坐落在有“五省通衢”之称徐州的中国矿业大学是新中国第一所矿业高等学府，也是世界上规模最大、学科门类最全的矿业类大学。空间信息技术的快速发展与采矿科技进步，迎来和促进了矿山信息化改造与数字矿山建设。中国矿业大学物联网（感知矿山）中心主任、环境与测绘学院的吴立新教授，是数字矿山理念的倡导者与数字矿山科研的践行者。早在上世纪末，吴立新教授与时俱进、审时度势，随着数字地球的浪潮及时提出了数字矿山理念，并将这一理念付诸实践，希望能够为21世纪中国矿业科技发展与高效安全生产带来新的变革。

　　吴立新，男，1966年生，博士，教授，博士生导师，教育部长江学者特聘教授（2004）、全国百篇优秀博士学位论文（2000）和国家杰出青年基金（2005）获得者。1991—2004年在中国矿业大学（北京）工作，历任测绘与土地科学系副主任、校矿业信息处理中心常务副主任、3S与沉陷工程研究所所长、科研处副处长；2004年受聘为教育部长江学者，调任东北大学985平台建设责任教授、测绘遥感与数字矿山研究所所长；2008年5月汶川地震后，调任北京师范大学减灾与应急管理研究院985首席教授、空间信息科学与技术研究所所长。2011年10月，应中国矿业大学学科建设需要，调任中国矿业大学物联网（感知矿山）中心主任、测绘科学与技术二级教授。现兼任国际地球观测组织（GEO）煤炭与环境工作组（WGCE）组长、国际摄影测量与遥感学会（ISPRS）IV/5工作组共同组长，中国地理信息产业协会常务理事、理论与方法委员会副主任、地质矿产工作委员会副主任，中国遥感应用协会常务理事，中国测绘学会矿山测量专业委员会副主任，中国地震学会空间对地观测委员会副主任委员，以及《地理与地理信息科学》副主编、《科技导报》常务编委。

　　记者：作为数字矿山的倡导者，是什么原因促使您如此关注数字矿山的发展？

　　吴立新：当时提出数字矿山理念的时候有一个缘起，同时与我的个人经历也有很大关系。我在研究生期间是做“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）采煤研究的，本科生学的矿山测量。

　　“三下”采煤是煤炭生产里最困难的一项，需要在村庄、铁路、水体等地表设施下进行安全采煤，危险性很大。“三下”采煤要处理好空间关系与平衡关系，即煤层与岩层、地下采面与地面设施之间是一个怎样的空间关系，如何进行合理的开采设计和科学地安排采掘顺序，以便在尽量多采出地下煤炭资源的前提下，将开采产生的动态移动变形及其对地面设施的影响尽量降到最低，这是关键。

　　我在做这些事情的时候遇到了两个问题。首先是观测问题，重复开采条件下井下老空区岩层移动与矿压观测非常危险，这促使后来我将红外遥感引入到该领域；其次就是数据处理，大量的观测数据需要及时处理和分析。上世纪90年代初的时候，我在河北峰峰矿区和四川芙蓉矿区从事矿山测量与“三下”采煤，白天要随矿工、技术人员一起到井下观测；以为晚上可以踏实睡觉，其实不然，晚上要抓紧时间处理白天的观测数据。那个时候还是笔算，最多可以拿计算器敲一敲，同时还要趴在绘图桌上进行展绘描图，工作量非常大、非常艰苦。

　　后来我就想，有没有一种办法能够改变这种传统的矿山测量工作模式。当时CAD已经开始应用了，但接触CAD的都知道，它只是解决几何图形的计算机绘制问题，但矿山的几何描述包括了地质测量和很多属性数据，CAD对属性的管理是很不够的。就在我思考怎么办的时候，咱们国家的GIS研究与应用开始跟上来了，1994年成立了中国GIS协会，于是我就着手研究GIS怎么用于矿山。经过一段时间的摸索，我发现当时现有的商业GIS软件并不能解决矿山应用问题。矿山有自己特定的体系，包括符号表达、立体呈现等，因此我就产生了应该自主开发一个矿山GIS的想法。当时我采取跟加拿大合作的模式，半底层地开发了第一套国产的矿山GIS软件（泰坦矿山GIS）：TT-MGIS，并在中国最早的大型煤矿——河北开滦唐山矿进行了试用。经过一段时间的实践，我发现二维方式的GIS表达远远不够，还是不能清楚的表现矿山的三维空间关系，与采矿设计的要求还有差距，应该进行三维GIS的开发。因此，我带着我的研究生从底层开始研究，进行三维矿山GIS的开发。

　　记者：那么“数字矿山”这个概念又是怎么提出的呢？

　　吴立新：1999年的时候，第一届国际数字地球大会在北京召开。正是在这届大会上，我借着“数字地球”提出了“数字矿山”的概念。大家都知道，“数字地球”是前美国副总统戈尔提出的，他的意思简单概括就是把真实的地球装进计算机里，可以查询、浏览、可视化等。“数字矿山”也一样，就是要把真实的矿山装进电脑里去，可以对矿山的几何及属性信息进行查询，可以三维建模，可以数字化设计，可以可视化。我当时给出了数字矿山的基本定义，也描述了数字矿山应该做些什么事情，要完成的几个核心任务。这个概念提出来以后，学术界和矿山的反响比较大。

　　记者：您曾经与其他两位学者向有关部门递交了《关于发展数字矿山，促进矿山资源高效与绿色开采的建议》，为什么会考虑递交这样一份建议呢？

　　吴立新：数字矿山的热潮开启之后，大家在煤矿、石油、铁矿、金矿、有色等领域都开始进行数字矿山研究与建设实践。但经过几年的发展，发现大家对此的理解好像各有侧重，不太一样，我们觉得有必要开个会，把一些概念梳理一下，把一些认识统一一下，同时也把对数字矿山存有质疑的人们联合起来，进行团结和协同，以此促进数字矿山的健康有序发展。此外，我们也希望在经费、政策、标准方面能够有一些国家层面的介入和支持。因此，2004年我们争取到中国科协支持，将“数字矿山”作为中国青年科学家论坛的主题，召开了第86次青年科学家论坛。我当时作为论坛的发起主席，同时还有两位合作主席，一位是国家安全生产监督管理局的张瑞新教授，另一位是国家自然基金委的朱旺喜高工。我们三个人作为执行主席邀请了全国矿业领域的20多位专家在北京中国科技会堂进行了两天的交流和讨论。讨论之后形成了一些共识，并以科技工作者建议的方式，通过中国科协上报到国务院和中共中央办公厅，并报送科技部、发改委相关职能部门。国家对此也非常重视，国家自然基金委专门设立了数字矿山的支持方向。因此，从2004年之后，每年都会有数字矿山方向的基金课题，同时国家“863”资源环境领域也有专门列数字矿山的课题，给予了数字矿山很好的科技政策与研发经费支持。

　　这也得益于国家当时对于信息技术的重视。在那时有一个口号：“利用信息技术，改造传统产业”。矿山就是一个典型的传统产业，怎么利用信息技术改造它？大家知道，矿山地质是矿山的身体，矿山测量是矿山的眼睛。因此，我们认为矿山信息化要从地质测量开始，在数字矿山理念的指导下利用GIS技术，对矿山地质测量等空间数据进行统一组织，进行数字化管理、建模与可视化，以此为切入口改造传统采矿产业。

　　记者：数字矿山发展到现在，目前的建设情况怎么样？还存在哪些不足吗？

　　吴立新：刚提出“数字矿山”概念的时候，我国的矿山信息化水平与国外的差距还是比较大的。2001年，第二届国际数字大会在加拿大举行，我利用开会的机会专门去了加拿大INCO公司——国际最大的镍矿集团考察他们的矿山信息化情况。那时候他们已经利用GIS、通讯和自动控制技术实现了遥控采矿，可在地面指挥地下进行无人或少人采矿作业。即使是现在，我国也仅有为数不多的矿区实现了这种采矿方式。

　　不过经过十几年的努力，我认为这个差距已经和继续在缩小，甚至在某些方面已经走在了前列。我们利用信息化提高了采矿生产与管理效率，使整个采矿形式得到了很多改变。这里面重要的技术贡献就来自GIS，来自于数字矿山，来自地测信息化。

　　虽然我们与国际发达国家的矿山信息化水平差距是在继续缩小，但有些问题依然没有得到解决，这也是我国信息化建设的通病：信息孤岛，这是个痼疾。造成这个问题的原因，我分析它是多方面的。

　　一方面，如大家所知，现在的中国矿业尤其是煤矿业，它主要是以市场经济为导向，因此它的数字矿山建设是一种自主行为，缺少国家的统筹。原来还有煤炭部、煤炭生产管理总局，但现在都不存在了。因此，数字矿山到底怎么建，它的标准、体系都缺少国家层面的统一筹划，基本上都是各自摸着石头过河。我作为这方面的先行者，也只是尽量去呼吁大家应该注意一些什么事情，包括统一的数据交换标准、数据组织模式，甚至一些相应的规范。但是，要做一个规范、标准，需要做大量的工作，需要一个行业主管部门来主导。因此，目前的一个缺憾就是还没有形成中国数字矿山的标准。不过，我相信这个事情会逐渐做起来的，或许会在其他非煤矿山领域里面先做起来。不久前，中南大学就组织在长沙开了一个全国数字矿山高层论坛。虽然煤炭系统已经没有“统管婆婆”了，但有色领域里面还存在着有色总公司，这个总公司就可以起到统管作用，可以在有色领域里先做出一个数字矿山标准。

　　另一方面，数据流的整个链条还没有完全打通。数字矿山是矿山数据应用的全生命周期过程：地质队伍通过在找矿过程中获取勘探、钻孔、地球物理等信息来确定某个地方有煤矿了；然后交给煤矿设计院进行设计：这个地方要建立井或平峒、那个下面要掘大巷；设计完成之后交给建设和生产单位做建井和开采布局，以及设计工作面；在开采过程中，还要根据煤层产状变化、地质构造随时调整布局，这是一个动态的过程，其关键工艺环环相扣。但我们现在的情况是，地质队伍获得勘探数据之后交给设计院时是一张图纸，而不是一个数据库、一套数据资源；设计院设计制图后交给生产单位、建设单位时又是一张图纸，数据资源没有传承下来。建设单位建成之后，生产单位后续生产过程中还会不断获得新的细化的矿体、地质信息，却并未与原来已有的信息形成有机的补充。若上述过程能共享数据资源并不断更新、互为补充，数字矿山才能做到准确、可靠，才能指导矿山的生产。但目前，由于数据链条没有打通，数据方面没有做到实时更新。

　　记者：现在“智慧城市”是一个很热的概念，那么您是否有考虑过对“智慧矿山”进行研究？

　　吴立新：我目前也正在研究数字矿山与智能技术的结合。数字矿山是智能矿山的基础，是信息保障，没有数字矿山就谈不上智能矿山。智能矿山的终极目标需要实现矿山高产、高效和高安全，要实现对生产过程的自动管理，对安全隐患的及时发现，它能够对采矿安全与生产过程进行智能决策与自动处理，包括无人采矿、遥控采矿、灾害应急等。

　　中国矿业大学也正在打造一个新的学科高地，叫物联网感知矿山中心，将测绘、GIS和通信、物联网有机结合起来，围绕矿山感知开展工作。过去，我们利用GIS将已有的矿山信息数字化，实现了静态信息处理和管理，同时建立了三维模型进行可视化展示；而物联网可以解决矿山信息的实时获取和传输问题。我们在原有基础上接入实时信息，通过物联网进行快速数据处理、空间分析、数据挖掘和计算，及时掌握采煤工作面发生的变化，对可能出现的隐患进行报警，实现自动控制。这就可以形成从灾害感知、隐患识别到智能感控的全流程。此外，我们中心还研发了智能矿灯设备，集成了多种传感器，可以感知井下巷道安全状况和环境参数，如温度、湿度、瓦斯浓度等，还能够通过Wi-Fi技术对矿工位置进行实时定位与跟踪。这些观测到的数据通过无线网络及光纤最后到达监控室，就可以对井下生产情况进行实时监控。同时，通过智能矿灯收集到的信息，还可以分享给周边的工友，让他们了解周边是什么状况，从而掌握自己周围的安全形势。

　　目前我们中心的工作重点是实现四个感知，包括井下的感知矿井环境、感知设备状况、感知矿井灾害以及地面的感知矿区环境。我们中心已经完成了包括徐州矿区在内的几个示范工程的建设；接下来要在山西霍尔辛赫矿区开展感知矿山示范工程的二期建设。希望能够借助示范工程的成功案例，树立智能矿山、感知矿山的一面旗帜，使得我国的智能矿山与感知矿山技术路线图逐渐清晰和完备起来。

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