现生态修复植物的选择。以修复植物选取结果为基础,对矿区的道路、边坡、生产环境等进行治理防护,完成关闭矿山生态修复植物的选择与施工技术研究,改善了矿区生态环境。     

矿山信息化发展及以数字孪生为核心的智慧矿山关键技术

矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山下一步需要重点研究的方向。首先回顾了矿山信息化技术的发展,然后分析了智慧矿山的核心关键技术,从智能感知与智能装备、边缘计算与网络服务、数字孪生知识建模、平台与应用系统4个方面进行阐述。智能传感装置和智能装备的不断涌现,为智慧矿山前端感知和执行提供了基础,而即时的感知、分析和决策是智能装备自治、自主工作的前提;随着边缘网关计算能力的提升,需要设计面向应用场景的轻量级算法模型和高效云边协同机制,以满足智能装备即时服务的需求,同时,围绕5G的通信技术在矿山的应用,将进一步提升知识服务的快速响应能力;矿山运行机理、经验知识、大数据分析与数字孪生建模技术融合的矿山生产场景可信数字孪生模型,将成为智慧矿山知识服务的核心;面向大数据和知识模型的平台技术是矿山数字孪生和智能化服务的载体,大数据高效存取、分析和利用能够有效的促进矿山智能化应用服务的融合。矿山数字孪生及相关智能化技术的突破,将实现对矿山物理世界实时可测、可观、准确控制、精确管理和科学决策,从而建立少人化或无人化的矿山生产模式,为智慧矿山的发展奠定基础。     

神华准能集团数字矿山系统构建及数据标准化研究

分析了神华准能集团(以下简称准能集团)数字矿山的功能需求,设计了准能集团数字矿山系统架构、逻辑框架和物理框架,对准能集团数字矿山数据标准化进行了研究,并设计了主数据管理总体功能架构和数据系统集成总体架构,最后对准能集团数字矿山建设进展进行了阐述。     

基于二三维与全景一体化的数字矿山综合管理平台研究与应用

针对当前数字矿山综合管理平台多采用三维建模方式实现矿山场景及监测监控数字化现状,提出了基于二三维与全景一体化的数字矿山三维综合管理平台,介绍了该平台的架构、功能以及关键技术,最后阐述了该平台在王坡煤矿的实际应用情况。实际应用表明,该平台实现了矿山企业减人增效和提升安全的效果。     

矿山信息化发展及以数字孪生为核心的智慧矿山关键技术

矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山下一步需要重点研究的方向。首先回顾了矿山信息化技术的发展,然后分析了智慧矿山的核心关键技术,从智能感知与智能装备、边缘计算与网络服务、数字孪生知识建模、平台与应用系统4个方面进行阐述。智能传感装置和智能装备的不断涌现,为智慧矿山前端感知和执行提供了基础,而即时的感知、分析和决策是智能装备自治、自主工作的前提;随着边缘网关计算能力的提升,需要设计面向应用场景的轻量级算法模型和高效云边协同机制,以满足智能装备即时服务的需求,同时,围绕5G的通信技术在矿山的应用,将进一步提升知识服务的快速响应能力;矿山运行机理、经验知识、大数据分析与数字孪生建模技术融合的矿山生产场景可信数字孪生模型,将成为智慧矿山知识服务的核心;面向大数据和知识模型的平台技术是矿山数字孪生和智能化服务的载体,大数据高效存取、分析和利用能够有效的促进矿山智能化应用服务的融合。矿山数字孪生及相关智能化技术的突破,将实现对矿山物理世界实时可测、可观、准确控制、精确管理和科学决策,从而建立少人化或无人化的矿山生产模式,为智慧矿山的发展奠定基础。     

无人机倾斜摄影测量技术在废弃矿山环境恢复治理中的应用

使用无人机倾斜摄影测量技术,选取正在开展恢复治理的废弃露天矿山进行2期倾斜摄影三维建模.根据获取的恢复治理前后2期三维模型,对该矿山采用的平整土地、边坡治理、格沟、拉网固坡等恢复治理效果进行监测与评估,进而探索利用无人机开展露天矿山生态修复遥感监测的技术方法.     

矿山废弃地生态修复技术研究

矿山废弃地对生态环境有着极大的破坏作用,危及人类的生存与健康,并影响到区域生态经济的可持续发展.近年来,由矿山资源开采导致日益严重的生态问题已经引起国家以及社会各界的广泛重视.在介绍废弃地特点及对矿区生态环境治理重要性的基础上,文章较系统地介绍了矿山废弃地生态修复技术,为矿山废弃地水土流失的治理以及生态恢复提供重要的理论依据和实践技术.     

多专业融合视角下矿山生态修复重建实践探索

介绍了我国矿山生态修复的发展历程、现状以及传统煤炭产业对生态环境的影响，从恢复生态学理论、可持续发展理论、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理等多专业融合视角，阐述了神东矿区生态环境防治的创新技术模式与具体实践。认为，生态修复不仅仅是单纯的矿山植树造林种草行为，其内容非常丰富，涉及的专业也十分广泛，多专业交叉、多领域协同是矿山生态修复的显著特征。通过神东矿区生态煤矿建设的成功实践，认为经济是矿业与环境共同发展的纽带，矿业开发创造了财富，推动了经济社会发展，改变了矿区过去的贫穷落后面貌，同时也为生态环境治理提供了资金保障，推动了环境治理力度，从而让矿区绿色发展进一步带动了区域经济社会发展。     

新时期国土空间矿山生态修复规划研究：以南宁市为例

国土空间开发和城市建设带来的废弃矿山多存在地灾隐患、环境污染、景观破坏等问题,亟待生态修复与再利用。在生态文明时代,矿山生态修复更加强调统筹空间要素的系统评估和治理。为探索矿山生态修复新路径,以矿山生态修复理论为指导,提出了国土空间矿山生态修复规划的框架和基本内容,以南宁市大都市区为例,基于矿山生态系统综合评估,以重建"社会-经济-自然"复合生态系统为目的,构建了集"本底评价、功能分区、修复提升"为一体的规划体系。通过划定矿山功能分区,明确保护与开发程度,预判土地资源供应能力,并采取需求、供给相匹配的方式,确定各类废弃矿山的修复目的,分类提出多种生态修复策略,以期实现对土地资源的合理再利用。     

数字孪生在矿业数字化转型中的应用

数字孪生日趋成为工业界应用热点,被认为是企业数字化转型快速有效的通用技术。结合大数据、人工智能、物联网、移动互联网、云计算、虚拟现实等新技术,数字孪生的应用空间正在不断地从先进制造业向其他行业扩展。本文介绍了数字孪生及其在矿业数字化转型中的应用,并结合实际案例介绍了数字孪生矿山的创新性应用内容,其中包括矿山三维可视化、数字采矿、矿山测绘云服务、车辆定位调度、生产配矿、边坡监测、环境监测等。数字孪生矿山帮助技术人员和专家为矿山提供更好的远程服务,对采集到数据进行智能分析,优化矿山运营,保证矿山生产高效、安全地进行。     

魏家峁煤矿生态修复实践研究

魏家峁煤矿在生态煤矿建设中，坚持规划先行、科学引导，对受损的自然生态系统进行科学修复，并以自然修复、保护性修复为主要手段提高生态环境质量，在矿山修复治理过程中与多产业融合发展，创造了新的区域经济增长点。介绍了魏家峁煤矿的生态地质特征以及由于露天开采对当地生态造成的主要损害；阐述了魏家峁矿山地质灾害、含水层破坏、地貌景观破坏的相关防治举措以及水土环境污染的防治措施。基于魏家峁煤矿生态环境现状和问题，分析提出了“十四五”期间继续进行生态矿山建设的目标和主要任务。     

矿山生态环境恢复治理中景观修复模式探讨——以焦作红砂岭矿区为例

随着景观修复在矿山生态环境恢复治理中要求越来越高,为了探索不同条件矿山生态环境修复中的景观修复模式,以焦作红砂岭废弃矿山为例,通过地质环境调查和勘察,分析其地质环境条件、矿山地质环境问题以及其地理区位和修复功能需求等,明确其修复方向,提出不同条件下的矿山生态环境景观修复模式。研究表明,不同地质环境问题、不同区位条件、不同需求的矿山生态修复采用不同的景观修复模式,可以有效地降低地质灾害隐患、修复生态环境,提高景观形象功能,以经济合理的方式达到矿山生态环境景观修复的目的。     

露天煤矿生态监测方法及智能化解决方案

从土壤参数、气象参数与水文参数、植被参数3个方面详细论述了露天煤矿生态监测指标及方法;介绍了露天煤矿智能化生态数据管理平台总体架构,详细说明了数据采集、数据存储、数据分析和决策支持4个模块的功能及关键技术;提出了以人工监测为基础,基于露天煤矿智能化生态数据管理平台,形成露天矿山的智能化生态养护平台的露天煤矿生态监测智能化解决方案。     

长江经济带废弃露天矿山生态修复典型模式遥感监测：以湖北省为例

为实现对废弃露天矿山生态修复情况的实时监督监管,本文以2019—2021年多期次国产高分辨率遥感数据为基础,对湖北省长江干流及主要支流两侧各10 km范围内的废弃露天矿山生态修复情况进行了动态监测。通过监测结果可知,截至2021年8月底,湖北省长江干流及主要支流废弃露天矿山已治理面积为1 125.51 hm²,占待治理面积总和的50.58%;正在治理面积为642.53 hm²,占待治理面积总和的28.88%;总体治理效果良好。根据影像特征和野外查证结果,将湖北省长江经济带废弃露天矿山生态修复模式划分为生态复绿模式、景观再造模式、农业用地模式、自然封育模式和综合治理模式等5类,对我国废弃矿山的生态修复工作具有一定的借鉴意义。     

山西省矿山环境恢复治理年度监测与分析

山西省是我国的能源大省,为我国的经济建设做出了巨大的贡献,同时经过多年的矿山开发,也给环境带来了极大的破坏,生态环境变得越脆弱,因此矿山环境恢复治理迫在眉睫。在国家生态文明建设的进程中,山西省的矿山生态环境修复治理投入了大量的人力和财力,使得山西省的矿山环境恢复治理取得了一系列成效,生态环境得到有效改善。本项目通过遥感技术,利用 2017—2018 年度的卫星遥感影像,对山西省 2017—2018 年度新增的矿山环境恢复治理状况进行遥感监测,同时分析了不同矿种的新增恢复治理状况的空间分布特征及恢复治理后土地类型,并结合矿山环境恢复治理的现状,为后续的矿山环境生态修复提出了相关的治理建议,为矿政管理部门提供了可靠的决策依据。