近年来，随着计算机、网络和数据库技术的快速发展，矿山行业正在加速数字化、信息化和智能化建设（李国清等，2021；吴群英等，2020；魏景龙，2021；于润沧等，2018）。数字矿山的本质特征是数字化和信息化。其中，数字化是将纸质媒介的信息转变为可以度量的数字和数据，方便存储、传输和可视化表达；信息化是在数字化的基础上，广泛利用信息技术，将其应用于矿山生产组织与管理（毕林等，2019）。由于开采方式及工艺的不同，各个矿山的关注点不尽相同，为了实现矿山数字化和信息化，矿山企业根据自身需求，不同程度地使用（或建设）爆破模拟软件（吴钦正等，2021）、地测与生产三维系统（宋天仁，2020）、数字采矿工具软件、生产执行系统、ERP系统、资源与管理系统以及自动化系统等信息化平台（陈高祥，2019；刘佶林等，2021；郭豪坤等，2018；毛鑫磊等，2022），在一定程度上解决了矿山企业的一些难题。但整体来看在矿山数字化建设过程中还存在一些问题：一是系统建设侧重于企业管理层，绝大多数矿山构建了OA办公系统和ERP企业管理系统，而偏向于矿山开采技术与管理的系统建设滞后；二是信息孤岛问题依然存在，大部分矿山由于缺乏顶层设计和整体规划，且未对数据进行标准化处理，导致建设过程中各系统产生的多源异构数据无法共享，难以实现数据的综合利用（吴玓文等，2016；关键等，2017；谭章禄等，2022）。

针对上述问题，矿山企业和专家学者进行了大量的研究和探索。云南黄金集团有限公司通过顶层架构设计与规划，统筹考虑具体业务系统与数据中心之间的关系，实现了数据的高效利用（李凤英等，2022）；北衙金矿通过建设企业数据中心，利用生产执行系统链接原有的各子系统，有效地解决了信息孤岛现象（董志富等，2020）；谦比希铜矿通过建立数据共享平台，实现了矿山各类数据的协同共享（张金钟等，2021）；海螺水泥和阿舍勒铜矿基于数据中心建设技术协同平台，有效实现了数据的共享和高效流转，保证了数据的准确性（何申中等，2019；陈鑫等，2021；谭正华等，2021）。但由于矿山业务的复杂性和不确定性，上述系统难以在其他矿山直接应用。

本文针对湖山铀矿目前数据流转、管理、共享以及利用等方面存在的问题，研发了矿山生产技术协同平台，通过对矿山地质、采矿、水冶和计划等各部门数据的标准化处理和集中存储，以及业务流程的在线流转，实现矿山数据的协同及共享，为矿山生产管理水平提升与远程技术协作提供有力支撑。该研究成果对矿山跨部门、跨区域的数据协同和共享具有借鉴意义。

湖山铀矿是中国广核集团投资控股并运营的特大型露天铀矿项目。该矿山位于纳米比亚西部的纳米布沙漠地区，距离西南部非洲最大的深水港——鲸湾港约90 km，是21世纪全球最重要的铀矿找矿发现，也是目前全球最大的在产露天铀矿山（张怀峰等，2018）。

湖山铀矿自2016年建成投产以来，矿山生产管理、采场生产、水冶厂运营和设备运维等已逐渐步入正轨，矿山生产管理部门主要有地质资源部、采矿部、水冶部和计划工程部。其中，地质资源部负责资源地质、矿山地质和工程地质等工作，其主要生产数据存储在Datashed数据库中；采矿部负责矿山爆破、矿石开采、排土场管理和储矿配矿管理等工作，其主要生产数据存储在Modular数据库中；水冶部负责矿石水冶处理、最终产品产量和尾矿库管理等工作，其主要生产数据存储在Ampla数据库中；计划工程部全面负责矿山生产计划管理、成本管理和进度管理等工作，其主要数据存储在个人电脑或公司共享文件夹中。

但是，由于各生产管理部门相对独立，使用的矿山专业处理软件多，各自生产数据及数据库系统也局限在各生产部门内部，在跨软件系统、跨管理部门、跨地域公司范围的生产数据流转、管理、共享以及利用等方面存在一系列问题：（1）数据流转低效。地质、采矿和水冶等业务间的数据未有效串联，各业务岗位依靠共享文件夹、电子邮件和电话等方式来获得所需数据。（2）文件管理落后。数据存储在共享文件夹和个人电脑磁盘中，存储路径复杂，数据查找费时费力，数据版本难以控制。（3）数据处理繁琐。各种生产管理报表的数据来源多且计算过程复杂，需要手动加工处理，难以保证结果的及时性和准确性。（4）数据共享困难。前方（国外矿山现场）现场数据难以共享至后方（国内公司总部），后方技术专家无法主动获取前方数据，不能及时掌握前方的生产情况，导致远程支持困难。

通过梳理矿山地质、采矿和水冶专业的生产业务流程规范和数据管理标准，构建一个工作流程规范化、业务数据标准化、数据加工自动化的数字化工作平台。将各专业的业务数据按照标准集中存储在中心数据库，并根据流程在同一平台上流转，实现矿山现场各专业生产业务间及国外矿山现场与国内公司总部间的数据协同与共享，以及生产业务管理工作的一体化、规范化和便捷化。通过生产技术协同平台，可以有效地提升团队成员间的协作效率，提高报表统计的准确性和时效性。

湖山铀矿生产技术协同平台采用B/S模式，整体框架按照三层结构表达，分别为数据层、应用层和用户层，如图1所示。

（1）数据层。该层采用Postgresql数据库，生产技术协同平台通过Mapping + MybatisPlus实现数据库持久连接，通过SpringMVC和Spring框架实现业务逻辑的封装，前台展示通过VueJS框架供应用层调用，采用Restful规范的Http Service接口提供数据服务。

（2）应用层。该层是系统的重要组成部分，围绕矿山地质、采矿和水冶业务流程管理、数据管理以及统计分析等具体业务设计、开发功能。业务功能由系统管理员配置定义和管理，配置信息分为业务功能模块配置信息和业务处理项配置信息，一个业务功能模块关联多个业务处理项配置，业务处理项配置信息以Json字符串形式存储在数据库表中，一个角色根据权限可以有一个或多个业务功能模块。

（3）用户层。用户通过桌面端浏览器或移动APP对应用层进行调用，用户权限不同，所访问的功能模块也不同。

考虑到国内公司总部对矿山现场生产数据的需求以及信息安全要求，生产技术协同平台采用两级部署的方式部署在内网，即分别在纳米比亚湖山铀矿现场和国内公司总部进行部署，如图2所示。首先，湖山铀矿现场的生产数据与工作成果数据通过数据采集手段存储在湖山现场的中心数据库；然后，为满足国内公司总部的数据需要，利用公司内部国际海底光纤数据专线，将现场中心数据库中的数据通过增量同步方式同步到国内公司总部，数据库备份策略为部署完成后第一次备份为全量备份，根据两地时差，之后在每天设置的时间点进行增量备份。在系统部署时，基于湖山铀矿现场和国内公司总部的本地服务器分别进行部署，包括数据库服务器、文件服务器和Web应用服务器。通过两级部署，有效解决了由于国内和国外之间网络带宽低等因素导致的访问速度慢的问题。

生产技术协同平台涉及的数据包括矿山已有的地质数据管理系统（Datashed）、采矿调度系统（Modular）和水冶生产执行系统（Ampla）等外部系统数据，以及通过生产技术协同平台生产管理模块上传的其他数据。数据采集平台Kettle通过JDBC协议连接数据源，定时对湖山铀矿已有的Datashed、Modular和Ampla数据库系统的备份数据进行数据采集，并存储至湖山铀矿中心数据库表。此外，生产技术协同平台通过应用服务接口对生产计划、设计成果及其他文件数据进行采集上传。其中，Excel结构化数据经过标准化处理后保存至湖山铀矿数据库表，其他非结构化文件数据经过标准化处理后保存至湖山铀矿文件服务器，数据库中仅存储文件路径和处理后的附加属性。数据架构如图3所示。

生产技术协同平台基本功能包括生产管理、技术指标、信息查询、金属平衡和系统管理五大模块，如图4所示。

（1）生产管理。该功能模块是对地质、采矿和水冶专业的业务进行流程化管理。

（2）技术指标。该功能用于生产管理指标和各类生产报表等定制化数据的自动生成与展示。

（3）信息查询。该功能模块用于通过自定义检索条件查询用户需要的生产管理指标和文件数据。

（4）金属平衡。该功能模块用于查看矿山生产过程中地质、采矿及水冶等环节的矿石量、品位和金属量的变化情况。

（5）系统管理。该功能模块是系统管理员在系统初始化和日常维护时使用，包括设备定义、业务流程管理、权限管理、用户管理、日志信息管理、时间参数、配置管理和工程位置信息。其中，权限管理是为用户分配角色，使每一个系统使用者具备与岗位相对应的功能模块；业务流程管理用于定义、发布业务流程。

本系统基于中国广核集团CUD框架，以IntelliJ IDEA + VS Code 为开发工具，采用前后端分离模式完成生产技术协同平台开发。其中，后端开发采用Springboot+mybatis-plus框架搭建Maven 工程，前端开发采用Vue2+elementUI框架搭建页面。

矿山业务数据包括结构化数据和非结构化数据，对于结构化数据，主要规范对象为数据内容要求、管理要求以及与外部系统的数据交互要求；对于非结构化数据，主要规范对象为文件命名要求和文件管理要求。以非结构化数据台阶预测模型为例，文件命名要求为：阶段名称_台阶名称_模型名称，例如Z1S1_B14_PBM，代表1号矿坑1期14台阶的台阶预测模型；文件管理要求为：为保证文件在协同平台中的唯一性，在上传到协同平台时，为其添加一系列外部属性，从而为数据的协同共享奠定了基础，如表1所示。

业务流程定制是生产管理的基础。首先，梳理业务流程规范和数据规范，以区块划分业务为例，如图5所示，详细规定了业务流程的节点顺序以及每个节点的输入和输出数据；然后，将各业务流和数据流固化到系统中，在平台中定义各业务流程的各个节点，如图6所示。流程定义完成后，矿山中心数据库中会建立对应的业务表，用于存储标准化处理后的业务数据。

以区块划分业务为例，详细描述该生产业务管理的全过程。

首先，登录平台，在生产管理菜单下找到区块划分功能，发起流程，弹出如图7所示的对话框。区块划分是将一个台阶划分成若干个区块，由图5可知，区块划分业务需要台阶预测模型、资源模型和台阶边界线等数据，在作业地点选择一个台阶后，系统自动查找当前工程位置下的这3类数据，查询结果出现在列表中。如果未查询到或查询到部分数据，说明该业务所需数据对应的其他业务流程未归档。

然后，在流程发起后，短期计划员收到业务待办提醒并签收该待办任务；在办理任务时，生产技术协同平台将自动加载区块划分所需要的数据，如图8中所示的数据下载界面，短期计划员下载所需数据并通过专业工具软件进行区块划分，工作完成后将数据上传提交至平台，在图8中将数据下载切换为数据上传；自此流程进入到下一环节，高级地质师收到待办提醒并进行审批，审批通过，流程进入下一环节，若审批不通过，则流程将返回到上一节点，由短期计划员重新处理后再提交；接下来，该流程将流转到测量工程师，在其收到待办提醒并完成区块编号，工作完成后提交至平台。

最后，所有结果数据全部存储在协同平台中，流程结束。

为满足矿山日常生产管理的要求，对生产管理指标和各类生产报表进行定制化开发，实现数据的一键生成与图形化展示。充分利用从外部系统采集的数据以及生产技术协同平台产生的标准化数据，在后端通过SQL语句编写函数从不同的数据表中调用、加工数据，实现不同数据源条件下的融合利用。以每日生产概况功能为例，如图9所示，根据湖山铀矿生产业务场景，按班、日、月和年等不同时间粒度采用图形和表格方式对采矿和水冶等40多个关键指标的实际值和计划值进行动态展示，从而实现对矿山生产情况的全面掌控。

为满足用户对部分关键生产指标的查询需打破时间和空间制约的要求，平台提供了手机移动端查询与展示功能。由于技术协同平台部署在内网，而移动端有通过外网访问的需求，为满足信息安全要求，没有单独开发APP，而是利用集团已经打通内外网数据交互的移动端并应用钉钉进行开发，其中钉钉提供用户认证相关服务，数据来自生产技术协同平台数据接口，从而实现在钉钉上随时随地查看湖山铀矿相关生产数据的目的。以生产概况为例，如图10所示，根据湖山铀矿现场及国内公司总部管理要求，按每日、月度迄今和年度迄今等时间粒度，在手机移动端实现采矿和水冶等20多个关键指标的查询与展示。

湖山铀矿生产技术协同平台已于2021年底建成并正式上线试运行，在信息孤岛破除、各岗位间协同、指标查询以及前方和后文数据共享等方面取得了良好效果。

（1）实现了矿山各专业业务数据集中化管理。各专业业务数据通过生产技术协同平台集中存储到中心数据库，矿山只需要维护一套数据，实现了数据的集中存储和版本化统一管理，保证了数据的一致性，减少了存储成本，同时降低了潜在的数据泄漏和丢失风险。

（2）实现了各岗位间的协同作业。技术协同平台以流程方式进行任务分发和任务处理，各业务节点产生的数据通过流程串联起来并随流程在线流转，用户无需自己去查找该节点对应业务所需要的数据，提高了团队成员之间的协作效率。

（3）实现了生产指标和报表一键生成。根据湖山铀矿各部门的生产管理指标与报表需求，定制开发了满足各部门需求的生产管理报表，用户只需要选择具体时间即可一键生成报表。该功能替代了手动加工数据的方式，不仅节约了时间成本，而且保证了计算结果的准确性。

（4）实现了前后方数据的共享。系统每天定时向后方同步数据，后方数据与前方数据保持一致，实现了数据的共享和异地备份，保证了企业的数据资产安全。

（1）基于梳理的矿山地质、采矿和水冶专业的生产业务流程和数据管理规范，研发了一个工作流程规范化、业务数据标准化、数据加工自动化的生产技术协同平台，实现了矿山数据的集中存储与协同共享，为矿山生产管理提供了统一的数字化工作平台。

（2）基于生产技术协同平台，业务流和数据流严格按照事先定义的方式在线实时流转，实现了各专业之间的协同作业和流程的高效流转、监管，有效地提升了团队成员之间的协作效率。

（3）基于生产技术协同平台，实现了矿山生产指标数据的在线检索和统计报表的一键生成，极大地减少了跨系统数据获取和加工的时间，同时保证了结果的准确性。

（4）通过生产技术协同平台的两级部署，实现了湖山铀矿生产数据的跨国共享，彻底改变了国内公司总部数据获取“等、靠、要”的局面，通过分布式平台可以随时查询所需要的各类数据，从而及时掌握湖山铀矿的生产情况，有利于发挥国内专家团队的技术优势，帮助矿山解决生产中遇到的技术和管理问题，有效提升了矿山的经济效益。