我国煤矿数字化矿山发展现状及关键技术探讨.pdf

第 9期 2 0 0 9年 9月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i ne Au t oma t i o n NO ． 9 S e p ． 2 0 0 9 ’ ‘ ’ ’ i 技术 探讨 鼍 ．1l◆ ◆ l ◆ ⋯ ◆ {．◆ 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 9 0 9 0 0 1 6 --0 5 我国煤矿数字化矿山发展现状及关键技术探讨 吕鹏 飞 ， 郭 军 煤 炭科 学研究 总 院常州 自动化研 究 院 ， 江苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘要 文章介 绍 了数 字矿 山的概 念和发展 目标 ， 分 析 了 目前 我 国煤矿 数 字矿 山的发 展现 状 ， 提 出了 以基 于 3 D GI S技 术的数 字矿 山基础信 息平 台为核 心 内容 的数 字矿 山建设框 架 ， 简要介 绍 了实现数 字矿 山需要研 究的信息规 范和接 口标准、 设备智能化、 高速传输网络 、 多源异构数据的集成共享、 3 D G I S平台、 三维建模算 法、 基础数 据 专业化 分析处理 、 业务 应 用 系统 开发等 关键 技 术 ， 对我 国煤 矿 数 字矿 山的 发展 具有 一 定 的指 导 意义 。 关键 词 煤矿 ；数 字 矿 山 ；关键技 术 ；信 息框 架；接 口标 准 ；设 备 智 能化 ；高速 传输 网络 ；基 础 信 息 平 台； 3 D G I S ；三 维建模 中图分类 号 T D 6 7 2 文 献标识码 B Di s c u s s i o n o n De v e l o p me n t Si t u a t i o n a nd Ke y Te c h no l o g i e s o f Di g i t a l M i n e i n Chi n a L U Pe n g f e i ， GUO J u n Cha ng z h o u Au t o ma t i o n Re s e a r c h I n s t i t u t e o f CCRI ． ， Cha ngz h ou 2 1 3 0 1 5，Chi na Ab s t r a c t Th e pa p e r i nt r od uc e d t he c o nc e p t of d i g i t a l mi n e a nd i t s d e v e l o p m e nt t a r g e t， a n a l y z e d c ur r e nt s i t ua t i o n o f di g i t a l m i ne i n Ch i na，p r op o s e d a c o ns t r uc t i on f r a me o f di gi t a l m i ne t a ki n g di g i t a l m i ne b a s i c i nf o r m a t i o n p l a t f o r m b a s e d o n 3 DGI S t e c hn ol o g y a s c o r e．I t b r i e f l y i nt r o du c e d t h e k e y t e c h no l o gi e s f or r e a l i z i ng di g i t a l mi ne s uc h a s i nf o r ma t i on r e gu l a t i on a n d i n t e r f a c e s t a nd a r ds ， i n t e l l e c t ua l i z a t i o n o f e qu i p m e nt s ，hi g h s p e e d t r a ns mi s s i o n ne t wo r k，i n t e g r a t i o n a nd s ha r i n g o f mul t i s o ur c e he t e r o g e n e o us d a t a ， p l a t f or m o f 3 DGI S， 3 D mo de l i ng a l g o r i t hm ， a na l y s i s a nd p r oc e s s i ng o f s pe c i a l i z a t i o n f o r b a s i c d a t a ， d e v e l o p m e nt o f bu s i ne s s a p pl i c a t i on s ys t e m s a n d S O o n． I t ha s g ui d i n g s i g ni f i c a nc e f or de v e l op me n t o f d i gi t a l m i ne i n Ch i n a． Ke y wo r d sc o a l m i n e， di g i t a l mi ne ， ke y t e c h no l o gy， i n f o r ma t i o n f r a m e ， i n t e r f a c e s t a n da r d， i nt e l l e c t u a l i z a t i on o f e q ui p me nt ，h i g h s p e e d t r a ns m i s s i o n n e t wor k，b a s i c i nf or ma t i o n p l a t f or m ，3 DGI S，3 D m o d e l i n g 0 引 言 数字化正 随着 I T 技术的迅猛发展， 快速地渗 透到 生产 、 生 活 的方 方 面面 。数 字地 球 、 数 字 中 国、 收 稿 日期 2 0 0 9 0 5 2 6 作者简介 吕鹏 飞 1 9 6 2 一 ， 男， 研究员 ， 煤炭科学研究总 院首席 科学家 ， 煤炭科学研究 总院常州 自动化研究 院监控研究所所长 ， 长期 从 事煤矿监测控制系统 、 煤矿数字矿山基础信息平台的研究工作 ， 已 发表文章十余篇。联系电话 O 5 1 9 8 6 9 9 8 0 3 1 数字城市正从专家论坛 的飘渺的名词走 向 日常生 活， 同样 ， 数字矿山也随着煤矿生产环节 自动化、 集 成化、 地质测量的电子化、 生产管理 的信息化的逐步 普及， 特别是井下高速网络的快速推广应用， 使得数 字 矿 山的发展 之路 清晰 明了 。青 年学者吴 立新从 科 技 、 教育和实践 3 个方面描述 了数字矿 山的发展现 状 和 方 向口 ] ， 但 在 实 际 中怎样 切 实推 动数 字 矿 山的 发展 ， 笔 者认 为 目前 要结合 数字矿 山 的发 展现状 ， 明 确建设框架和做好关键技术研究工作。 2 0 0 9 年 第 9期 吕鹏 飞等 我 国煤 矿数 字化矿 山发 展现 状及 关键技 术探 讨 1 7 1 数 字矿 山简 介 数字矿 山的定义是 由数字地球 的定 义延 伸而 来， 即在矿山范围内以三维坐标信息及其相互关系 为基础而组成 的信息框架 ， 并在该框架内嵌人所获 得的信息的总和。煤矿所能获取的信息可划分为固 有信息和动态信息 2个层面， 固有信 息包括矿井 原 始数据 t t k 质 、 测量 、 钻孔 和煤层 、 围岩、 井巷等地质 体空间信息； 动态信息包括采掘、 通风、 运输 、 供 电、 给排水等生产系统 网络及其装备信息 ， 生产过程 中 产生的信息 设备状态 、 环境 、 人员 ， 专业分析辅 助 决策信息 ， 生产经营管理信息 。这些信息在煤矿地 质勘探、 规划设计、 建井施工 、 生产经营管理各环节 中产 生 ， 具 有持 续产生 、 共 享利 用 、 多 源异 构 的特 征 ， 所以分析矿山信息 的构成、 产生过程 、 获取手段、 表 现方式 ， 建立矿井基础信息数据仓库 ， 开发数字矿山 基础信息平台 ， 实现矿井固有信息和 内嵌 动态信息 的认知、 获取、 表达、 处理、 共享、 可视化、 传输和使用 等过 程 的数 字化 是 建设 煤矿 数 字 矿 山 的 主要 内容 ， 最终发展 目标是实现矿 山资源与开采环境数字化、 技术设备智能化 、 生产过程控制可视化 、 信息传输 网 络化 、 生产 管理 与决策 科学 化__ 2 ] 。 2 数 字矿 山发展 现状 从 数 字矿 山的 内涵 和 发展 目标 来 看 ， 实 际上 目 前我国煤矿完全意义上 的数字矿山还没有建成 ， 究 其原 因主要 有 以下几 个 方 面 1 数字矿 山是一个复杂的巨系统， 涉及 煤矿 地质勘探、 规划设计 、 建井施工 、 安全生产、 经营管理 的全过程， 许多信息需要持续利用共享 ， 然而各环节 信息化方式和水平不 同， 数据格式兼容性差， 信息不 能重复利用， 信息孤岛现象严重。 2 我国煤矿数字矿 山仍处 于初 级发展 阶段 ， 成 熟 的能够统 一管 理 和 集成 空 间信 息 、 实 时 动 态信 息和管理信息的基础平台还未见报道， 分析原 因主 要与开发商所涉及专业有关。 目前 ， 直接推动煤矿 数 字矿 山发展 的相关 专业 开 发 商 有 3类 一类 为煤 矿地质测量系统开发商， 他们从早期 的矢量化成 图 系统， 逐步发展完善成具有煤矿专有功能的地质测 量系统 ， 有的还集成了一定的管理功能， 这类开发商 自称是数字矿山的领跑者； 其次是煤矿 自动化 系统 集成商 ， 他们从早期 的煤矿 安全监测 系统 ， 发展到 今天集成的全矿井综合 自动化系统 ， 将矿井各生产 环节的实时信息掌握在手， 这类开发商 自称是数字 矿山的实践者H ； 第三类是煤矿信息管理 的开发商， 他们从煤矿办公 自动化 、 运销 、 设备及劳资等管理模 块人手 ， 将煤矿各业务科室的管理流程信息化 。由 于这 3 类开发商涉及煤矿不同的业务部门， 各 自所 采取的技术路线、 应用平 台千差万别， 造成 目前各类 系统难以整合 、 信息资源无法共享 ， 很难形成统一的 空间信息 、 实时信息和管理信息平台。 3 在技术层面能承载数字矿山海量信息平台 的技术首选 3 D GI S 。而 3 D GI S理论与煤矿对数 字 矿山适用性 的客 观需求差距较 大。数字矿 山需要 3 D GI S作 为框架 支撑 技术 ， 而 3 D GI S技 术 只在 三维 可视化渲染引擎方面 比较成熟 ， 在通用 的三维建模 算法 、 三维空间分析、 三维空间信息存储引擎等关键 技 术方 面仍 在探 究 阶段 ， 通 用 的商 用 3 DG I S平 台还 没 有 出现 。但煤 矿建 设数 字矿 山不仅 要求 可视 化地 进行三维模拟和虚拟再现矿井生 产环境 及相关现 象 ， 更主要是能够仿真化地模 拟分析矿井采煤 、 掘 进 、 供电、 运输、 通风、 给排水等生产系统运行过程和 灾变过程 ， 实时采集相关环境与工况参数 ， 按照各业 务 系统 的运行 原 理进 行 空 间 分 析 ， 最 后实 现 自动 化 地预警矿井灾害和启 动安全预案， 为安全生产起到 真 正 的辅助决 策 作 用 。 由此 可见 ， 3 D GI S支 持 与 实 际需求 有一 定差距 。 4 煤 矿所 处 的环境 复杂 、 不确 定 因 素多 、 相关 专业多 、 生产系统工艺复杂 、 技术设备智能化水 平 低 、 采掘现场的许多工况参数 尚无法获取， 这些都制 约数 字 矿山 的发展 。 从以上分析可见 ， 我国煤矿数字矿山的发展并 不是一朝一夕的事情 ， 需要各专业协同发展 ， 需要解 决技术设备智能化 、 3 D GI S支撑技术 、 不 同来 源信 息的自动采集技术、 多源异构信息的集成融合技术、 三维 建模 及可视 化 技 术 、 空 间 和 属性 数 据 的 集 中或 分布 组织 管理 及共 享 发 布技 术 、 基础 信 息 的 分析 处 理 、 基 础信 息 的工 程 应 用 等关 键 技 术 。这 些 技术 发 展并不 平衡 ， 有 一个 逐步发 展 的过程 ， 所 以数字 矿 山 的建设 也需 要循 序渐 进地 推进 。根据 煤矿 客观 需求 和当前技术水平 ， 笔者认为构建 以矿 山空间信息描 述为主框架 ， 整合煤矿安全生产实时信息和管理信 息的煤矿数字矿山基础信息平台是数字矿山发展之 路的一个里程碑 。制定数字矿山信息描述标准和面 向第三方的标准接 口已成为各类开发商的共识 。 3数 字矿 山建设 框 架 构建煤矿数字矿山基础信息平台就是在网络环 1 8 工矿 自动化 2 0 0 9年 9月 境下 ， 在井 田范 围 内统 一的 三维空 间坐标参 考下 ， 展 示和利用矿 山每一个特征点的固有 信息和动态信 息 ， 也 就是要 再 现矿 井 的本来 面 目。要 实 现这 一 目 标 ， 需 要采 集 、 表 现 、 管 理和 处 理 庞大 海 量 的 多维 数 据 。图 1为数字矿 山建设 框架 图。 工业电视 、 大屏幕 、 调度通信、 在线设备管理 、 应急预案、 生产调度、 区域作业环境评估 煤矿生产调度综合指挥 中心 { l { 一 通三防、 电网、 瓦斯 人力资源、 财 务、 GI S ⋯⋯ ’． I CAD L 预 测 、 矿 压 分 析 ⋯ ⋯ 物 资 、 运 销 ⋯ ⋯ 煤 矿 管 理 信 息 系 统 I 可 视 化 平 台 l 专 家 决 簸 分 析 软 件 包 { l l ⑧⑩⑧ ⑧⑩ ⑩ ⑩ ⑩o 矿用对象管理中心 { { 1 ．D 田 | I 帖 - ， ．、 l 一 一1 ．n 口 _ 4 ， l1 1 l { L ． 1L 』 r 门、 ． JF - d Uv ⋯ 1 煤矿 高速局域网 ／ { { { ／ ／ ， 生 产 环 境 实 时、 、 、 生 产系 统自 动 、 、 ＼ ／ 空 间 固 有 信 息＼ 动态信息采集 ’ 控制信息采集 、 基础数据采集’ 安全监测监控系统 电力监控 系统 地质数据 人 员定位系统 胶带运输 集控系统 测量数据 工业 电视系统 选煤集控 系统 水文数据 液压支架电液控制系统 钻孔数据 自动化综采工作面 图纸矢量化 提升控制系统 中央水泵监控系统 ⋯ ／ ／ 图 1 数 字 矿 山 建 设框 架 图 要 构建 如 图 1所 示 的数 字 矿 山架构 ， 需 要 重 点 完成 以下几 个方 面任务 1 建设 贯 穿井 上 和 井 下 的 高速 企 业 网 络 矿 井在 生产过 程 中产 生大 量 的矿 井空 间信息 和生产 过 程 中的环境 状态 、 设备 工况 、 人员信 息等 实时动 态数 据 ， 数字矿 山必须 确保 这些海 量信 息在企 业 内部 、 外 部快 速传 递 ， 所 以建 设 1 0 0 M／ 1 0 0 0 M 高 速 企 业 光纤 网络是实施数字矿山的前提l_ 5 ] 。 2 建立矿井基础数据采集和更新系统 多源 异 构和动态 变化 是 矿 山数 据 的基 本 特 征 ， 所 以必 须 根据不同的数据来源建立不同的采集系统 ； 对于固 有信息， 可以对地质勘探和矿井测量产生的地质、 测 量 、 水文 、 钻孔 等基础 数据通 过整 理或 图纸矢量 化等 手段获取 ， 建立地测信息化管理系统和更新矿井 固 有信息 ； 对于矿井环境 、 人员等动态信息， 可以通过 安 全监测 监控 系统 、 人员定位 系统 、 工业 电视 系统采 集 ； 对于矿 井生 产过 程 中产生 的动 态信 息 ， 可 以通过 建立 安装 胶 带运 输 、 提 升 、 洗选 、 供 电 、 水泵 、 电液控 制等系统采集， 这些系统 的 自动化程度与设备智能 化水 平相关 ] 。 3 构建数字矿 山基础信息平 台 采集到大量 的固有信息和实时动态信息后 ， 需要基于 3 D GI S技 术 的概念 和编码 方法规 范地组 织 、 存储 、 融合 和管 理 数据 。按 照煤矿 的业务 主题建 立 2 个层 次 的数据 中 心 一是基础信息层， 划分为矿用空间数据中心和矿 用监 控数 据 中心 ； 二是 矿用对 象信 息层 ， 称 为矿用 对 象管理中心， 对井巷 、 地质体 、 设备 、 配件、 材料、 设施 等对象进行管理。基础信息层面向关系数据库， 重 点 解决 空间数 据和 属性 数 据 的存 储 引 擎 问题 ； 对 象 信息层面向对象管理矿用基础对象 ， 是组织管理基 础 信息层 数据 的对 象 主题 ， 主要 建立 矿 用 智能 对 象 库 ， 基 于该对象 库可 以开发 三维空 间建模 算法 ， 利 用 3 DG I S渲染引擎 可视 化 矿井 ； 可 以开 发专 业 分析 软 件包， 为辅助决策和生产管理服务； 可以开发安全管 理 、 物 资供应 、 煤炭 运 销 等管 理 信息 系 统 ， 提 升矿 井 管理水 平 。通 过实 践应用 逐渐完 善数字 矿 山的信息 描述标 准 ， 最后 形 成一 套 智 能 的矿 用 基础 信 息开 发 库 ， 可 以为不 同 目标应 用 提 供共 享 的 数据 和 可二 次 开发 的功能 _ 6 ] 。 4 建 立基 于 3 D GI S可 视 化支 撑平 台 数 字矿 山基 础信息 平 台必 须 以 3 D GI S的数 据 规 范 为基 础 组织 、 管理 数据 。 以 3 DG I S可视化 平 台为数 据 的集 成支 撑平 台 ， 开发 专用 的空 间建 模算 法 ， 可 实现矿 井 的可 视化 表现 。 5 开发 专业 分 析 软 件 包 数字 矿 山不 仅要 实 现数 据采集 和可 视化 表 现 ， 而 且要 实 现 数据 的增值 利用 ， 需要基于数字矿 山基础信息平 台对采掘、 供 电、 运 输 、 通 风 、 给排 水 等各 生 产子 系 统 的工 作 原 理 进行 仿 真模拟 ， 不断 开发专业 分析 软件包 ， 为煤矿 安 全 生产 经营管理 提供决 策 支持 。 6 建立 适 用性 应 用 系统 根 据 不 同 的业 务 需 求 ， 基于数字矿山基础信息平 台开发不 同业务 的适 用 性应用 系统来 辅助 生产经 营管 理是数字 矿 山的最 终 目标， 比如应急救援系统、 设备管理系统 、 供 电管 理 系统 、 煤 矿生 产综合 调度 管理系 统等 。 4关键 技术 在数字矿山建设框架下， 需要各专业协同配合 发展， 煤矿企业 、 高等院校 、 科研单位需要相互促进 、 逐 步推 进 、 共 同努力 解 决数 字 矿 山的信 息 规 范和 技 术标准、 设备智能化、 高速传输网络 、 多源异构数据 2 0 0 9年 第 9期 吕鹏 飞等 我 国煤矿数 字化 矿 山发展 现状 及 关键 技 术探讨 1 9 的集成共享 、 3 DG I S平 台、 三维建模 算法、 基础数据 专业 化分 析处理 、 业务 应用 系统 开发 等关键 技术 。 1 信息规 范 和接 口标 准 数字矿山包含矿井范围内所有信息的集合。其 必是一个 多 源异构 的集 成 平 台 ， 研 究平 台 内信 息 的 定义、 描述标准和规范 ， 以及各系统间的接口技术规 范是数字矿山优先要研究 的内容 。因此 ， 制定我国 数 字矿 山的信息 规范 和接 口标 准是数 字矿 山健 康发 展 的关键 。 2 设备智 能化 设备智能化是指该设备具有完备 的检测 设备 的运行 参数 和空 间位置 和控 制执 行功 能 ， 并 能通 过 接口与第三方进行信息交互 。随着技术 的发展， 矿 井 设备智 能化 有 了一定 的改 善 ， 但 总体水 平 比较低 ， 矿井生产的主要设备如综采和综掘成套装备的电控 智能化只在电液控制方面有所突破 ， 综采工作面的 采煤 机 、 刮板输送 机 、 转载 机等 主要设 备智 能化 程度 较低 ， 相关 工 况 参 数 难 以 获 取 q] 。主扇 、 水 泵 、 供 电设备 、 胶带输送机、 地面洗选成套装备等可以通过 加载第三方传感器和 P L C控制等方式实现运行工 矿参数的监测和 自动控制 ， 设备本身的智能化程度 较低。矿井地质测量和定位设备的智能化也是数字 矿 山在设 备层 面 的一个瓶 颈 。主要 设备 的智 能化是 数 字化矿 山 的基础 。 3 高速传输网络 由于煤 矿生 产包 含采 掘 、 运输 、 提 升 、 供 电、 通风 和排 水等 多个环 节 ， 就 决定 了矿 井监 测 、 控 制子 系统 异构 的特征 ， 集成 和 整合 子 系统 需 要 统一 的传 输 平 台， 而可靠稳定的矿井高速网络是传输平台的首选。 随着 信 息 技 术 发 展 ， 工 业 以 太 环 网 、 无 源 光 网 络 GE P ON 、 S DH 等技 术广 泛应 用 于煤 矿 ， 构成 了矿 井主干的高速信息网络 。该 网络承担矿井数据 、 图 象和语音的实时传输任务 ， 但工作面、 掘进巷道等地 方是 网络覆 盖和 高 速 接入 的难 点 ， 这 些 地 方恰 恰 是 数字矿山信息的重要节点 ， 高速接人 、 传输这些节点 的信息 目前是矿井高速网络 的短板。因此 ， 矿井末 端 节点 的高速 接入 和传 输技术 是 数字矿 山研 究 的重 点， 各种无线传输技术 Wi F i 、 Z i g B e e 、 光纤传感器 网络技术 、 专业 现 场 总线 技 术 的 研究 已成 为 研 究 的 热点 ～ 。 4 多 源异构数 据 的集成 共享 将 不 同 来 源 的 基 础 数 据 通 过 XML 、 we b S e r v i c e s 等技术集成融合 在煤矿数字矿山基础信息 平台， 通过建立基础信息平台数据 中心的矿用对象 管理中心， 以矿用对象库的形式共享空间数据和实 时数据 ， 供矿井可视化 、 各业务应用系统使用。重点 要解决数据的存储引擎 、 数据 的访问机制问题 。 5 3 DG I S平 台 数 字 矿 山 必 须 建 立 具 有 矿 山 特 征 的 专 业 3 D GI S平 台 ， 重 点 解 决 三维 空 间 模 型 描 述 方 法 、 三维模型数据存储管理引擎、 可视化渲染引擎 、 三维 空 间场 景要 素组 织管 理 、 模 型交 互编 辑操作 、 通 用基 本要素建模算法 、 空间基本分析等技术问题 。 6 三维建 模算 法 三 维空 间构 模 方 法 研 究 是 目前 3 DG I S领 域 研 究 的热点 问题 。过 去 十 来 年 中 ， 提 出 了二 十 余 种 空 间构模方 法 。若不 区分假 3 D 和真 3 D， 则 空 间构模 方法 可 以归纳 为基 于面模 型 F a c i a l Mo d e 1 、 基 于体 模型 Vo l u me t r i c Mo d e 1 和基 于 混合模 型 Mi x e d Mo d e 1 的 3大 类 构 模 体 系[ g ] 。数 字 矿 山 需 要 针 对 矿井特征的实际建模需求和不同的矿用对象研究不 同 的构 模算 法 ， 为 了实 现专 业 系统空 间分析 功能 ， 要 求模 型 结构必 须顾 及拓 扑关 系 。 7 基础数据专业化分析处理 数据必须经过处理才能增值利用， 所 以数字矿 山必 须 支持丰 富 的数 据 处 理 方法 库 ， 一 般 处 理 方式 有数 据本 身 的统 计分 析 、 数据挖 掘 和专业 分析 处理 。 专业 分析处 理需 要研究 采 掘 、 供 电 、 运 输 、 通 风 、 给排 水等各生产子系统的工作运行原理， 然后研究建立 相关数学模型 比如通风网络解算 ， 制订 良好 的访 问接 口， 为其它应用系统服务。 8 业 务应用 系 统开发 数字矿山通过开发丰富的业务应用系统体现其 适用价值 ， 业务应用系统 的开发需要研究具体业务 的数 据使 用流 程 、 对 数据 专业 分析 处理 的时机 、 数据 可视 化 的方 式 等 ， 另 外 更 重 要 的是 要 考 虑 用 户操 作 界面 的友好 性 和功 能 的适 用 性 ， 真 正 为 辅 助矿 井 的 生 产经 营管 理起 到作用 。 5 结语 综 上所 述 ， 数 字 矿 山需 要 在企 业 高 速 网络 环境 下建立一套集矿井基础数据 空间、 属性 实时有效 采集 、 准确传输 、 存储管理、 科学分析 、 可视化表现 、 自动化控制、 智能化预警和信息反馈 的矿井综合 自 动化 安全生 产 系统 ； 需 要建 立 以矿井 监控数 据 、 空 间 数据为基础 、 以矿用对象库为核心 的统一的数字矿 山基础信息平台， 构建按生产系统划分主题 的具有 完 整内涵的煤矿数据仓库； 开发具有煤炭行业特征 第 9期 2 0 0 9年 9月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i n e Au t oma t i o n No ． 9 S e p ．2 0 0 9 。 ． 。 i实验研 究 ⋯ ．⋯ ． ． ．，◆ 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 9 0 9 0 0 2 0 --0 4 基于激光导向器的悬臂式掘进机 位置姿态自动测定方法 邓 国 华 煤炭科 学研 究总 院常州 自动化研 究 院 ， 江 苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘要 掘进机位置及姿态的 自动测定是掘进机 自动控制 中的关键 问题之一。文章结合悬臂式掘进机的 结构 和 工作 方 式 ， 分析 了悬臂 式掘进机 位 置及姿 态对巷 道掘进 的 影响 ， 提 出了一种基 于激光 导 向器的 悬臂 式 掘进 机位 置姿 态 自动 测定方 法 ， 并 分析 了该方 法的 可行 性 。 关键 词 悬臂 式掘进 机 ；自动 测 定 ； 位 置 ；姿 态；激光 导 向器 中图分 类号 T D 6 3 2 文献标 识码 A An Au t o ma t i c De t e c t i n g M e t h o d f o r Po s i t i o n a n d Po s t u r e o f Bo o m t y p e Ro a d h e a d e r Ba s e d o n La s e r Gu i de DENG GUO hu a Cha n g z h ou Aut o ma t i on Re s e a r c h I ns t i t ut e o f CCRI ． ，Ch a ng z ho u 21 30 1 5，Chi n a Ab s t r a c t The a u t o ma t i c de t e c t i o n o f p os i t i o n a n d po s t ur e o f r o a d he a de r i s o ne of t he k e y p r ob l e m s f o r t he a ut o ma t i c c o nt r o l of r o a d he a de r ． The p a pe r a na l y z e d e f f e c t s t ha t p o s i t i o n a n d p os t u r e of b o om- t y pe r o a d he a d e r on t un ne l e x c a v a t i o n c o m b i ni ng wi t h s t r uc t u r e a nd wor k i ng mo d e o f b o om t y pe r o a d he a de r ， 收 稿 日期 2 0 0 9 0 5 2 1 作者简介 邓 国华 1 9 5 6 一 ， 男， 1 9 8 2年毕业 于华 中工学 院工业 自动化专业 ， 现任煤炭科学研究总院常州 自动化研究院副总工程师 。 E ma i l d g h c a r1． c o m． c n 的专业 化 3 D GI S支撑 平 台 ， 为基 础数 据 的组织 管 理 和可视化提供机制和保证； 基于数字矿山基础信息 平 台开发 以矿井 安全 生 产 、 经 营管 理 为 核 心业 务 的 应用 系统 ， 最 终实 现矿 山资源 与开采 环境数 字化 、 技 术设备智能化、 生产过程控制可视化 、 信息传输网络 化 、 生 产管理 与决 策科 学化 的发 展 目标 。 参 考 文 献 E l i 吴立新． 中 国数字 矿 山进 程 E J ] ． 地 理信 息 世界 ， 2 0 0 8 5 6 - 13 ． E 2 ] 王李管 ， 曾庆 田， 贾明涛． 数字矿 山整体实施 方案及其 关键技术E J ] ． 采矿技术， 2 0 0 6 3 4 9 3 4 9 8 ． [ 3 ] 毕思文 ， 殷 作如．数 字矿山 的概 念 、 框架 、 内涵及 应用 示 范[ J ] ． 科技导报 ， 2 0 0 4 6 3 9 4 1 ， 6 3 ． 吕鹏飞 ， 邓 国华． 基 于工业 以太网的全矿井 自动化系统 E c ] ／ ／ 现 代 煤炭 科 学技 术 理论 与 实践 论 文 集． 北 京 煤 炭 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 7 5 3 6 5 4 5 ． 胡穗延． 数字矿 山信 息 网络框 架 [ c ] ／ ／ 现代 煤 炭科 学 技术理论与实践论 文集． 北京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 7 52 8 53 1． 郭军． 基 于 3 D GI S技 术 的三 维 虚拟 矿 井 设计 研 究 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 0 7 5 1 4 ． 宁宇． 高产 高 效 综 采工 作 面 装备 现 状 及 发展 趋 势 [ c ] ／ ／ 现代 煤 炭科 学技 术 理论 与实 践论 文 集． 北 京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 7 1 3 1 1 3 6 ． 张 良． 液压支 架 电液控 制 系统 的应用 和 发展 [ c ] ／ ／ 现代煤炭科学技术理论 与实践论文集． 北京 煤炭工业 出版 社 ， 2 0 0 7 2 6 9 2 7 5 ． 吴立新 ， 史文 中． 3 D G I S与 3 D G MS中的空 间构模 技术 [ J ] ． 地理与地理信息科学 ， 2 0 0 3 1 5 - I 1 ． ] ] ] ] ] ]