馬麗芳

(霍州煤電(集團(tuán))公司 技術(shù)中心 ，山西 霍州 031400)

1 背景概況

霍州煤電集團(tuán)三交河礦通過近年來“兩化融合”建設(shè)，逐漸提高了礦井信息化管理水平，在大量的自動化、高效率綜合自控與監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的同時，涌現(xiàn)出新的管理難題，面臨著新的挑戰(zhàn):

1)礦井信息化建設(shè)系統(tǒng)涉及企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行、經(jīng)營管理、決策支持等各個層面，專業(yè)系統(tǒng)多，數(shù)據(jù)量大，但難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效共享，進(jìn)而形成“信息孤島”的局面，難以發(fā)揮預(yù)期作用。

2)生產(chǎn)系統(tǒng)龐大復(fù)雜，難以直觀有效調(diào)度。目前，礦井實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、產(chǎn)量、瓦斯等各類信息實(shí)時監(jiān)測信息，但表現(xiàn)形式單一，難以滿足對井上、井下生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)過程直觀監(jiān)視、快速調(diào)度的需要。

3)礦井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計業(yè)務(wù)涉及業(yè)務(wù)面廣，類型復(fù)雜，統(tǒng)計工作存在著統(tǒng)計指標(biāo)多、數(shù)據(jù)量大，統(tǒng)計方式僅表現(xiàn)為日報、月報、年報、統(tǒng)計年鑒等，缺乏統(tǒng)計工作細(xì)化性和專業(yè)性的工具，無法使統(tǒng)計信息得到深層次綜合、分析、提煉、挖掘，更難以達(dá)到安全生產(chǎn)的超前預(yù)知、預(yù)判。

4)日常監(jiān)管模式單一，需要打造新型管理手段。三交河煤礦調(diào)度中心已實(shí)現(xiàn)對安全生產(chǎn)的全面監(jiān)控，但只能通過計算機(jī)、大屏幕等方式展示給值班人員，需要建立更為靈活的移動網(wǎng)絡(luò)辦公模式。

2 系統(tǒng)建設(shè)理念

引入礦山專用3DGIS技術(shù)，與虛擬仿真技術(shù)相融合，突破傳統(tǒng)信息化建設(shè)的數(shù)據(jù)組織方式，構(gòu)建了全息化的數(shù)據(jù)綜合管控一體化平臺—“E礦山管理平臺”，進(jìn)行真實(shí)現(xiàn)場可視化、數(shù)據(jù)聚合沉淀、業(yè)務(wù)支撐與決策系統(tǒng)重構(gòu)等3個層次的信息化架構(gòu)改造，形成具有本礦特色的全息化數(shù)字礦山建設(shè)方法。數(shù)字化礦山建設(shè)理念示意圖見圖1.

圖1 數(shù)字化礦山建設(shè)理念示意圖

1)通過引入3DGIS架構(gòu)的平臺技術(shù)，建立實(shí)時數(shù)據(jù)與海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的銜接平臺，將礦山地形地貌、井巷工程、地質(zhì)構(gòu)造等客觀空間構(gòu)造在平臺中真實(shí)再現(xiàn)，同時將各類實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備信息、人員信息等植入系統(tǒng)，并還原和建立上述數(shù)據(jù)之間的異構(gòu)型關(guān)聯(lián)邏輯，從而構(gòu)建了能夠真實(shí)反映復(fù)雜生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境安全狀態(tài)、人員設(shè)備實(shí)時狀態(tài)等的虛擬現(xiàn)實(shí)礦井。

2)利用現(xiàn)代系統(tǒng)工程管理方法，分析礦山生產(chǎn)與安全兩個主體業(yè)務(wù)的管理需求以及需要數(shù)字化感知的要素，研發(fā)了現(xiàn)有多種類型、多源數(shù)據(jù)的整合集成接口技術(shù)和數(shù)據(jù)規(guī)范，建立礦山企業(yè)數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)聚合池，實(shí)現(xiàn)了一個平臺統(tǒng)一管控的數(shù)據(jù)應(yīng)用模式。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 建立真實(shí)全息場景

圍繞礦井井上、下三維地質(zhì)信息、設(shè)備生命周期環(huán)節(jié)信息、井上、下工程建設(shè)信息、生產(chǎn)工藝信息等客觀固有的靜態(tài)與緩變基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的采集和可視化呈現(xiàn)。

1)礦區(qū)地表及周邊三維地形地貌構(gòu)建。

以礦區(qū)邊界為參照，建立該范圍內(nèi)真實(shí)的三維地形地貌，礦區(qū)內(nèi)采用高精度的衛(wèi)星遙感影像，配合一定比例的地形數(shù)據(jù)，生成礦區(qū)地表的真實(shí)地景。礦區(qū)周邊一定范圍內(nèi)，采用低分辨率的衛(wèi)星遙感影像，配合使用一定比例的地形數(shù)據(jù)，生成更大范圍的地景遙感影像。上述不同區(qū)域所采用不同精度的影像數(shù)據(jù)在整個系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)無縫融合。高精度正射影像生成的三維地形地貌圖見圖2.

圖2 高精度正射影像生成的三維地形地貌圖

2)礦山井上下建設(shè)與設(shè)備三維再現(xiàn)。

對三維場景中的所有建筑和設(shè)備的屬性進(jìn)行信息收集并將各類靜態(tài)數(shù)據(jù)等植入三維場景中，系統(tǒng)重現(xiàn)真實(shí)的安全生產(chǎn)作業(yè)場景，并提供設(shè)備管路、井巷工程、監(jiān)測監(jiān)控、工藝流程等重要信息的查詢定位、編輯更新功能。設(shè)備設(shè)施三維可視化圖見圖3，井巷工程三維可視化圖見圖4.

圖3 設(shè)備設(shè)施三維可視化圖

圖4 井巷工程三維可視化圖

3)建立基于勘探數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)構(gòu)造模型。

采用高精度地質(zhì)建模技術(shù)、多層地質(zhì)表現(xiàn)及融合技術(shù)，將礦井地測數(shù)據(jù)(如:鉆孔、勘探線、煤層等高線等信息)收集整合后建立基礎(chǔ)三維地質(zhì)構(gòu)造。同時將礦井內(nèi)的異常地質(zhì)構(gòu)造(如:斷層、陷落柱、積水區(qū)等信息)進(jìn)行真實(shí)位置還原，實(shí)現(xiàn)礦井真實(shí)空間地質(zhì)構(gòu)造解析和展示。礦體圍巖與地質(zhì)構(gòu)造三維剖切查看示意圖見圖5.

圖5 礦體圍巖與地質(zhì)構(gòu)造三維剖切查看示意圖

3.2 以3DGIS為支撐體系進(jìn)行全面數(shù)據(jù)整合

通過系統(tǒng)平臺建設(shè)，實(shí)現(xiàn)與安全監(jiān)測、礦壓監(jiān)測、水文監(jiān)測、束管監(jiān)測等系統(tǒng)的集成，并將感知信息動態(tài)反映到三維場景中，實(shí)現(xiàn)技術(shù)管理人員對重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行可視化分析、排查;建立統(tǒng)一信息管控平臺，將整合的感知數(shù)據(jù)按業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)邏輯分類，建立數(shù)據(jù)聚合池，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索、分析、發(fā)布。集成礦壓監(jiān)測后的頂板動態(tài)監(jiān)測界面示意圖見圖6，三交河煤礦統(tǒng)一管控平臺業(yè)務(wù)導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖見圖7.

圖6 集成礦壓監(jiān)測后的頂板動態(tài)監(jiān)測界面示意圖

圖7 三交河礦統(tǒng)一管控平臺業(yè)務(wù)導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖

3.3 建立生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合調(diào)度系統(tǒng)

基于集成的現(xiàn)有各監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，圍繞礦山生產(chǎn)相關(guān)的各環(huán)節(jié)，將各類分散的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合集成形成一體化的調(diào)度管控界面，直觀且明了地讓使用者了解到各類監(jiān)控的重要信息;將原煤產(chǎn)量、精煤產(chǎn)量、掘進(jìn)進(jìn)尺、一線生產(chǎn)數(shù)據(jù)、人員信息等生產(chǎn)調(diào)度重點(diǎn)關(guān)注的數(shù)據(jù)以簡潔、直觀的方式呈現(xiàn)給決策者，對計劃和實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)量進(jìn)行對比，通過多種對比方式，以柱狀圖、餅狀圖的形式來反映計劃完成情況，對產(chǎn)量偏離過大的數(shù)據(jù)進(jìn)行突出顯示;對人均生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本等經(jīng)營管理高度關(guān)注的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和分析，并提供歷史曲線查詢等各類分析功能。集各類分散實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)于一體的調(diào)度管控界面示意圖見圖8.

4 實(shí)施效果

1)全息化數(shù)字礦山管理平臺將分散在企業(yè)內(nèi)不同部門、不同類型業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的大量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合起來，已經(jīng)逐步改變了原有的部分工作模式，提高了部門間信息共享的程度，可以為生產(chǎn)決策和指揮提供更為直觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

圖8 調(diào)度管控界面示意圖

2)通過對生產(chǎn)調(diào)度信息的三維可視化管理，將生產(chǎn)調(diào)度各部門的信息高度集成，并接入各類實(shí)時數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了跨系統(tǒng)的信息共享，真正起到預(yù)測預(yù)警和專家輔助分析作用。

3)全息化數(shù)字礦山管理平臺通過全息化生產(chǎn)技術(shù)構(gòu)建可視化的礦山巷道及周邊場景，并集成設(shè)備設(shè)施、區(qū)域、工藝等真實(shí)的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)，突發(fā)事件下能很好地解決管理者直覺感官獲取信息不足的難題，以真實(shí)場景、真實(shí)數(shù)據(jù)和災(zāi)情全息再現(xiàn)的形式為管理者提供決策依據(jù)。

4)通過構(gòu)建三維可視化場景和數(shù)據(jù)平臺，為后續(xù)其他應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口和現(xiàn)實(shí)界面，形成信息化建設(shè)統(tǒng)一整合平臺。

5)系統(tǒng)能夠綜合各類信息進(jìn)行決策支持，在進(jìn)行生產(chǎn)問題磋商和決策時可以快速提供相關(guān)各類資料和準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持和依據(jù)，提升管理效率50%以上。

5 結(jié)論

全息化數(shù)字管理平臺在三交河礦管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，使礦區(qū)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，解決了礦區(qū)內(nèi)部各層面數(shù)據(jù)無法共享所產(chǎn)生的“信息孤島”的問題，改變了以往利用文字、報表等監(jiān)測生產(chǎn)進(jìn)度的傳統(tǒng)形式，通過引入3DGIS架構(gòu)的平臺技術(shù)，建立實(shí)時數(shù)據(jù)與海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的銜接平臺，將礦山地表設(shè)施、地形地貌、井巷工程、礦體圍巖、地質(zhì)構(gòu)造等客觀空間構(gòu)造在平臺中真實(shí)再現(xiàn)，同時將各類實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備信息、人員信息、管理信息等植入系統(tǒng)，并還原和建立上述數(shù)據(jù)之間的異構(gòu)型關(guān)聯(lián)邏輯，從而構(gòu)建了能夠真實(shí)反映復(fù)雜生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境安全狀態(tài)、人員設(shè)備實(shí)時狀態(tài)等的虛擬現(xiàn)實(shí)礦井。建議全行業(yè)積極推廣應(yīng)用該信息處理平臺，以提高全行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平。

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