張 鵬

（國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)公司信息管理中心，陜西 榆林 719315）

隨著國(guó)家信息化與工業(yè)化兩化深度融合的不斷深入，著力建設(shè)智能化礦井和智能化礦區(qū)，真正走出中國(guó)特色新型工業(yè)化道路。智能化礦山建設(shè)是在數(shù)字礦井建設(shè)的整體框架下，采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)和裝備，借助于大數(shù)據(jù)的前沿技術(shù)，構(gòu)建智能礦山大數(shù)據(jù)體系，使得“人機(jī)料法環(huán)”互聯(lián)互通，精確分析，精準(zhǔn)指導(dǎo)，建成一個(gè)能用、實(shí)用、管用、高效運(yùn)行的智能化礦井，實(shí)現(xiàn)礦井“管、控、營(yíng)”一體化，實(shí)現(xiàn)礦井安全可靠化、管理高效化、成本最小化、效益最大化。為煤礦安全、高效、綠色、智能生產(chǎn)提供參考依據(jù)[1]。

1 研究的背景和意義

（1）研究的背景。十九大報(bào)告明確提出加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，以創(chuàng)新為根本動(dòng)力，不斷提高技術(shù)水平、科研水平和信息化水平，為建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字強(qiáng)國(guó)提供有力支撐。推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，在創(chuàng)新引領(lǐng)、綠色低碳、智能制造等領(lǐng)域培育新增長(zhǎng)點(diǎn)、形成新動(dòng)能。煤礦和非煤企業(yè)在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的推動(dòng)下同樣會(huì)面臨前所未有的壓力。為進(jìn)一步降本增效、提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，神東必須登高望遠(yuǎn)、領(lǐng)跑領(lǐng)先，推動(dòng)公司更高質(zhì)量、高效率、可持續(xù)地發(fā)展、為國(guó)家能源集團(tuán)打造具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的世界一流綜合能源集團(tuán)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

（2）研究的意義。當(dāng)前，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、虛擬現(xiàn)實(shí)、無(wú)人駕駛、人工智能等新一代信息技術(shù)發(fā)展日趨成熟，正在向更多領(lǐng)域滲透，不斷推動(dòng)傳統(tǒng)行業(yè)的智能化智慧化轉(zhuǎn)型。神東集團(tuán)需要結(jié)合應(yīng)用需求進(jìn)一步加大新技術(shù)引入力度，在智能工作面、快速掘進(jìn)、礦用卡車(chē)無(wú)人駕駛、礦用機(jī)器人、智能一體化應(yīng)用平臺(tái)等方面加強(qiáng)科技研發(fā)投入，建立智能礦山大數(shù)據(jù)體系，深度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值共享，推進(jìn)智能化進(jìn)程，全面推動(dòng)集團(tuán)煤炭板塊產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)和生產(chǎn)力水平的整體躍升，最終建成安全、高效、智能、綠色的世界一流煤礦，公司實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

2 井工礦智能礦山大數(shù)據(jù)體系的構(gòu)建

礦山行業(yè)的大數(shù)據(jù)分析是利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)分析算法來(lái)進(jìn)行計(jì)算與處理的。主要分析煤礦智能化、生產(chǎn)安全化、決策合理化等方面內(nèi)容，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)建立和數(shù)據(jù)共享平臺(tái)搭建實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)及應(yīng)用系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，利用類(lèi)似傳感器等智能裝備對(duì)煤礦所建立的物理世界進(jìn)行感知與交互，從而使井下與地面建立起圖形化交互機(jī)制，進(jìn)而對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)達(dá)到科學(xué)決策、精準(zhǔn)分析、有效預(yù)測(cè)的目的[2]。

（1）井工礦智能礦山大數(shù)據(jù)模型。根據(jù)礦井實(shí)際情況，智能化礦井建設(shè)結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)包括：基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)建設(shè)、經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)建設(shè)、安全智能決策系統(tǒng)建設(shè)等。對(duì)應(yīng)建立大數(shù)據(jù)模型架構(gòu)，分為數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)匯聚層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)價(jià)值層，形成智能礦山大數(shù)據(jù)模型。①數(shù)據(jù)接入層。包括各類(lèi)智能傳感器和智能分站等設(shè)備，設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)中，通過(guò)智能傳感器感知，將產(chǎn)生的各類(lèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)不斷的進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)人員、設(shè)備、環(huán)境智能化感知、可視化監(jiān)控、精準(zhǔn)定位。是各類(lèi)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生區(qū)域，也是數(shù)據(jù)價(jià)值的來(lái)源地。②數(shù)據(jù)傳輸層。傳輸層采用以太網(wǎng)技術(shù)，融合井上下千兆/萬(wàn)兆工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、礦山4G/WIFI 網(wǎng)絡(luò)等由工業(yè)環(huán)網(wǎng)與信息網(wǎng)組成，采用網(wǎng)閘加防火墻技術(shù)進(jìn)行安全隔離。整個(gè)礦井采用有線和無(wú)線結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)覆蓋。將數(shù)據(jù)感知層數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，傳導(dǎo)。主要包括生產(chǎn)環(huán)境在線檢測(cè)數(shù)據(jù)、綜合自動(dòng)化數(shù)據(jù)、其他生產(chǎn)指揮信息采集數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)井上下多數(shù)據(jù)的傳輸調(diào)用，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度、互聯(lián)互通。是數(shù)據(jù)價(jià)值的流通區(qū)域。③數(shù)據(jù)匯聚層。匯聚層通過(guò)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，形成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，建立數(shù)據(jù)分類(lèi)及標(biāo)準(zhǔn)體系，通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，將數(shù)據(jù)ETL 后進(jìn)行模塊化。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)抽取和共享。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域，是數(shù)據(jù)價(jià)值的收藏區(qū)域，也是大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)層。④數(shù)據(jù)分析層。分析層是將匯聚層的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)抽取，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析工具，利用大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)Hadoop 平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)分析算法。⑤數(shù)據(jù)價(jià)值層。價(jià)值層是通過(guò)分析層的結(jié)果，將其結(jié)果通過(guò)控制層、傳輸層達(dá)到執(zhí)行層，完成對(duì)設(shè)備的控制、礦體的空間形態(tài)和屬性的動(dòng)態(tài)修正。通過(guò)專(zhuān)家決策，對(duì)智能礦山實(shí)現(xiàn)監(jiān)控控制、優(yōu)化排程、物資調(diào)運(yùn)等功能。是數(shù)據(jù)的利用區(qū)域，數(shù)據(jù)價(jià)值的應(yīng)用區(qū)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)化原則

（2）智能礦山大數(shù)據(jù)分析決策平臺(tái)。面對(duì)礦山智能化建設(shè)的增速，目前神東已經(jīng)積累了大量的生產(chǎn)及管理數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、信息孤島嚴(yán)重、數(shù)據(jù)管控體系不完善以及人才和分析平臺(tái)缺乏的挑戰(zhàn)，為了有效的挖掘數(shù)據(jù)，找到數(shù)據(jù)潛藏的價(jià)值，為安全生產(chǎn)提供決策依據(jù)。按照基于大數(shù)據(jù)的智能礦山建設(shè)模型，建設(shè)智能礦山數(shù)據(jù)分析決策平臺(tái)，主要包括：建立數(shù)據(jù)分類(lèi)體系、制定共享數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)平臺(tái)；搭建數(shù)據(jù)共享、分析平臺(tái)。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)完全遵循據(jù)編碼和分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，僅在集團(tuán)主數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系不涵蓋的業(yè)務(wù)領(lǐng)域進(jìn)集團(tuán)的主數(shù)行擴(kuò)展，擴(kuò)展過(guò)程中使用相同的編碼規(guī)則。如圖1 所示。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化所涉及到的主要內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)、模型標(biāo)準(zhǔn)、編碼標(biāo)準(zhǔn)、ETL 標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、安全管理標(biāo)準(zhǔn)、生命周期標(biāo)準(zhǔn)。

建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)平臺(tái)。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是決策支持系統(tǒng)（dss）和聯(lián)機(jī)分析應(yīng)用數(shù)據(jù)源的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)環(huán)境，是在數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)大量存在的情況下，為了進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)資源、為了決策需要而產(chǎn)生的，它并不是所謂的“大型數(shù)據(jù)庫(kù)”。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建設(shè)的目的，是為前端查詢和分析作為基礎(chǔ)，由于有較大的冗余，所以需要的存儲(chǔ)也較大，為了更好地為前端應(yīng)用服務(wù)。

建立神東統(tǒng)一生產(chǎn)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式、統(tǒng)一源頭、集中存儲(chǔ)。提供與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)自動(dòng)抽取數(shù)據(jù)功能，梳理各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的關(guān)系，明確業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)邊界，并保證數(shù)據(jù)的一致性；為各類(lèi)數(shù)據(jù)的重復(fù)利用提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用及開(kāi)發(fā)接口；對(duì)歷史數(shù)據(jù)提供即席查詢、統(tǒng)計(jì)分析，人機(jī)界面，打印各種形式的報(bào)表。

3 結(jié)論

礦產(chǎn)行業(yè)大數(shù)據(jù)前景明朗，企業(yè)將對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行全面應(yīng)用，大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)，都是解決未來(lái)煤炭行業(yè)兩化融合的關(guān)鍵性問(wèn)題，是煤炭行業(yè)實(shí)現(xiàn)升級(jí)發(fā)展的必經(jīng)之路。如何把煤采好，采得更安全、更高效、更清潔、更智能是煤炭行業(yè)未來(lái)的發(fā)展落腳點(diǎn)，智能礦山大數(shù)據(jù)體系的構(gòu)建必將助力神東更快地邁向數(shù)字和智能化開(kāi)采。