程寶軍 陳躍朋 張?zhí)焐?/p>

（鄭煤集團(tuán)新鄭煤電有限責(zé)任公司，河南 新鄭 451100）

隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)的不斷應(yīng)用與發(fā)展，我國(guó)煤礦信息化水平也在逐步提升，但在煤礦信息化的應(yīng)用過(guò)程中還存在許多問(wèn)題[1-2]。例如：沒(méi)有統(tǒng)一的建設(shè)要求與架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致子系統(tǒng)建設(shè)比較獨(dú)立，重復(fù)建設(shè)；沒(méi)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和接口協(xié)議，導(dǎo)致數(shù)據(jù)共享困難，形成信息孤島；在橫向業(yè)務(wù)上沒(méi)有疏通生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程，導(dǎo)致生產(chǎn)礦圖經(jīng)常通過(guò)交換圖紙進(jìn)行信息更新，造成數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，影響決策分析；在縱向上沒(méi)有充分發(fā)揮GIS 技術(shù)在礦圖管理中的作用，沒(méi)有將設(shè)計(jì)與管理有機(jī)銜接，即各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的礦圖成果不包含屬性信息，導(dǎo)致管理部門(mén)利用礦圖進(jìn)行信息查詢(xún)和綜合集成分析的要求等。

為了解決“信息孤島”“重復(fù)建設(shè)”“缺乏國(guó)家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，信息資源難于共享，缺乏快速聯(lián)動(dòng)”等現(xiàn)狀，煤礦急需一套能夠解決數(shù)據(jù)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)共享的一張圖系統(tǒng)。以新鄭煤電公司為工程背景，提出基于GIS 一張圖與三維空間數(shù)據(jù)智能化礦山管控系統(tǒng)建設(shè)，解決煤礦自動(dòng)化與信息化的深度融合，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)數(shù)據(jù)的共享與聯(lián)動(dòng)，為礦井智能化建設(shè)與智慧化應(yīng)用提供了良好的應(yīng)用，不僅提高了礦井安全保障及智能化應(yīng)用水平，同時(shí)通過(guò)各自動(dòng)化子系統(tǒng)的集中管控，為礦井減人提效奠定了基礎(chǔ)，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和安全效益。

1 工程概況

河南省新鄭煤電有限責(zé)任公司屬鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司直管骨干礦井，核定生產(chǎn)能力為300 萬(wàn)t/a。礦井井田東西最寬4.60 km，南北最長(zhǎng)13.5 km，井田面積48.961 3 km2。主采二1 煤層，平均煤厚5.5 m，傾角3°～15°，采煤工藝為綜合機(jī)械化放頂煤。礦井采用立井單水平上、下山開(kāi)拓方式，其中主井垂深463 m，副井垂深488 m，西風(fēng)井垂深281.5 m，北風(fēng)井垂深258.5 m。礦井采用兩翼對(duì)角式通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式，由主、副井進(jìn)風(fēng)，北、西風(fēng)井回風(fēng)。

目前新鄭煤電已建成辦公網(wǎng)、4G無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)、萬(wàn)兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)和綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，完成了安全監(jiān)測(cè)、人員定位、瓦斯抽采、水文監(jiān)測(cè)等監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度通信、應(yīng)急廣播等通信系統(tǒng)的升級(jí)改造。同時(shí)完成礦井綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)皮帶、壓風(fēng)、提升等系統(tǒng)的集中控制，搭建統(tǒng)一工業(yè)視頻平臺(tái)和新鄭煤電App。但在礦井自動(dòng)化建設(shè)、安全監(jiān)測(cè)類(lèi)系統(tǒng)建設(shè)與視頻監(jiān)控類(lèi)系統(tǒng)建設(shè)上都建立很多子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)都是獨(dú)立的，系統(tǒng)間缺乏數(shù)據(jù)融合與聯(lián)動(dòng)、數(shù)據(jù)共享與交換、大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用，特別是基于位置服務(wù)的聯(lián)動(dòng)應(yīng)用。

2 一張圖系統(tǒng)概況及基本架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)概況

一張圖是以礦井采掘工程平面圖和地面工業(yè)廣場(chǎng)圖為底圖，融合各專(zhuān)業(yè)圖紙，實(shí)現(xiàn)一張圖上查看、管理各類(lèi)礦圖及各類(lèi)信息。一張圖包括：綜合一張圖、地測(cè)一張圖、安全一張圖、通防一張圖、機(jī)電系統(tǒng)一張圖等專(zhuān)題圖，各個(gè)圖層可以任意選擇；把與礦井生產(chǎn)有關(guān)的人員、設(shè)施、設(shè)備及環(huán)境等生產(chǎn)運(yùn)行信息在一張圖上進(jìn)行展示，在一張圖上可以調(diào)取井上下所有地點(diǎn)視頻畫(huà)面、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及故障報(bào)警、區(qū)域人員、安全隱患、安全監(jiān)控、水文測(cè)點(diǎn)等信息，形成全礦井綜合生產(chǎn)信息一張圖的綜合應(yīng)用[3-4]。

基于GIS 一張圖與三維空間數(shù)據(jù)智能化礦山管控系統(tǒng)是以綜合一張圖為基礎(chǔ)，建立智慧礦區(qū)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，采用最新的空間信息、云計(jì)算平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，面向新鄭煤電公司建立綜合一張圖、共享云服務(wù)、新型安全管理體系及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同調(diào)度、集中管控及科學(xué)決策。

2.2 整體技術(shù)架構(gòu)

基于GIS 一張圖與三維空間數(shù)據(jù)智能化礦山管控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知層是通過(guò)各個(gè)分站及移動(dòng)設(shè)備集中采集井上下現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、自動(dòng)化生產(chǎn)信息等各類(lèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息[5]。

（2）傳輸層

井下采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)、視頻環(huán)網(wǎng)、4G 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行統(tǒng)一傳輸。

（3）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層就是按照標(biāo)準(zhǔn)將感知層采集的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)。

（4）平臺(tái)支撐層

平臺(tái)支撐層是根據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)信息及業(yè)務(wù)需求，提供相對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)應(yīng)用與分析服務(wù)。

3 礦井一張圖及管理平臺(tái)建設(shè)

礦井一張圖及管理平臺(tái)建設(shè)是整個(gè)基于GIS 一張圖與三維空間數(shù)據(jù)智能化礦山管控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要包括礦井一張圖基礎(chǔ)建設(shè)、一張圖管理平臺(tái)研發(fā)以及全息一張圖服務(wù)[6-7]。

3.1 礦井一張圖建設(shè)

礦井一張圖是一個(gè)集空間數(shù)據(jù)（含圖層數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)、共享、獲取、更新的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，是基于設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)基礎(chǔ)上，提供空間數(shù)據(jù)管理、圖層配置應(yīng)用的數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)。其應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 一張圖應(yīng)用結(jié)構(gòu)

3.2 管理平臺(tái)建設(shè)

礦井GIS 一張圖管理平臺(tái)的核心是二三維一體化的位置服務(wù)。在此基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)綜合服務(wù)平臺(tái)、GIS 平臺(tái)、協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)和協(xié)同管理平臺(tái)提供的工具，礦井一張圖管理平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)一張圖集成融合、協(xié)同設(shè)計(jì)、管理和決策分析。其基礎(chǔ)功能主要有交互展示、信息數(shù)據(jù)管理和更新、二維GIS、三維GIS 以及諸如報(bào)警聯(lián)動(dòng)與安全態(tài)勢(shì)分析等各類(lèi)分析功能。

4 系統(tǒng)應(yīng)用及效果分析

4.1 系統(tǒng)應(yīng)用情況

自系統(tǒng)建成應(yīng)用5 個(gè)月以來(lái)，系統(tǒng)登錄次數(shù)約13 000 人次，主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)總操作頻次約14 萬(wàn)次；主要業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)（生產(chǎn)、安全類(lèi)）新增量為65萬(wàn)多條，其中安全管理40 560 條、一通三防1326 條、機(jī)電運(yùn)輸11 023 條、生產(chǎn)技術(shù)2784 條、調(diào)度管理7012 條、地測(cè)防治水2475 條；監(jiān)測(cè)類(lèi)（安全監(jiān)測(cè)、人員定位、水文等）數(shù)據(jù)采集量為1378 萬(wàn)條；功能涉及到各個(gè)模塊，數(shù)據(jù)涵蓋地測(cè)、生產(chǎn)、調(diào)度、機(jī)電、通防、安全、經(jīng)營(yíng)、后勤等各專(zhuān)業(yè)。上述大量數(shù)據(jù)的集成、規(guī)范、匯總，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)大數(shù)據(jù)融合分析應(yīng)用。

4.2 應(yīng)用效果分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益

新鄭煤電公司基于GIS 一張圖與三維空間數(shù)據(jù)智能化礦山管控系統(tǒng)為礦井安全生產(chǎn)管理工作提供先進(jìn)的信息化平臺(tái)，將大量孤立、分散的獨(dú)立子系統(tǒng)進(jìn)行了集成，實(shí)現(xiàn)礦井從上到下、礦井內(nèi)部各部門(mén)之間的數(shù)據(jù)的來(lái)源唯一、自由流轉(zhuǎn)、協(xié)同共享。消除人為誤差，提高了決策的準(zhǔn)確性和可靠性，工作效率得到大幅度提高，同時(shí)也大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）社會(huì)效益

新鄭煤電公司基于GIS 一張圖與三維空間數(shù)據(jù)智能化礦山管控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，基于綜合三維空間數(shù)據(jù)、交互式的管理理念，建成全礦井一體化的新型智能管控系統(tǒng)，大幅度提高煤礦安全生產(chǎn)管理水平和工作效率，保障礦井的安全高效生產(chǎn)。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了煤礦現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)管理中的地測(cè)防治水、生產(chǎn)調(diào)度、安全信息監(jiān)測(cè)監(jiān)控、生產(chǎn)自動(dòng)化、管理決策等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在礦井內(nèi)部的橫向與縱向流通，并依據(jù)三維空間數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了礦井安全生產(chǎn)智能診斷模型、安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析模型、預(yù)警報(bào)警分析等模型的建立，使礦井安全生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)了集中控制、協(xié)同調(diào)度管理，為礦井領(lǐng)導(dǎo)層正確決策提供科學(xué)依據(jù)，為礦井的安全生產(chǎn)提供了有力保障，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)新鄭煤電的智慧礦山建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有良好的社會(huì)效益。

5 結(jié)論

（1）“基于GIS 一張圖與三維空間數(shù)據(jù)智能化礦山管控系統(tǒng)”項(xiàng)目是新鄭煤電公司安全生產(chǎn)管理的支撐平臺(tái)，基于大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式協(xié)同GIS 一張圖、透明化礦山等技術(shù)，將煤礦各部門(mén)涉及生產(chǎn)、安全、經(jīng)營(yíng)等信息系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，統(tǒng)計(jì)分析評(píng)估安全生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)狀況，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)，建成全礦一體化管控的新型安全生產(chǎn)管理體系。

（2）基于GIS 一張圖與三維空間數(shù)據(jù)智能化礦山管控系統(tǒng)，已經(jīng)基本解決新鄭煤電公司智慧礦山建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)問(wèn)題，為其他生產(chǎn)礦井的推廣應(yīng)用積累了技術(shù)基礎(chǔ)和建設(shè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，解決了高度一體化管控的智能煤礦、智慧礦山建設(shè)的部分關(guān)鍵問(wèn)題，為領(lǐng)導(dǎo)層正確決策提供科學(xué)依據(jù)，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。