智能采矿工程专业前景

导语：在智能采矿工程专业前景的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。

第1篇

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真）是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

虚拟现实是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，计算机可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形（CG）技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的；而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。

2.虚拟现实技术主要的应用领域

现在虚拟现实技术主要应用在军事与航天工业、室内设计、房产开发、工业仿真、应急推演、文物古迹、游戏、Web3D/产品/静物展示、道路桥梁、地理、教育、虚拟演播室、水文地质研究、维修等方面。

3.虚拟现实技术应用于煤矿工作中的国内外研究现状

3. 1 国外虚拟现实技术应用到煤矿工作中的研究现状

在国外，虚拟现实技术应用到煤矿及其生产系统的设计和规划、采掘工作面、矿井灾害的模拟、煤矿安全生产培训等方面。

美国宾夕法尼亚大学开发了虚拟现实矿工培训系统。该系统允许用户在虚拟工作面上检查工作面的故障隐患，如顶板支护是否合理，查看工作面设备是否正确放置，以及应该采取哪些措施。应用该系统可以培训矿工的安全意识。

德国DMT大学开发的矿井决策模拟系统STMBERG，是采矿专业学生的训练软件。该软件包括地质、开采设计、工作面状况等方面的简化条件，学生可以进行决策和管理。

3. 2 国内虚拟现实技术应用到煤矿工作中的研究现状

国内在虚拟现实研究方面则是刚刚起步，在煤矿中虚拟现实技术主要应用在重大事故调查事故分析中。如陕西某矿发生的特别重大瓦斯爆炸事故，开发了煤矿瓦斯爆炸及火灾事故虚拟现实系统，并成功应用于对该矿事故的调查分析，利用粒子系统和动态文理技术表现瓦斯爆炸、火灾，形象地显示了复杂的事故过程和发生原因。目前，中国矿业大学和DMT-TFH合作，已将STMBERC应用于真实矿井中。

4.虚拟现实技术在煤矿安全生产中的应用

虚拟现实技术在煤矿的应用，既属于危险环境下的操作，也属于CAD、教育和培训的范畴。虚拟现实技术为煤矿安全生产、优化设计和矿工技术培训等提供了一种更为有效的手段。

4. 1 矿井开采模拟

采掘工作面是煤矿安全生产的最前线，安全生产矛盾最为集中、安全条件最差、作业人员最多、设备集中、空间狭窄、工作行走受限，是顶板、瓦斯、煤尘、火灾等灾害的多发地点，也是系统最复杂的地方。采掘工作面的虚拟实现不仅包括静态的虚拟环境（如顶板、巷道、地板等），还要包括动态的可交互的虚拟实体（如采煤机、掘进机、液压支架等）。系统创造的这一三维环境与现实中的房柱式开采情况极为接近，无论是采矿作业过程，还是工艺设备的运行都如同是现场拍摄。更有意义的是操作人员可与这一系统进行交互作用，可以在任意时刻穿越任何空间进入系统模拟出的任何区域，通过计算机屏幕显示出所视空间的采矿作业情况，如设备当前位置和运行状况，设备运行的时间、产量、设备间的距离等动态信息。这种模拟超过之前以任何方法建立的模型所达到的效果。应用虚拟现实系统可以通过对不同型号设备、不同开采参数下的生产系统进行动态模拟，从而达到优化生产系统的目的。显然，这类系统还可用于矿井开采计算机辅助设计、生产监控、管理和技术培训等方面。

4. 2 煤矿人员技术培训

在矿业领域可以借助虚拟现实系统虚拟井下各种复杂的作业环境，供采矿工程专业的学生实习训练，这样既可以降低实习费用，又可缩短教学时间，让更多的人接受高等教育，同时还可对井下工人进行上岗前的操作及安全教育培训。如虚拟井下的各种工况及险情，使被训练者身临其境地去体验，并学会采取有效的应急措施去处理各种险情，以提高人员素质，消除事故隐患。

诺丁汉大学AIMS研究室应用虚拟现实技术开发的房柱式开采模拟系统VR-MINE、蓄电池机车模型、露天矿单斗卡车工艺生产系统等可分别用于相应环境下工作人员的培训。如用于露天矿卡车司机及相关人员的培训的露天矿卡车模拟器，该模拟器除采用一般的VR模拟系统硬件及软件进行人机交互外，还可通过方向盘、加速器和刹车板控制屏幕上卡车的运行，犹如驾驶真正的卡车一般。当受训者操作这些硬件时，面对的计算机屏幕或投影大屏幕上呈现出一个三维的真实直观的露天矿作业环境，包括声音、甚至烟雾，如同驾驶着一辆真实的卡车运行在露天矿的矿坑内，无论是驾驶的卡车本身，还是环境中运行的其它设备，均按照受训者的操作或依据系统间的动态关系运行。比如，受训者操作出错时，同样会造成撞车或从台阶滚落下去的事故。显然，这种培训手段使人与环境结合起来，通过人机交互使受训者产生身临其境的感觉并达到或超过以往其它任何培训形式所能产生的效果。

4. 3 煤矿设备的虚拟设计和制造

虚拟现实技术用于大型设施、设备的设计和制造已有许多成功的实例。把虚拟现实技术用于对煤矿新设备的设计方案进行可视化的性能评估，则更显示出虚拟现实技术的优势。由于井下场地狭窄，环境恶劣，因此对井下设备的设计、运行、维修都提出了很高的要求。煤矿设备的虚拟设计和制造，其意义不仅仅是节约资源和时间，而是完成在地面或在常规条件下无法进行的工作。例如采煤机虚拟设计中，设计人员不必等到样机制造出来，再去修改其中不理想、不合理的部分，因为虚拟现实系统可以容纳他们“进入”计算机中的三维空间图像，借助多种交互手段直接对采煤机的设计进行观察、讨论和修改，从而大大缩短设备的研制周期，节省研制费用。

4. 4 应用虚拟现实技术进行矿井事故调查和研究

应用计算机绘图和虚拟现实技术可以快速、有效地以一系列三维图像在计算机屏幕上再现各种事故发生的过程，事故调查者可以从各种角度去观测、分析事故发生的过程，找出事故原因，包括系统设计和现场人员的动作行为。同时通过交互式地改变这虚拟模型中环境的参数或状态，从而防止其它与此相关的潜在事故的出现。

矿井火灾和瓦斯爆炸是井下工作人员所面临的主要灾害。计算机技术的高速发展使得在灾变条件下复杂的通风网络快速解算成为可能，从而指导井下火灾发生时正确地控制风流，确保井下工作人员安全撤出，防止火灾和有害气体、烟尘等的蔓延。

AIMS的研究人员目前正致力于矿井火灾VR系统的开发。该系统通过模拟某个真实的矿井作业环境，并结合网络分析和CFD模拟的结果，可以逼真地展示出火灾或爆炸发生的动态过程。除了模拟火烟弥漫状况外，该系统还可通过人机交互作用显示出人为因素，如反风、灭火措施等对整个通风网络的影响。此类系统的开发，无疑可以广泛地用于矿井火灾的防治、救灾和人员培训等方面。

4. 5 虚拟现实技术应用在煤矿防治水工作中

利用虚拟现实技术的三维可视化功能可以真实的再现地下含水层和隔水层的分布、含水层的厚度空间的变化情况。以往工作中，通过剖面图展示含水层、隔水层的分布特点，在平面图中通过含水层厚度等表现含水层的空间分布状况，总的来说不直观也不全面。在虚拟现实系统中随着资料的进一步完善，能够直接的将含水系统真实的展现出来。水文地质研究中的重要部分是地下水流的运动规律，利用虚拟现实系统可以研究的不仅是含水层的展布，同时利用虚拟现实系统的实时变化功能也可以对地下水流的运动变化特征进行虚拟表达，充分展现地下水流的特点：其流向、流速和流量乃至储存量的变化等，为矿井防治水提供可靠的依据。

5.煤矿虚拟矿井系统的设计构成结构

基于虚拟现实技术在煤矿中的应用现状、虚拟环境中多智能体技术建模方法研究，系统的主要结构是：

（1）控制与反馈系统。系统可通过传感器进行控制并作用于虚拟环境和反馈来自虚拟世界的信息。

（2）主计算机系统。是进行计算、模拟的主要计算机设备。

（3）三维模型。通过建模软件形成的矿井中物体的三维模型。

（4）三维模型运动控制接口。三维模型运动控制接口程序控制矿井生产系统以及矿井中一切需要移动的物体。

6.结束语

第2篇

关键词 新建本科院校；人才培养模式；理论教学；实践教学；一体化改革

中图分类号 G647 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2013）17-0009-04

新建本科院校依据其历史发展优势、现实竞争需要和自身基本特征，大多数定位于培养技术应用型人才。在人才培养模式上，新建本科院校虽然经过多年的探索和实践，但仍未脱离学术本科固有的模式，基本以理论教学为主导来设计教学过程，与人才培养类型定位吻合度较低，尚未形成自身特色。因此，新建本科院校应构建以实践教学为主导的一体化人才培养模式。

一、地方新建本科院校办学定位及其基本特征

（一）办学定位

为主动适应现代经济与社会发展对人才的多元化需求，满足广大人民群众接受高等教育的需要，我国高等教育进行了规模巨大的结构性调整。从1999年开始，新建本科院校近300所[1]，占本科高校总数的1/3以上。这些新建本科高校基本上是由专科层次高职院校单独或合并升格而成，有较好的举办技术教育的基础。大多数新建本科院校，定位于举办应用型教育，培养应用型人才。只有极少数学科基础较好、科研成果丰厚、师资力量强大的新建本科院校按照学术型人才的培养模式来办学。

（二）基本特征

相对于培养学术型人才的老本科院校而言，新建本科院校具有如下基本特征：

在人才类型上，新建本科院校举办应用型教育，培养各类专业技术人才，具体工作为：现场工程师、生产技术工程师、管理技术工程师，负责生产一线的工艺、设备维护、监控、营销、售后服务等相关技术指导、管理服务等工作。

在人才培养规格上，突出“能设计、会施工、懂管理”的特点。对于工科类专业要以科学为基础，以工程为背景，以技术为核心，培养将科学理论知识转化为工程建造物的技术人才，即技术应用型人才，在品德、知识、能力、素质等方面都要体现技术应用型特色。

在专业设置上，主要面向职业、职业群或技术领域，根据相关行业的发展趋势、技术要求、人才需求来设置专业，体现职业取向。

在课程设置上，强调专业技术、经营技术、管理技术及智能操作技术水平的提升，既要求比技能型人才有更宽泛的理论基础，又要有比学术型人才更强的技术应用能力和解决现场实际问题的能力。在课程体系的构建上，根据毕业生所要从事职业的实际，开设足够的技术类课程，把学科理论知识的深度和广度把握在适当范围，加强实践课程建设，实现“足够、扎实”的理论基础与较强实践技能培养的有机结合。

在人才培养模式上，要以工程技术应用能力培养为主线，以实践教学为主导，重点培养学生技术开发与应用能力，培养动手能力和发现问题、解决问题的能力。

二、实践教学在应用型教育中的地位与作用

（一）实践教学在本科人才培养中具有十分重要的地位

近年来，教育部连续关于加强本科教学工作的若干文件，对实践教学的要求逐年“升级”。《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》（教高[2001]4号）、《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》（教高[2005]1号）、《关于深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》（教高[2007]2号）、《关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高[2012]4号）等文件从“要重视”、“大力加强”到“高度重视”再到“新增教学经费优先用于实践教学”，明确了我国高等教育大众化之后工作重点的转移以及提高教育教学质量的着力点，体现出教育部对培养应用型人才、培养学生实践能力的高度关注。同时，四个文件中对高校实践教学的要求也越来越具体，从一般号召、重视加强，到提出要保障实践教学的时间和效果、不得降低要求，对实践教学具体的学分、学时作出规定，再到新增经费优先用于实践教学，要求越来越明确，内容越来越具体，措施越来越具有可操作性。实践教学与理论教学是本科教学的两个不可分割的组成部分，实践教学具有更加重要的地位。

（二）实践教学是应用型人才培养体系的重要组成部分

应用型人才培养要构建一个比较完整的体系，不同高校有不同表述：“应用型人才培养模式是以知识为基础，以能力为重点，以服务为宗旨，注重知识、能力协调发展，学习、实践和职业技术能力相结合”。“以‘够用’和‘实用’为指针，构建理论教学体系；以能力为本位选择课程内容，设置课程体系；以学生的全面发展为根本目的，建立素质教育体系”[2]。“以应用知识为基础的理论教学体系、以能力为主线的实践教学体系和以人文素养与职业道德为内容的素质教育体系”[3]。综上所述，应用型人才培养应包括理论教学体系、实践教学体系和素质教育体系三个方面。

（三）实践教学是新建应用型高校科学研究的助推器

培养高素质的应用型人才是应用型高校的主要任务，但应用型高校也同样具有科学研究的职能。新建应用型本科高校多为地方高校，所以也就决定了其科学研究应以技术及其应用创新为主，并与地方经济、社会发展紧密联系，而实践教学正是新建应用型高校开展科学研究的助推器。教师可以结合实践基地的生产状况与企业共同申报课题，开展科研攻关，也可以直接参与企业技术革新和改造。因此，通过实践教学可以助推新建本科院校的科学研究，扩大学校的影响力和辐射力。

三、以实践教学为主导的一体化人才培养模式的构建策略

按照认知规律要求，以实践教学为主导，构建理论教学与实践教学等密切结合的一体化人才培养模式[4]。

（一）理论教学与实践教学一体化

在教学体系的设计上，不再严格区分理论教学与实践教学，而是完全按照人才培养目标定位，按照知识、能力、素质结构要求和岗位需求，重新构建人才培养模式。理论教学与实践教学完全相融、交叉，不分先后，共同为实现人才培养目标服务。打破传统理论课与实践课由于人为划分而造成的时间和空间上的错位，实现二者的有机结合。同时，教师也不再区分理论课教师和实践课教师，教师既要有较高的理论水平，又要有工程意识、工程实践经历以及一定的开展应用型科学研究的能力。如辽宁科技学院档案管理专业按照“纵向多层次，横向多模块，课内与课外相结合，必修与选修相结合”的模式，充分实现理论教学与实践教学的有机融合，提高档案专业学生的综合应用能力，形成了鲜明的应用型特色。

（二）教学与科研一体化

开展应用型科学研究是新建本科院校科学研究的主要方向，也是历史优势。没有科研的教学会使教学没有基础，单纯的科研会使学校脱离人才培养的宗旨，二者相分离也难以很好地实现服务社会和传承文化的功能。应用型人才培养应坚持教学与科研一体化，这是由应用型人才的实践性决定的。教师进行应用型教学的过程，也是开展应用型科学研究的过程，反过来，教师将应用型科学研究的最新成果应用于应用型教学过程，将极大地启发学生的思维，对于实践动手能力和工程创新思维的培养极为有利。如辽宁科技学院测绘工程专业将教学与科研相融合，学生参与教师科研项目，充分发挥学科优势，利用学校现代化的测绘仪器设备，共同开展测绘工程项目的研究与教学工作，学生不但对测绘施工过程的组织、管理了如指掌，对学科前沿知识和测绘仪器的发展都有了比较系统的了解，而且较好地掌握了现代测绘技术，毕业后即可投入测绘工作实践，深受用人单位欢迎。

（三）专业教育与思想政治教育一体化

传统教育往往是专业教学与思想政治教育相分离，思想政治教育虽然独立，但由于其过于单调而效果不佳。将专业教育与思想政治教育有效结合，根据毕业生的岗位需求、职业特点、工作类型需要进行有针对性的思想政治教育，可明显提升育人效果。如辽宁科技学院会计学专业紧密结合会计人员政策性强、性强的工作特点，结合现实生活的经验教训，开展符合专业特点的思想政治教育，要求“遵守法规，不做假账”，丰富了思想政治教育的内涵，提升了学生的综合素养。

（四）工程实践能力培养与职业素质养成一体化

现代企业高度重视毕业生的工程实践能力和职业素养，这就要求新建本科院校注重学生工程实践能力和职业素质的培养。以工程实践能力为主线优化教学体系，在人才培养过程中融入职业元素，让学生在学校学习期间更早地了解从业人员应该具备的职业素养，从而自觉地以此为标准来提高自身修养。如辽宁科技学院冶金工程专业教师与企业合作，以实践教学为主导，共同开发了炼钢模拟仿真系统，模拟转炉吹炼多品种合成钢水及生产合格钢坯的全过程。理论教学与实践教学合一，使学生系统、完整地掌握炼钢理论应用及炼钢生产实践的全过程。采矿工程专业在实行数字化矿山系统模拟仿真基础上采取全真模式，实现矿山生产全过程的模拟仿真实践，然后再到矿山进行实践锻炼，使学生系统、全面地掌握矿山生产各技术与管理环节，初步具备冶金矿山工程技术人员的工程素养和意识，学生毕业即可上岗，受到矿山的高度评价。

（五）教与学和谐互动

传统教学过分强调“教”的作用，而忽视“学”的能动性。一体化教学模式要求从教师和学生两个方面精心设计，将教师的主导作用和学生的主体作用同时发挥出来，将教师教的目的与学生学的目的、教师教的手段与学生学的方式方法结合起来，使学生从被动学习向主动学习转变。

（六）专业教育与课程教育紧密结合

专业教育特指对学生所学专业基本情况、未来从事职业等方面的教育。这一看似简单的问题，往往被大多数高校所忽视。其直接后果就是学生对所学专业不甚了解，从而失去了目的性。对每一门课程的学习同样如此，如果不了解其在本专业人才培养中的地位和作用，学起来也就非常被动。因此，要高度重视专业教育，让学生在学习本专业及每一门课程之前，就基本了解、认识所学专业的发展概况、历史、现状与前景，知道学习本专业后将来可以从事的工作，可能面向的工作领域，熟悉本专业的发展前沿、领军人物，知晓本专业的课程设置、教学大纲、参考书目、相关论文、设计、案例，了解本专业的教学模式、教学方法等，从而调动其学习热情，增强学习的目的性和针对性。

参考文献：

[1]邓晖.加强新建本科院校建设力度[N].光明日报，2013-03-08.

[2]孔繁敏，郭淑敏，等.建设应用大学之路[M].北京：北京大学出版社，2006：47-50.

[3]宏喜.应用型本科人才培养方案制定的原则与实践——对安徽科技学院应用型本科教育的思考[J].安徽科技学院学报，2009（1）：66-69.

[4]胡国柳.实现理论教学与实践教学“一体化”教学[N].中国教育报，2012-08-24.

Analysis on the Reform of Integrated Talents Cultivation Model of Newly-built Undergraduate Institutions

LIU Zhan-wen， CONG Shu-lin

（Liaoning Science and Technology College， Benxi Liaoning 117004， China）