《數(shù)字礦山與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)》課程教學(xué)大綱（采礦卓）

《數(shù)字礦山與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)》課程教學(xué)大綱課程名稱：數(shù)字礦山與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)DigitalMineandBigDataAnalysisTechnology課程編號(hào)：021040060課程性質(zhì)：□必修選修課程類別：□通識(shí)課程專業(yè)課程￡實(shí)踐教學(xué)適用專業(yè)：采礦工程專業(yè)課程學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（理論26學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)）課程學(xué)分：2.0學(xué)分應(yīng)開課學(xué)期：第六學(xué)期先修課程：采煤概率、礦山地質(zhì)學(xué)、采礦學(xué)、智能開采技術(shù)、人工智能導(dǎo)論任課學(xué)院、系部：能源科學(xué)與工程學(xué)院采礦工程系一、課程簡(jiǎn)介《數(shù)字礦山與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)》是采礦工程專業(yè)本科生一門重要的專業(yè)選修課程。課程按總論、信息獲取與建模、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用、典型系統(tǒng)與示范的邏輯順序，包括數(shù)字礦山的基本知識(shí)，礦區(qū)資源環(huán)境信息獲取、處理與估算，礦山空間信息獲取、處理與制圖，礦山生產(chǎn)與安全信息收集、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算分析，礦山信息集成管理與共享利用，礦山信息集成建模與可視化，采礦數(shù)字化設(shè)計(jì)與決策優(yōu)化，礦山數(shù)字化通信與自動(dòng)化，礦山模擬、仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)，數(shù)字礦山典型系統(tǒng)與建設(shè)范例。旨在傳授新思想、新方法、新技術(shù)，使得我們的下一代采礦工程師和礦業(yè)科技工作者不僅掌握扎實(shí)的數(shù)字礦山與大數(shù)據(jù)分析的相關(guān)理論與關(guān)鍵技術(shù)，而且具有更高的視點(diǎn)、更寬的眼界和更遠(yuǎn)的目光。二、課程教學(xué)的目標(biāo)及與畢業(yè)要求的關(guān)系（一）課程目標(biāo)課程總目標(biāo)：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以系統(tǒng)深入地掌握數(shù)字礦山的內(nèi)涵、體系及其建設(shè)目標(biāo)和任務(wù)，同時(shí)能夠運(yùn)用大數(shù)據(jù)思維分析處理礦山生產(chǎn)過(guò)程多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，用于指導(dǎo)礦山企業(yè)安全高效生產(chǎn)。同時(shí)通過(guò)課程教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，培養(yǎng)其思辨能力和工程職業(yè)道德素質(zhì)。課程目標(biāo)1：了解數(shù)字礦山的基本知識(shí)，掌握礦區(qū)資源環(huán)境信息、礦山空間信息礦山生產(chǎn)與安全信息的獲取方式及處理方法；課程目標(biāo)2：理解礦山信息集成管理與共享利用、礦山信息集成建模及可視化方法理論，并掌握相應(yīng)的大數(shù)據(jù)分析方法；課程目標(biāo)3：能夠掌握礦山數(shù)字化設(shè)計(jì)與決策優(yōu)化方法，了解礦山數(shù)字通信與自動(dòng)化技術(shù)以及采礦模擬、仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)，并能夠熟悉數(shù)字礦山典型系統(tǒng)與應(yīng)用。（二）課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系本課程目標(biāo)支持的主要畢業(yè)要求如下表：課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.了解數(shù)字礦山的基本知識(shí)，掌握礦區(qū)資源環(huán)境信息、礦山空間信息礦山生產(chǎn)與安全信息的獲取方式及處理方法畢業(yè)要求3：設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠針對(duì)采礦工程領(lǐng)域的生產(chǎn)與管理問(wèn)題提出解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。指標(biāo)點(diǎn)3.2：能夠利用計(jì)算機(jī)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)原理，設(shè)計(jì)滿足特定需求的生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝流程2.理解礦山信息集成管理與共享利用、礦山信息集成建模及可視化方法理論，并掌握相應(yīng)的大數(shù)據(jù)分析方法畢業(yè)要求4：研究：能夠基于科學(xué)原理，采用科學(xué)方法對(duì)采礦工程、智能開采中的工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。指標(biāo)點(diǎn)4.3：能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論和規(guī)律3.能夠掌握礦山數(shù)字化設(shè)計(jì)與決策優(yōu)化方法，了解礦山數(shù)字通信與自動(dòng)化技術(shù)以及采礦模擬、仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)，并能夠熟悉數(shù)字礦山典型系統(tǒng)與應(yīng)用畢業(yè)要求3：設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠針對(duì)采礦工程領(lǐng)域的生產(chǎn)與管理問(wèn)題提出解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。指標(biāo)點(diǎn)3.2：能夠利用計(jì)算機(jī)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)原理，設(shè)計(jì)滿足特定需求的生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝流程三、課程教學(xué)的基本內(nèi)容及教學(xué)安排（一）課程教學(xué)的內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排知識(shí)單元知識(shí)點(diǎn)學(xué)時(shí)數(shù)課程目標(biāo)線下授課線上授課實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐1.數(shù)字礦山的基本知識(shí)知識(shí)點(diǎn)1.1：數(shù)字礦山的起源；知識(shí)點(diǎn)1.2：數(shù)字礦山的發(fā)展；知識(shí)點(diǎn)1.3：數(shù)字礦山的內(nèi)涵及體系；知識(shí)點(diǎn)1.4：數(shù)字礦山的建設(shè)2課程目標(biāo)12.礦區(qū)資源環(huán)境信息獲取與處理知識(shí)點(diǎn)2.1：礦區(qū)資源環(huán)境信息概述；知識(shí)點(diǎn)2.2：地球探測(cè)信息技術(shù)及遙感技術(shù)；知識(shí)點(diǎn)2.3：礦山采場(chǎng)條件探測(cè)；知識(shí)點(diǎn)2.4：礦體品位與儲(chǔ)量礦量估算；22課程目標(biāo)13.礦山空間信息獲取、處理與制圖知識(shí)點(diǎn)3.1：礦山空間信息獲??；知識(shí)點(diǎn)3.2：礦山空間數(shù)據(jù)處理；知識(shí)點(diǎn)3.3：礦圖制圖；22課程目標(biāo)14.礦山生產(chǎn)與安全信息收集及分析知識(shí)點(diǎn)4.1：礦山生產(chǎn)信息；知識(shí)點(diǎn)4.2：礦山安全信息；知識(shí)點(diǎn)4.3：礦山安全分析與預(yù)警2課程目標(biāo)15．礦山開采大數(shù)據(jù)與云計(jì)算知識(shí)點(diǎn)5.1：礦山開采大數(shù)據(jù)基本知識(shí)；知識(shí)點(diǎn)5.2：云計(jì)算基本知識(shí)；知識(shí)點(diǎn)5.2：大數(shù)據(jù)與云計(jì)算應(yīng)用實(shí)例；4課程目標(biāo)26.礦山信息集成管理與共享利用知識(shí)點(diǎn)6.1：礦山信息集成框架；知識(shí)點(diǎn)6.2：礦山信息管理與更新；知識(shí)點(diǎn)6.3：礦山信息分類與編碼；知識(shí)點(diǎn)6.4：礦山空間信息的查詢與共享；知識(shí)點(diǎn)6.5：礦山數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)；2課程目標(biāo)27.礦山信息集成建模與可視化知識(shí)點(diǎn)7.1：礦山地形的三維建模；知識(shí)點(diǎn)7.2：礦山地質(zhì)三維建模；知識(shí)點(diǎn)7.3：井巷工程的三維建模；知識(shí)點(diǎn)7.4：井巷工程與地質(zhì)體的集成建模；知識(shí)點(diǎn)7.5：礦山地上地下集成建模技術(shù)；知識(shí)點(diǎn)7.6：礦山模型的多模式表達(dá)；42課程目標(biāo)28.采礦數(shù)字化設(shè)計(jì)與決策優(yōu)化知識(shí)點(diǎn)8.1：地下采礦數(shù)字化設(shè)計(jì)；知識(shí)點(diǎn)8.2：露天礦最終境界優(yōu)化；知識(shí)點(diǎn)8.3：露天礦境界與生產(chǎn)計(jì)劃整體優(yōu)化；2課程目標(biāo)39.礦山數(shù)字通信與自動(dòng)化知識(shí)點(diǎn)9.1：礦山數(shù)字通信技術(shù)；知識(shí)點(diǎn)9.2：礦山自動(dòng)化；知識(shí)點(diǎn)9.3：采礦機(jī)器人；2課程目標(biāo)310.采礦模擬、仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)知識(shí)點(diǎn)10.1：礦山工程模擬；知識(shí)點(diǎn)10.2：采礦工程仿真；知識(shí)點(diǎn)10.3：礦山災(zāi)害虛擬現(xiàn)實(shí)；知識(shí)點(diǎn)10.4：國(guó)內(nèi)外采礦軟件與應(yīng)用；2課程目標(biāo)311.數(shù)字礦山典型系統(tǒng)與應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)11.1：國(guó)產(chǎn)數(shù)字礦山典型系統(tǒng)；知識(shí)點(diǎn)11.2：中國(guó)數(shù)字礦山建設(shè)典型范例2課程目標(biāo)3合計(jì)266（二）課堂實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求序號(hào)項(xiàng)目名稱內(nèi)容、要求學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類別實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型每組人數(shù)必做/選做課程目標(biāo)1遙感找礦與礦區(qū)環(huán)境遙感分析（1）遙感圖像處理軟件顯示遙感影像以及對(duì)影像幾何校正的方法；（2）目視解譯影像獲取的礦區(qū)有關(guān)生態(tài)環(huán)境的信息；（3）用找礦知識(shí)，分析該礦體可能延伸的方向。2上機(jī)操作型20必做課程目標(biāo)12礦山三維建模與可視化分析（1）建模數(shù)據(jù)組織與預(yù)處理；（2）采用剖面法交互構(gòu)建地層、礦體三維模型，并進(jìn)行剖切分析；（3）采用屏幕交互法構(gòu)建三維巷道模型；（4）將地層、礦體模型與巷道模型進(jìn)行集成可視化。2上機(jī)操作型20必做課程目標(biāo)33采礦數(shù)字化設(shè)計(jì)（1）地下礦開拓方案選擇及三維開拓設(shè)計(jì)；（2）地下礦盤區(qū)采場(chǎng)劃分方法、采場(chǎng)算量及指標(biāo)分析；（3）露天礦境界優(yōu)化及結(jié)果分析；（4）露天礦臺(tái)階數(shù)字化設(shè)計(jì)。2上機(jī)操作型20必做課程目標(biāo)3基本要求1．能夠熟悉并運(yùn)用遙感信息找礦方法；2．熟悉圖層疊加在礦山制圖中的應(yīng)用；3．能夠利用三維礦業(yè)軟件進(jìn)行礦山三維建模及可視化分析；注：實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類別：專業(yè)、上機(jī)等實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型：操作型、驗(yàn)證型、演示型、綜合型等。四、本課程與其他課程的聯(lián)系先修課程：采煤概率、礦山地質(zhì)學(xué)、采礦學(xué)、智能開采技術(shù)、人工智能導(dǎo)論五、教材與其他教學(xué)資源（含教學(xué)參考書或在線資源）（一）建議教材[1]吳立新主編.數(shù)字礦山技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社,2009.11.（二）其他教學(xué)資源[1]王李管主編.智慧礦山技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社,2019.08.[2]有色金屬工業(yè)人才中心編寫.礦山開采數(shù)字技術(shù)應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021.01.六、教學(xué)方法與學(xué)習(xí)建議授課方式：本課程主要采用線下授課與上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行，通過(guò)強(qiáng)化平時(shí)考核和過(guò)程考核，促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程重難點(diǎn)知識(shí)的理解與掌握，提高教學(xué)效果與學(xué)習(xí)產(chǎn)出。重點(diǎn)掌握：礦山空間信息獲取與建模、數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用、典型采礦軟件系統(tǒng)與示范，并結(jié)合課程進(jìn)度安排了3次上機(jī)實(shí)習(xí)，主要鍛煉學(xué)生了解和使用遙感應(yīng)用軟件、GIS軟件和地礦三維建模軟件。難點(diǎn)：礦山信息集成建模及可視化、采礦數(shù)字化設(shè)計(jì)與決策優(yōu)化。自主學(xué)習(xí)建議：課程內(nèi)容多，做好課前預(yù)習(xí)、課中認(rèn)真學(xué)習(xí)、課后及時(shí)完成練習(xí)是學(xué)好課程的關(guān)鍵，同時(shí)，可以充分挖掘網(wǎng)上資源，利用所學(xué)課程知識(shí)深入剖析采礦工程數(shù)字化應(yīng)用案例，提高理論知識(shí)靈活應(yīng)用于工程實(shí)踐的能力。七、課程考核及成績(jī)?cè)u(píng)定方式（一）課程考核基于《數(shù)字礦山與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)》教學(xué)內(nèi)容與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，制定本課程質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。課課程成績(jī)=平時(shí)成績(jī)（15%）+過(guò)程（課堂討論、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等）成績(jī)（35%）+期末考試成績(jī)（50%）。各部分比例可適當(dāng)調(diào)整，但期末成績(jī)不得大于55%，這種考核方式可大大促進(jìn)學(xué)生對(duì)日常教學(xué)環(huán)節(jié)中知識(shí)積累和掌握的重視程度，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出。具體考核方案及權(quán)重見下表：課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)權(quán)重合計(jì)平時(shí)表現(xiàn)過(guò)程考核結(jié)課考試課程目標(biāo)15%10%15%30%課程目標(biāo)25%15%20%40%課程目標(biāo)35%10%15%30%合計(jì)15%35%50%100%（二）課程目標(biāo)與考核內(nèi)容的關(guān)系課程具體目標(biāo)與知識(shí)單元和考試內(nèi)容的關(guān)系如下：課程目標(biāo)知識(shí)單元考試內(nèi)容1.了解數(shù)字礦山的基本知識(shí)，掌握礦區(qū)資源環(huán)境信息、礦山空間信息礦山生產(chǎn)與安全信息的獲取方式及處理方法1.數(shù)字礦山的基本知識(shí)2.礦區(qū)資源環(huán)境信息獲取及處理3.礦山空間信息獲取及處理4.礦山生產(chǎn)與安全信息的獲取方式及處理方法（1）數(shù)字礦山的定義、基本特征和功能；（2）數(shù)字礦山系統(tǒng)架構(gòu)圖；（3）地球探測(cè)信息技術(shù)；（4）根據(jù)采樣點(diǎn)空間信息及品位信息進(jìn)行儲(chǔ)量估算的方法和步驟；（5）礦山空間信息獲取的儀器及技術(shù)，基于GIS和基于CAD制作礦圖的異同；（5）礦山安全信息主要分類和監(jiān)測(cè)方法；2.理解礦山信息集成管理與共享利用、礦山信息集成建模及可視化方法理論，并掌握相應(yīng)的大數(shù)據(jù)分析方法1.礦山信息集成管理與共享利用2.礦山信息集成建模及可視化方法理論3.礦山大數(shù)據(jù)分析方法（1）不同參考系下礦山空間信息歸算和統(tǒng)一方法；（2）礦山信息孤島、實(shí)現(xiàn)信息集成管理與共享的模式和關(guān)鍵技術(shù)；（3）礦山數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用方向；（4）礦山三維地質(zhì)建模的模型分類及適用數(shù)據(jù)源；（5）礦山地表、地層及地下工程建模方法及異同；（6）礦山大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用方向；3.能夠掌握礦山數(shù)字化設(shè)計(jì)與決策優(yōu)化方法，了解礦山數(shù)字通信與自動(dòng)化技術(shù)以及采礦模擬、仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)，并能夠熟悉數(shù)字