智慧矿山概念及关键技术研究.pdf

194 ELECTRONICS WORLD・技术交流 供电效率降低但利于浪涌、脉冲群等实验的通过。电源采用18V，1.3A进 行供电，经TVS、共模电感等电磁兼容器件以及软启动电路设计，最终实 现交换机平滑启动，降低了上电瞬间大电流对电源的冲击导致短路问题。 2.2 光纤参数设计 由于煤矿井下工作环境恶劣，交换机采用冗余网络、解环 自愈，极大的满足煤矿井下复杂恶劣的工作环境，传输速率为 1000Mbps。光发射功率为-12～-2dBm。光接收灵敏度≥-23dBm。最 大传输距离可达10km。百M光口传输方式为TCP/IP传输协议（SC单 模光纤），传输速率为100Mbps，光发射功率为-12～-2dBm，光 接收灵敏度≥-21dBm，最大传输距离为10km。 2.3 环网配置 设备通电，选择好需要通讯的制式RS485，设置好网络模块IP 地址，检查通讯是否正常。下井前，检查交换机内部各个模块是否 有松动。核心交换机统一默认地址为192.168.16.253，交换机界面 登陆用户名admin，密码admin，IP地址在其web管理界面中系 统管理下的设备地址中修改（见图2）。 当交换机组环时，在其web管理界面中链路备份下的快速环网 中启用并设置，交换机可以启用任意一个单环且每个环的网络标识 唯一，一个单环通常使用交换机的两个端口组成（端口列表中1-3 代表电口，4～7代表百兆光口，G1、G2、G3代表千兆光口），在 单环中的交换机必须使用同一网络标识和相同端口号。每台交换机 最多支持四组环网，三个单环和一个双环，可以任意的启用若干 个，如启用一个单环能满足需要不要启用两个单环，也不要启用双 环，以免增加网络链路的复杂度（见图3）。 3 脉冲群测试 将交换机接入监控系统中，系统能通过GB/T 17626.4-2008规定的 严酷等级为3级的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，评价等级为A试验 中满足a）各单机设备工作正常，未出现设备死机、复位、掉电、损 坏现象；b数据通信未见异常；c就地、远程、异地控制功能未见异 常；d未出现误动作、误报警、异常大数、显示乱码现象。 经测试试验中，系统各单机设备工作正常，未出现设备死机、复 位、掉电现象；数据通信未见异常；就地、远程、异地控制功能未见异 常；未出现误动作、误报警、异常大数、显示乱码现象，符合A级判定。 结论为了提高传统本安型交换机在满足AQ6201-2019--煤 矿安全监控系统通用技术要求中电磁兼容部分只能做最低等级， 提出了全光口交换机设计思路。避免了煤矿安全监控系统在做电磁 兼容时受到电网口影响而只能做最低电磁兼容，提高了整个系统的 抗干扰能力。适合煤矿井下推广使用。 煤科集团沈阳研究院有限公司创新引导项目（SYCX- 20SY-002）。 矿产资源对于经济建设而言具有至关重要 的作用，二十一世纪以来，随着科学技术的不断 发展，矿山开采过程中融入了越来越多的新概念 和新资源，本文从国内外矿山信息化建设工作出 发，研究了智慧矿山的特点和组成，详细介绍了 各种类型的智慧矿山关键技术，希望能够为相关 的技术工作者提供一定的技术支持。 1 智慧矿山的概念和特点 近些年来，随着科学技术的不断发展， 信息化、网络化、数字化、智能化等技术已经 在很大程度上融入到了传统采矿行业之中让老 旧的采矿技术得到了革新与发展。矿山行业由 传统的人力资源主导，逐渐转变为了感知型、 智能型和智慧型工作体系，采矿行业中已经大 面积的引入了自动化开采设备，无人开采工作 理念也正在逐步拓展，有效减少了人为主观失 误的发生，提高了才开采工作的安全性，增加 了工作效率。智慧矿山是于近些年来信提出的 一项工作理念，也是涉及到多种学科的复杂前 沿技术，目前已经有很多专家和学者对智慧矿 山、智能矿山、数字矿山等进行了定义，然 而，整个行业中并没有一个统一的说法，很多 天地（常州）自动化股份有限公司 于峰涛 智慧矿山概念及关键技术研究 学者都持有各自不同的观念。除此之外，在智慧矿山工作 中，空间数据地理框架仍然存在众多不完善的地方，理论体 系尚且处于一个初步发展阶段，空间数据格式编码标准不统 一，以上问题都是亟待解决的工作内容。 智慧矿山是一项非常复杂的系统，里面涉及到多学科 交融，智慧矿山的内涵包括技术理论、系统功能的界定等 等，并且根据研究对象和研究目的的不同而有所差别，因此 目前尚无共识，我们可以从以下几个角度来进行分析从空 间信息技术的角度来看，智慧矿山主要就是对矿山数据进行 实时获取，包括矿山的三维坐标、矿山中的矿产含量、矿产 类型、数据通信、智能化数据处理以及面向需求的智能化服 务。具体到实际的矿山工作中，包括用遥感技术和全球定位 系统对矿山的数据进行监测，并且实现数据的实时传输和交 互，对有效数据加以分析，并且促进决策的精准性，在虚拟 的数据中心进行数据处理和集成，采用专业模型进行发掘和 预测，根据客户需要实现面向行业应用的智能化服务。 从整体上而言，智慧矿山的核心工作是数据处理，要 通过互联网等技术手段，实现对于海量数据的挖掘搜寻、提 取、处理和运用，要紧紧围绕目标而开展个性化服务，从而 极大的提升智慧矿山的应用效率，从矿山角度来看，所谓智 慧，主要是指智能化的信息获取、智能化的生产运营和决策 管理，这三个方面的内容相辅相成，互为补充，共同构成一 个有机整体。为了更好的体现智慧方面的意义，必须要以一 195 ELECTRONICS WORLD・技术交流 种协同统一的方式将三者互联，三个方面的工作能够相互促 进相互保障，从而提高矿山生产经营质量和效率。 从概念内涵上看，智慧矿山的核心是对真实矿产资源的 三维化数据模型再现，我们强调在数字矿山的基础上实施智能 化服务，从技术角度看，智慧矿山涉及到多种技术，并且实现 各个要素之间的整合与平衡，包括测绘技术、遥感技术、全球 定位技术、地理信息系统等等。在整体的工作环节中，智慧矿 山以物联网、云计算等信息技术为载体，通过各种传感器实现 对于矿山资源的检测和调研，实现真实矿山的数字化网格化和 模型化，负责人员能够根据工程需求对矿山开展模块化研究、 矿山开采预测、矿山安全预警、产品运输销售、矿山生态检测 等全方面的工作内容，构成人与人、人与矿山、矿山与矿山相 连的完整工作体系，实现经济的可持续发展。 2 智慧矿山关键技术 2.1 空间信息技术 空间信息技术是智慧矿山构建的首要关键技术，必须要 获得矿山的三维空间信息，才能够精准的做到定量和定性分 析。随着科学技术的不断发展，信息技术、通信技术、网络 技术已经逐渐渗透矿山行业之中，以测绘、遥感、全球定位 导航技术、地理信息系统为基础的空间信息技术在智慧矿山 的构建过程中发挥出了至关重要的意义，相关的工程技术人 员仍然需要不断探索空间信息技术的应用和开展策略，不断 革新工作方法，总结工作经验，跟上全球信息网格进行高度 化进程，从而实现实时化、自动化、智能化和全球化的矿山 信息开采工作，有效推动我国矿山行业建设，不断完善服务 机制，真正促进国家工业的发展。 图1 智慧矿山关键技术构成 2.2 云网融合技术 所谓云网融合技术，主要是将物联网和云计算进行有机结 合，充分发挥物联网的互联优势和云计算的数据分析优势，从 而构成一种全新的技术系统。在物联网中，我们需要用到视频 识别技术、红外感应器技术、全球定位系统、三维激光扫描仪 等等，全方位的将目标物体的信息进行识别、扫描并且上传， 按照相应的通讯协议，将数据信息上传到互联网云端，实现各 个部门之间的联通，最终达到信息的交换与通信，实现智能化 识别、定位、跟踪、监控与管理，因此，物联网是一项非常复 杂的系统性内容，包含有各种类型的工作，例如网络基础设施构建、无线 传感器以及智能识别系统。 与此同时，云计算能够借助互联网整合管理与调配分部在各处的计算资 源，从而最大化的利用一切资源开展数据处理与计算，并且统一工作界面， 根据用户的需要提供个性化服务，满足用户的工作需求。从这方面看来，云 计算是分布式计算和网格计算的有效延伸和发展，其具有更加广阔的应用前 景和更好的适用性。近些年来，经过多年的发展，云计算已经逐渐走向成 熟，并且作为产品推向市场，云网融合旨在将云计算与物联网紧密的结合在 一起，从而有效面对当前互联网时代所带来的各种风险和挑战。我们必须要 重视云网融合，从而为矿山开采行业带来新的活力，实现智慧矿山信息资源 整合和数据分析处理工作的高效开展，推动矿业发展。 2.3 矿山技术标准和规范 为了有效推进智慧矿山建设步伐，必须要构建一套完整的全面的矿山技 术规范和标准体系，从而为各项工作的开展切实有效的指导，逐步形成地方 行业甚至国家标准，从而实现统一的度量标准。从目前的矿山开展实践现状 看来，矿山面临空间基本不一致、数据存储格式不一致、通信接口技术不规 范、生产技术管理技术规范不统一、矿山信息集成方式不统一等多个问题， 其在很大程度上阻碍了矿山技术规范的建设，相关的工程技术人员必须要召 开多次会议，综合平衡各项影响要素，建立统一的技术规范，从而实现物联 网环境下的智慧矿山构建。要把数据采集转换存储与处理放置的核心工作位 置，实现矿山空间数据的智能化处理和智能化服务。 2.4 数据挖掘技术 随着智慧矿山工作的不断建设和推进，我们所采集到的信息量越来越 大，信息类型也越来越复杂，面对如此海量的数据，如何进行集成和提取是 一项非常重要的工作内容。必须要重视从矿山数据库中发掘出有用的信息， 这也是智能服务的重要建设内容，要采用高效的图像处理、模式识别、分类 预测、时空序列分析等手段来开展工作，加强对于数据的深度发掘和知识发 现，从海量数据中提取出最为有效的信息，用于分析生产和建设，从而建立 更加科学高效的决策支持系统，这是服务智慧矿山工作的关键内容。相关的 政府部门应当加强对计算机数据人才的培养和支持，并且对在矿山行业从业 的计算机人才予以一定的财政资源补贴，从而推动在矿山行业中建立高素质 的人才队伍，增强行业信息化水平，加强智慧矿山数据处理能力。 2.5 三维模拟与虚拟现实 三维模拟与虚拟现实是智慧矿山建设中的重要内容，借助于此类人 工智能技术，我们能够立足于实际的矿山信息来构建更加真实的矿床模 型，实现高质量的采矿模拟地下矿井工作方针以及井下围岩离场仿真等 等，从而有效助推开采工作的发展。除此之外，通过三维模型景观的动 态显示，我们能够帮助相关的工程技术人员更加清晰的了解矿体形态构 造、模拟地下矿井灾害等等，实现对于危险的预警，并且实时跟踪和监 控矿井人员的生产工作，提供更加清晰科学的决策。 总而言之，智慧矿山对于矿产行业而言是一项非常重要的工作内容， 我们必须要将数字矿山物联网云计算等多种技术进行有机融合，实现对矿 山的智能化感知控制和服务，相关的工程技术人员必须要不断寻求技术突 破，改善工作方法，总结工作经验，不断助推矿山安全生产，提高工作效 率，从而推进智慧矿山的高速建设，有效加强我国工业化水平。 作者简介于峰涛（1980），男，山东胶州人，硕士，工程师， 现供职于天地（常州）自动化股份有限公司（中煤科工集团常州研究院 有限公司），主要从事煤矿信息化、自动化、电气化工作。