程寶軍 陳躍朋 張?zhí)焐?/p>

（鄭煤集團新鄭煤電有限責任公司，河南 新鄭 451100）

隨著網(wǎng)絡化、信息化技術的不斷應用與發(fā)展，我國煤礦信息化水平也在逐步提升，但在煤礦信息化的應用過程中還存在許多問題[1-2]。例如：沒有統(tǒng)一的建設要求與架構標準，導致子系統(tǒng)建設比較獨立，重復建設；沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準和接口協(xié)議，導致數(shù)據(jù)共享困難，形成信息孤島；在橫向業(yè)務上沒有疏通生產(chǎn)業(yè)務流程，導致生產(chǎn)礦圖經(jīng)常通過交換圖紙進行信息更新，造成數(shù)據(jù)更新不及時，影響決策分析；在縱向上沒有充分發(fā)揮GIS 技術在礦圖管理中的作用，沒有將設計與管理有機銜接，即各專業(yè)設計的礦圖成果不包含屬性信息，導致管理部門利用礦圖進行信息查詢和綜合集成分析的要求等。

為了解決“信息孤島”“重復建設”“缺乏國家與行業(yè)標準，信息資源難于共享，缺乏快速聯(lián)動”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，解決煤礦自動化與信息化的深度融合，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的共享與聯(lián)動，為礦井智能化建設與智慧化應用提供了良好的應用，不僅提高了礦井安全保障及智能化應用水平，同時通過各自動化子系統(tǒng)的集中管控，為礦井減人提效奠定了基礎，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益、社會效益和安全效益。

1 工程概況

河南省新鄭煤電有限責任公司屬鄭州煤炭工業(yè)（集團）有限責任公司直管骨干礦井，核定生產(chǎn)能力為300 萬t/a。礦井井田東西最寬4.60 km，南北最長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°，采煤工藝為綜合機械化放頂煤。礦井采用立井單水平上、下山開拓方式，其中主井垂深463 m，副井垂深488 m，西風井垂深281.5 m，北風井垂深258.5 m。礦井采用兩翼對角式通風，通風方法為抽出式，由主、副井進風，北、西風井回風。

目前新鄭煤電已建成辦公網(wǎng)、4G無線通信網(wǎng)絡、萬兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)和綜合自動化控制系統(tǒng)，完成了安全監(jiān)測、人員定位、瓦斯抽采、水文監(jiān)測等監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度通信、應急廣播等通信系統(tǒng)的升級改造。同時完成礦井綜合自動化控制系統(tǒng)建設，實現(xiàn)皮帶、壓風、提升等系統(tǒng)的集中控制，搭建統(tǒng)一工業(yè)視頻平臺和新鄭煤電App。但在礦井自動化建設、安全監(jiān)測類系統(tǒng)建設與視頻監(jiān)控類系統(tǒng)建設上都建立很多子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)都是獨立的，系統(tǒng)間缺乏數(shù)據(jù)融合與聯(lián)動、數(shù)據(jù)共享與交換、大數(shù)據(jù)分析與應用，特別是基于位置服務的聯(lián)動應用。

2 一張圖系統(tǒng)概況及基本架構

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)廣場圖為底圖，融合各專業(yè)圖紙，實現(xiàn)一張圖上查看、管理各類礦圖及各類信息。一張圖包括：綜合一張圖、地測一張圖、安全一張圖、通防一張圖、機電系統(tǒng)一張圖等專題圖，各個圖層可以任意選擇；把與礦井生產(chǎn)有關的人員、設施、設備及環(huán)境等生產(chǎn)運行信息在一張圖上進行展示，在一張圖上可以調(diào)取井上下所有地點視頻畫面、設備運行參數(shù)及故障報警、區(qū)域人員、安全隱患、安全監(jiān)控、水文測點等信息，形成全礦井綜合生產(chǎn)信息一張圖的綜合應用[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，建立智慧礦區(qū)標準規(guī)范體系，采用最新的空間信息、云計算平臺、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及移動互聯(lián)網(wǎng)等技術，面向新鄭煤電公司建立綜合一張圖、共享云服務、新型安全管理體系及大數(shù)據(jù)分析平臺，實現(xiàn)協(xié)同調(diào)度、集中管控及科學決策。

2.2 整體技術架構

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)的技術架構如圖1。

圖1 系統(tǒng)架構圖

（1）數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知層是通過各個分站及移動設備集中采集井上下現(xiàn)場視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、自動化生產(chǎn)信息等各類實時數(shù)據(jù)信息[5]。

（2）傳輸層

井下采集的實時數(shù)據(jù)信息通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)、視頻環(huán)網(wǎng)、4G 無線網(wǎng)絡等進行統(tǒng)一傳輸。

（3）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層就是按照標準將感知層采集的各類數(shù)據(jù)信息進行分類存儲。

（4）平臺支撐層

平臺支撐層是根據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)信息及業(yè)務需求，提供相對應的基礎應用與分析服務。

3 礦井一張圖及管理平臺建設

礦井一張圖及管理平臺建設是整個基于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，主要包括礦井一張圖基礎建設、一張圖管理平臺研發(fā)以及全息一張圖服務[6-7]。

3.1 礦井一張圖建設

礦井一張圖是一個集空間數(shù)據(jù)（含圖層數(shù)據(jù)）存儲、共享、獲取、更新的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，是基于設計協(xié)同平臺基礎上，提供空間數(shù)據(jù)管理、圖層配置應用的數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)。其應用結構如圖2。

圖2 一張圖應用結構

3.2 管理平臺建設

礦井GIS 一張圖管理平臺的核心是二三維一體化的位置服務。在此基礎上，利用數(shù)據(jù)綜合服務平臺、GIS 平臺、協(xié)同設計平臺和協(xié)同管理平臺提供的工具，礦井一張圖管理平臺能夠實現(xiàn)一張圖集成融合、協(xié)同設計、管理和決策分析。其基礎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 以及諸如報警聯(lián)動與安全態(tài)勢分析等各類分析功能。

4 系統(tǒng)應用及效果分析

4.1 系統(tǒng)應用情況

自系統(tǒng)建成應用5 個月以來，系統(tǒng)登錄次數(shù)約13 000 人次，主要業(yè)務系統(tǒng)總操作頻次約14 萬次；主要業(yè)務流程數(shù)據(jù)（生產(chǎn)、安全類）新增量為65萬多條，其中安全管理40 560 條、一通三防1326 條、機電運輸11 023 條、生產(chǎn)技術2784 條、調(diào)度管理7012 條、地測防治水2475 條；監(jiān)測類（安全監(jiān)測、人員定位、水文等）數(shù)據(jù)采集量為1378 萬條；功能涉及到各個模塊，數(shù)據(jù)涵蓋地測、生產(chǎn)、調(diào)度、機電、通防、安全、經(jīng)營、后勤等各專業(yè)。上述大量數(shù)據(jù)的集成、規(guī)范、匯總，實現(xiàn)了平臺大數(shù)據(jù)融合分析應用。

4.2 應用效果分析

（1）經(jīng)濟效益

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)管理工作提供先進的信息化平臺，將大量孤立、分散的獨立子系統(tǒng)進行了集成，實現(xiàn)礦井從上到下、礦井內(nèi)部各部門之間的數(shù)據(jù)的來源唯一、自由流轉、協(xié)同共享。消除人為誤差，提高了決策的準確性和可靠性，工作效率得到大幅度提高，同時也大大降低勞動強度和成本，具有良好的經(jīng)濟效益。

（2）社會效益

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)實現(xiàn)了煤礦現(xiàn)場基礎管理中的地測防治水、生產(chǎn)調(diào)度、安全信息監(jiān)測監(jiān)控、生產(chǎn)自動化、管理決策等業(yè)務數(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、預警報警分析等模型的建立，使礦井安全生產(chǎn)管理實現(xiàn)了集中控制、協(xié)同調(diào)度管理，為礦井領導層正確決策提供科學依據(jù)，為礦井的安全生產(chǎn)提供了有力保障，同時也為實現(xiàn)新鄭煤電的智慧礦山建設奠定了堅實的基礎，具有良好的社會效益。

5 結論

（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)”項目是新鄭煤電公司安全生產(chǎn)管理的支撐平臺，基于大數(shù)據(jù)、計算機網(wǎng)絡、分布式協(xié)同GIS 一張圖、透明化礦山等技術，將煤礦各部門涉及生產(chǎn)、安全、經(jīng)營等信息系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)進行整合，統(tǒng)計分析評估安全生產(chǎn)與運營狀況，為領導決策提供數(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中的關鍵技術和難點問題，為其他生產(chǎn)礦井的推廣應用積累了技術基礎和建設應用經(jīng)驗，解決了高度一體化管控的智能煤礦、智慧礦山建設的部分關鍵問題，為領導層正確決策提供科學依據(jù)，具有較大的推廣應用價值。