地下工程中，由于复杂的地质条件和工程结构，会产生很大的应力和变形，而这些应力和变形会直接影响到工程的安全和稳定性。传统的应力和变形监测手段包括应变计、压力计等，但这些方法在监测过程中需要破坏性地对地下工程进行取样和测试，不适用于长期的实时监测。数字孪生技术可以结合无损检测技术，对地下工程的应力和变形进行实时监测，通过将监测数据实时映射到数字孪生模型上，可以进行实时仿真和分析，为工程安全和质量提供保障。
1.3数字孪生的应用领域
近年来，数字孪生在先进制造、智能控制、智能生产等领域已引起学者广泛关注，并在理论研究和实际应用方面取得快速发展，其原因主要在于：
1）以CAx（CAD、CAE、CAM等）和基于物理建模等模型的数字化表达技术得到广泛应用，使得在产品全生命周期各阶段采用数字化方式精确描述物理产品成为可能，其在虚拟空间为数字孪生产品仿真设计及应用提供了关键技术支撑。
2）高性能计算和边缘计算等计算机技术的快速发展，以及机器学习、深度学习等智能优化算法的不断涌现，使动态数据的实时采集、存储和预测成为可能，为虚拟空间和物理空间的实时关联与互动提供了重要的技术支撑。
文献研究提示，CPS、数字孪生技术已广泛应用于智能制造与生产系统，在数字孪生车间、产品数字孪生体和数字孪生健康预测等领域取得了一系列研究成果[21,22,23,24,25]。随着工业互联网、边缘计算、大数据和5G通信等新一代信息技术的兴起与应用，数字孪生技术将面向国家战略，未来在智慧矿山开发与利用、矿山无人化智能开采和智能监控，以及“三深”采矿及其高端装备的远程故障诊断与健康预测应用等方面具有应用潜力。
1.4 数字孪生的发展趋势
工业界正在推进数字孪生（Digital Twin），充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生在智能制造中逐渐孕育出大量新技术和新模式，将推动智能制造和工业互联网的应用和发展。可以预见，数字孪生在未来智能制造、智慧矿山等工业领域将发挥重要的技术引领作用，并逐渐向拟实化、融合化、专业化和智能化方向发展。
1）拟实化。数字孪生体是物理实体在虚拟空间的真实反映，通过拟实化程度（保真度）表征所仿真的数字孪生体逼真程度。模型和数据是评价数字孪生保真度的关键。利用数字孪生模型和孪生数据精确表征、映射真实场景的工况状态、作业进程和系统性能，通过虚拟场景智能监测与监控实现系统的高仿真功能和性能，从而解决采用传统方法预测系统健康状况所存在的时序和几何尺度等问题。
2）融合化。数字孪生与物联网、边缘计算、大数据、AI、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等技术融合是未来的发展趋势，数字孪生作为数字孪生体的使能技术，将通过多源数据与神经网络和机器学习等AI技术融合，实现数字孪生体模型和关键数据的忠实映射、交互反馈与协同控制。数字孪生与VR/AR等融合将是智慧矿山建模与虚拟现实技术未来发展的重要方向。
3）专业化。结构光/激光扫描、CAx等专业化的建模与仿真技术及工具将广泛应用，采用建模和仿真技术实现对全要素、全业务流程的描述、执行、控制和决策。数字孪生技术将通过与物联网、大数据、云计算和5G通信等新一代信息与通信技术的专业化融合，利用深度学习、数据挖掘和机器学习等算法，实现对生产过程的精细化管控、精准化监控与智能优化。
4）智能化。数字孪生作为仿真建模新模式，通过生产对象孪生与特征融合，实现模型的集成和决策支持，并利用机器学习、数据挖掘、边缘计算和AI提升模型重构能力。数字孪生通过物理实体的历史数据与当前传感数据的多源融合、训练学习和迭代优化，实现数字体的学习孪生，并将利用多源数据的融合与人工智能的决策，最终实现自主孪生智能化。
矿山开采的数字孪生
矿山监控的数字孪生
矿山运维的数字孪生