矿山生态环境数字孪生:内涵、架构与关键技术

在双碳国家战略和新一代信息技术广泛应用的时代背景下,体系化、精准化和智能化是矿山生态环境治理的重要发展方向.我国矿山生态环境治理长期以来开展了较为丰富的信息化建设,但仍然面临缺乏综合性监测体系、生态演变建模不准确、生态治理依赖专家经验、无信息化决策工具等问题.据此,提出了矿山生态环境数字孪生(Digital Twin of Mine Ecological Environment,DTME)的科学内涵,并介绍了其总体架构、功能特点与系统构建关键技术.定义了矿山生态环境数字孪生是以天-空-地多源监测、人工智能建模为基础,在虚拟空间建立与现实矿山生态环境要素一一对应、演变过程相互映射、作用机制相互匹配的孪生系统,进而通过方案优化或反馈控制支持矿山生态环境全过程科学治理.详细介绍了 DTME的总体架构,包括物理矿山生态环境、监测终端、孪生数据、信息链路、云边端服务、虚拟矿山生态环境和控制终端7个组成部分.DTME以现实应用需求为导向,具有矿山生态质量动态监测与体检、生态演变模拟与影响因子解析、生态变化过程预测、生态风险预警、智能分级分区生态修复、生态修复效果评价和生态环境监管等功能.最后,归纳了构建矿山生态环境数字孪生系统涉及矿山生态数字底座搭建、矿山生态数字场景构建、矿山生态演变过程模拟与预测、矿山生态治理智能决策4方面关键技术.DTME的应用将支撑矿山生态全过程治理的感知、表达、监测、模拟、仿真、预测与控制,有望大幅提高治理质量和效率.