解决方案

1、智慧矿山概念

    综合分析,我们认为智慧矿山是:(1)将矿井生产技术管理、设计、调度、专家分析以及运营管理实现统一的数据管理与应用服务,基于地理空间、工作流、组态等构建智慧矿山协同管控平台(CGIS、MES、CMIS),实现各类专业业务的协同设计、信息化管理、综合调度与智能分析;(2)基于智慧矿山协同管控平台与一张图理念(采掘工程图)高度集成安全监测传感器(瓦斯、风速、风压、粉尘、矿压、人员定位)、生产过程控制及其辅助设备(采掘系统、通风系统、排水系统、主煤流系统、洗选系统、辅助运输与辅助生产等)、视频监控、储量变化、回采掘进等安全、生产与监控信息,实现安全生产动态管理、集中管控、预警联动、专家决策和大数据应用分析等。

智慧矿山建设本着整合资源、节约成本、提升管理的理念,主要涵盖三个层次。

(1)监控、分析、整合:矿山运行核心系统的各项关键信息(地质、测量、安全、生产、调度、自动化、瓦斯监测、视频监控、人员定位、水文监测等)的整合与共享。

(2)智能响应应急联动:以集控与数据融合为基础,实现矿井灾害智能分析与预警联动,杜绝安全事故。

(3)矿山管理新模式:以数据与集控等为基础,基于智慧矿山管控体系,以高度集成、智能分析为主要特征的闭环管控、责任明确。

    最终,将埋藏在地表以下的矿山实体(如:巷道、工作面、构造、作业设备、人员等)及其状态(如:传感器信息、采煤机状态、掘进机状态、人员状态、主煤流设备状态、供电状态、排水系统状态等)基于地理空间位置构建智慧矿山协同管控平台展现在用户(技术人员、业务管理人员、管理决策人员以及相关领导)面前;同时接入与集成所有相关信息(即空间位置间接有关的相对变动的信息,如监测传感器、自动化设备、人员定位管理、视频监控管理、束管监控管理、矿压监控管理、储量动态管理、掘进、回采等),实现矿井企业的生产过程自动化、安全监控数字化、企业管理信息化、信息管理集约化、安全管理智慧化。即实现数据(控制数据、管理数据)、视频(井上、井下监控图像)、语音(煤矿与外界、煤矿井下与井上)的全数字化传输与管理,实时跟踪与监测井下安全生产监测系统与煤矿动态开采生产过程系统的安全,实现基于采掘工程二维图或者三维立体图实现矿井安全生产信息与采掘工程、地质环境、采掘状态的动态关联、综合化管理、自动化管理与智慧化管理等,达到人员管理、监测监控、视频监控与自动化监控等位置化联动服务与应用。

    智慧矿山的总体目标如图所示。

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2、智慧矿山整体架构

智慧矿山建设要本着“高起点、高效率”的原则,以安全生产管理、控制与突发事件的事前防范、事中处理、事后分析提供有效的技术支持为基本要求,切实加强煤矿的安全生产保障能力和应急处置能力

智慧矿山建设以地理信息系统平台为载体,综合集成生产自动化子系统、安全生产监测监控子系统、人员定位管理系统、设备定位与管理子系统、视频监控子系统、顶板压力监控子系统等多个安全、生产与自动化应用子系统,通过上层综合管理系统的统一协调实现各子系统间的资源共享、信息融合与互通,从而达到管理便捷性、数据直观性,实现各安全生产应用子系统之间的智能化联动管控和处置突发事件的应急指挥。同时站在煤矿安全生产保障与运行管理的高度,充分利用计算机和网络技术手段,实现对煤矿安全防范的集中管理,从根本上提升煤矿安全生产的全方位防范能力,提高煤矿安全防范的整体联动响应能力和智能管理程度,最终实现煤矿内各安全生产应用子系统集中管理、资源共享、统筹调度,形成基于GIS的智慧矿山综合管控统一大平台局面。

智慧矿山建设的整体架构完全遵从智慧矿山整体规划、分布实施”的建设思路, 元图智慧科技团队秉承“专业、先进、实用、灵活”的设计理念,结合煤炭行业特点、智慧矿山应用与发展趋势,基于统一的智慧矿山管控体系,采用CAD、GIS、组态等技术开发专业的智慧矿山协同综合管控平台,可形成涵盖从技术层到辅助决策层的各个级别的应用产品,可分级、分专业、基于工作流实现协同设计、安全生产管理、综合调度、集中管控、经营管理、专家决策与大数据应用分析等应用与服务。进而实现多专业、多部门的协同应用、移动互联与联动报警,通过“构建智慧矿山、整合信息资源”可为智慧矿山深层数据挖掘应用提供信息资源。如:采掘工程一张图共享与协作、灾害预警与应急联动。

整体架构如图所示。

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智慧矿山整体架构主要包括感知层、传输层、数据层、平台层、应用层和展现层。

(1)感知层:主要从智能传感器、通用智能分站上统一协议,实现安全监测监控类子系统、生产控制类子系统的集成融合与智能联动,比如瓦斯电闭锁联动控制等。

(2)传输层:除安全监测子系统独立组网外,其他系统均采用现场总线融合组网模式,实现网络资源的统一协议,进而高效可靠,比如无线通讯、调度通讯与4G实现融合。

3)数据层:在数据资源上采用统一标准、统一接口实现数据的共享交换,开发统一的矿山综合数据服务平台实现数据接入、数据整合、数据存储、数据共享与交换的无缝衔接,构建矿山云数据中心。基于矿山云数据中心与专业应用模型,实现数据采集、数据存取、数据推送、数据共享与交换以及大数据分析,构建矿山数据综合服务平台。

4)平台层:在技术资源上采用统一接口、支撑应用层的各类应用服务。基础支撑平台包括二维GIS平台、三维GIS平台、协同设计平台与协同管理平台。应用支撑平台主要是矿山“一张图”协同平台。

1)二维GIS平台:基于GIS+CAD实现,具有专业地图数据与属性数据的采集、输入、存储、检索、查询与空间分析等功能。主要由数据导入与导出、数据输入与输出、基本绘图、地图编辑、专业地图处理、空间处理分析等组成,为矿井构建三维虚拟环境提供基础数据支撑。

2)三维GIS平台:以三维采掘工程图为基础,在三维场景中可直接绘制巷道或利用数据直接生成巷道,或导入CAD图形生成巷道,实现巷道与测量系统的交互应用,可集成矿山类的安全监测监控、人员定位、顶板压力监控、视频监控与自动化控制等系统实现数据展示、数据分析与位置服务,并实现场景的三维可视化、综合集成、智能管控与报警联动。平台可以直接打开CAD格式图,以三维可视化的方式显示巷道,并提供了专业的绘制与编辑功能。用户可以通过拖动方式,将各种构筑物模型和传感器设备模型等拖到场景中,快速构建虚拟场景,提供放大缩小、旋转、漫游等方便的三维场景操作功能。

3)协同设计平台:基于GIS技术实现“统一数据库”、“一张图管理”、“分布式协同工作”,完成地质、测量、通风、机电、生产、调度、安全监测等部门的图形一体化协同设计与同步更新。

4)协同管理平台:基于网络、工作流与WebGIS等技术实现矿井地质、测量、采掘、通防、机电、调度、安全等专业业务的协同管理与即时通讯。

(5)应用层:主要面向矿井生产管理与调度(智能管调)、生产过程控制管理(智能监控)、矿井安全监测监控(矿井安全)和日常经营管理(运营管理)实现各类信息化应用,同时可基于智能终端实现移动互联应用与服务。最终实现应用资源的集成融合、智能联动与动态扩展,真正做到用数据管理、用数据决策和用数据服务。

(6)展现层:可基于调度大屏、PC和智能终端实现各类应用展现。

    总之,智慧矿山智能管控平台是在不同层面上通过对各子系统的综合集成、纵向贯通、横向关联、融合创新,形成企业的安全、生产、经营、管理的综合性管控平台,智慧矿山智能管控平台可整体运行,子系统也可独立运行,平台与子系统在运行上互不影响,但在数据上是集中管理。