人工智能將為礦業(yè)帶來哪些變革？

快速發(fā)展的人工智能技術(shù)將影響各行各業(yè)的發(fā)展，礦業(yè)也不例外?？祭?jīng)撰文介紹過的力拓“未來礦山”計(jì)劃，就是人工智能在礦業(yè)應(yīng)用的典范。上周全球最大的銅公司智利國家銅業(yè)公司啟動了丘基卡馬塔銅礦的地下礦項(xiàng)目，投資高達(dá)55億美元，設(shè)計(jì)將采用大量的機(jī)械化手段，減少1/3的勞工數(shù)量，從而大幅降低成本。對于從事礦業(yè)技術(shù)研究的朋友，是時(shí)候?qū)θ斯ぶ悄芤鹱銐蛑匾暳恕?/p>

“特斯拉”無人駕駛車輛人人艷羨，誰不期望有一款能聽自己使喚的小紅粉？2019年百度李彥宏在談到人工智能無人駕駛技術(shù)時(shí)，“宏言獲水” 然后半開玩笑說：在AI前進(jìn)的道路上，還是會有各種各樣意想不到的事情發(fā)生。誰又知道，礦業(yè)翹楚 Rio Tinto，2008年就已經(jīng)擁有了350噸大型無人駕駛卡車，輔助礦石和廢石的運(yùn)輸。當(dāng)然，2008年實(shí)施的“無人駕駛”更多體現(xiàn)的是“遙控駕駛”，和今天具有“自主決策”特征的“人工智能”“無人駕駛”不可同日而語。Rio并沒有就此止步，利用人工智能礦山運(yùn)營和管理實(shí)現(xiàn)更多便捷。那么，究竟什么是“人工智能”？“人工智能”能為礦業(yè)帶來哪些變革呢？ 

什么是“機(jī)器學(xué)習(xí)/人工智能“

“機(jī)器學(xué)習(xí)”（Machine Learning，ML）和“人工智能”（Artificial Intelligence，AI）是計(jì)算機(jī)的一個(gè)研究領(lǐng)域，致力于創(chuàng)造像人類一樣工作和思考的智能機(jī)器和算法。人工智能四大分支包含：模式識別、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和智能算法。相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域有：機(jī)器人、語音識別、圖像識別、專家系統(tǒng)等。ML和AI被認(rèn)為是數(shù)字礦山轉(zhuǎn)型的希望。從勘探到實(shí)際開采階段，礦業(yè)AI應(yīng)用的領(lǐng)先者將有可能成為礦業(yè)游戲規(guī)則的顛覆者。隨著5G的到來，礦業(yè)領(lǐng)域也在悄無聲息的發(fā)生著革新。

人工智能可以為礦業(yè)帶來哪些變化？

獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：礦山大量的勘探鉆孔和巖土工程鉆孔，需要耗費(fèi)工程師大量時(shí)間識別巖性和巖體節(jié)理面等巖體參數(shù)。通過在鉆機(jī)上安裝AI檢測儀，實(shí)時(shí)識別礦物種類和巖體結(jié)構(gòu)，有助于加快從勘探到采礦階段的決策時(shí)間。通過AI技術(shù)分析衛(wèi)星圖像、航空攝影、地球物理圖譜和無人機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以更好地預(yù)測礦物勘探和礦體可能的賦存方位及形態(tài)（Ref.1）。

銅/金/鈷等礦產(chǎn)資源的發(fā)現(xiàn)難度較高，一旦發(fā)現(xiàn)回報(bào)卻很豐厚。發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的金礦只有0.5%的概率，然而在已經(jīng)探明的金礦附近發(fā)現(xiàn)另一個(gè)新的礦體的概率是5%(Ref.2)。1990~2017年，全球用于金礦勘探的資金達(dá)到543億美元，而且資金投入還在逐年升高，勘探成功率卻在逐年下降。對于這種一擲千金卻收獲甚微的境遇，可以借助AI技術(shù)對大數(shù)據(jù)的處理能力，可以增強(qiáng)勘探工作的確定性，讓這個(gè)博弈游戲變得更有趣。

降低采礦風(fēng)險(xiǎn): 礦山生產(chǎn)安全大于天。通過使用遠(yuǎn)程操作的鉆孔設(shè)備/鑿巖設(shè)備/支護(hù)設(shè)備/運(yùn)輸設(shè)備，能減少采礦人員暴露在地下各種巖體失穩(wěn)導(dǎo)致的片幫和冒頂?shù)蕊L(fēng)險(xiǎn)中，或者減少暴露在露天礦山的粉塵和暴曬之下。按照目前的采礦模式，巖石力學(xué)工程師每日需要數(shù)小時(shí)在地下礦山觀察巖體穩(wěn)定情況，以及每次采場爆破后支護(hù)體的損壞情況。而采用AI技術(shù)，可以利用無人機(jī)巡檢大大減少巖石力學(xué)工程師的井下工作時(shí)間。人工智能帶來的是一種技術(shù)的革新，也是人的體力的解放。

簡化采礦作業(yè)： AI機(jī)器人可以幫助執(zhí)行各種任務(wù)，包括鉆孔、爆破、裝載、運(yùn)輸、取樣和救援被困礦工。在Rio Tinto的Cape Lambert港口，機(jī)器人已被用于鐵礦石取樣；而自動裝載運(yùn)輸車輛，采用耦合脈沖激光校準(zhǔn)制導(dǎo)系統(tǒng)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)相結(jié)合引導(dǎo)卡車沿著預(yù)定的路線行駛，則用于西澳大利亞皮爾巴拉露天礦；瑞典基律納鐵礦巷道掘進(jìn)采用的鑿巖臺車，裝有三維電子測定儀，可實(shí)現(xiàn)鉆孔精確定位、無人駕駛，可連續(xù)24小時(shí)循環(huán)作業(yè)。采礦機(jī)器人，更是將來一種新的探索，用于完全取代井下采礦工人。無人采礦不是目的，我們憧憬的是一種人人享有安全潔凈的工作環(huán)境和新型采礦模式。

提高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)：帶有無線通信的GPS系統(tǒng)和設(shè)備可以監(jiān)控地下水，溫度和地下通風(fēng)變化等生態(tài)參數(shù)，幫助評估采礦活動的影響。遙感技術(shù)，例如衛(wèi)星圖像，可以監(jiān)測環(huán)境變化并預(yù)測侵蝕，野生動物棲息地，表土再分布和植被的變化。降低采礦對環(huán)境的影響也有益于維護(hù)社區(qū)關(guān)系，減少采礦中的各種風(fēng)險(xiǎn)。

目前AI在礦業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的例子

快速識別礦體：EARTH AI通過機(jī)器學(xué)習(xí)(Ref.3)，可以訓(xùn)練計(jì)算機(jī)認(rèn)識以往礦體賦存情況來發(fā)現(xiàn)新的礦體分布。EARTH AI這家公司開發(fā)的相應(yīng)的軟件和技術(shù)，通過分析遙感和地球物理數(shù)據(jù)，可以找到突出礦體和蝕變暈圈，并繪制出極其細(xì)致的硬巖和風(fēng)化層。

增加勘探成功幾率：Goldspot Discoveries Inc. 是

一家致力于通過機(jī)器學(xué)習(xí)，降低資本風(fēng)險(xiǎn)的公司 (Ref.4)，使得黃金勘探更像科學(xué)而非藝術(shù)。利用歷史上的數(shù)據(jù)來更好的理解資源潛力，通過人工智能大數(shù)據(jù)處理方法和傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)科相結(jié)合，提高資源的勘探和投資的成功率。Goldcorp and IBM Watson (Ref.5)，通過IBM的識別技術(shù)，用于分析大量數(shù)據(jù)，從鉆探報(bào)告到地質(zhì)調(diào)查信息，幫助地質(zhì)學(xué)家確定下一個(gè)勘探區(qū)域，通過高精度的計(jì)算地質(zhì)模型，更快的找到高價(jià)值勘探區(qū)域。

防止疲勞駕駛：在智利的Escondida 銅礦，BHP公司采用了Smart Cap技術(shù)來分析駕駛員的腦電波來判斷疲憊狀態(tài)(Ref.7)。在地下礦山，卡車司機(jī)通常工作10-12個(gè)小時(shí)，黑暗嘈雜環(huán)境下防止疲勞駕駛就顯得尤為重要。這種技術(shù)被整合到超過150輛卡車中，以提高生產(chǎn)效率和增加安全性。詳細(xì)信息請?jiān)谒阉饕嬷胁檎襍martCap。

加快自動決策：在西澳某礦山使用AI輔助技術(shù)幫助他們選用合適的破碎機(jī)卡車；在礦場布置自動運(yùn)輸車輛，成本降低了約20%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自動運(yùn)輸車輛的使用，使得卡車輪胎使用壽命增加了30%。同樣，卡車的其他零部件，包括發(fā)動機(jī)和燃油的消耗也大大降低。

礦石廢石分離：Tomra開發(fā)了礦物和礦石分選設(shè)備，使用傳感器將有價(jià)值的礦石與廢石分離，快節(jié)奏的激光分選和產(chǎn)品識別(Ref.8)。作者驚訝于這種分離技術(shù)，至于該技術(shù)是否能真正有效解決礦廢分離問題，還期待相關(guān)的專業(yè)人士給予意見。感興趣的可以搜索Tomra觀看官方小視頻。

輔助巖土工程師風(fēng)險(xiǎn)識別：在自然崩落法的采礦方法中，PETRA公司使用三維測量數(shù)據(jù)，開發(fā)了一個(gè)算法來幫助快速識別礦石破碎程度。此算法被訓(xùn)練用來識別礦石中是否有混凝土碎塊等。更多的應(yīng)用可以參考該公司的網(wǎng)站。另外，該算法還可以用于輔助巖石力學(xué)工程師進(jìn)行地下或者露天礦的檢查，比如識別混凝土裂縫、支護(hù)錨桿托盤變形等。此技術(shù)不受環(huán)境限制，即使在地下礦的黑暗、潮濕、多粉塵環(huán)境等。

AI的發(fā)展和使用得益于大量高質(zhì)量的數(shù)據(jù)獲取，礦業(yè)未來的發(fā)展將會得益于在機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識別、大數(shù)據(jù)處理等方面的發(fā)展。人工智能將會帶來工作結(jié)構(gòu)的變化，大量縮減一線工人數(shù)量，但在AI前進(jìn)的道路上將需要更多大數(shù)據(jù)分析等專業(yè)人員來幫助礦業(yè)實(shí)現(xiàn)變革。AI之于礦業(yè)，好似 “隨風(fēng)潛入夜，潤物細(xì)無聲 ”。

或許在不遠(yuǎn)的將來，新的礦業(yè)從業(yè)者不但不會因?yàn)榈V山艱苦的工作條件對礦業(yè)望而卻步，反而因?yàn)樗薮蟮陌l(fā)展?jié)撃芎透呖萍紤?yīng)用而歡呼雀躍。人工智能時(shí)代的來臨，將沒有什么能限制我們的想象力。