論數字化礦山工業數據平臺的建立

摘要：本文著重論述了冀中能源股份有限公司東龐礦工業數據平臺的建立，結合本礦現有集控系統的具體情況，對實時數據庫及關系數據庫進行了剖析，論述了選擇實時數據庫平臺的必要性，形成東龐礦工業網絡數據庫平臺應用規劃上高站位，技術上高起點，達到國內尖端水平，對科學指揮生產、有力保障安全、領導層正確決策起著重要作用。

關鍵詞：實時數據庫關系數據庫工業網

中圖分類號:TP2文獻標識碼:Ａ文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0102-01

東龐礦數字化礦山的建設已經進入攻堅階段，數字化礦山網絡規劃分為兩部分:辦公網和工業網，辦公網及各應用系統建設完畢，由于實際工作的需要，工業網絡已建起了瓦斯監測系統、皮帶運輸集控系統、洗煤廠洗選集控系統、主副井提升系統、礦井供電系統、排水系統、采煤工作面壓力監測系統等各應用系統，需采集數據點數約為10000點，要做到把上述各系統的數據及時采集、快速處理、科學分析就需要一個強大的數據庫平臺，現工業網絡應用的數據庫平臺可分為兩類:實時數據庫平臺、關系數據庫平臺，下面就這兩種數據庫平臺進行論述，并選擇適合東龐礦工業網應用的數據庫平臺。

數據模型:關系數據庫采用的是關系模型，而實時數據庫面向的主要是時態數據的管理，通常表現為一系列的采集點，每個點需要存儲一系列的歷史數據;使用關系數據庫管理這種數據，通常需要使用多張表，一張實時數據表與多張歷史數據表，歷史數據表或者采用一點對應一表，或者一段時間的數據對應一個表，導致數據的插入與查詢處理都比較復雜。

使用實時數據庫在單PC服務器支持超過20萬點的實時數據管理;如果使用關系數據庫，我們只能采用一段時間的歷史數據存儲在一張關系表中;假設數據采集頻率為1秒，一萬個數據采集點會使得這張數據表在一個小時時間內達到3600萬條記錄。

使用實時數據庫在單PC服務器上能夠保證系統核心每秒至少處理20，000個數據更新事件;假設數據采集頻率為1秒，一萬個數據采集點會導致系統需要在一分鐘時間內進行60萬個數據更新與記錄插入操作，使用PC服務器根本無法保證這些操作能夠及時準取地被處理。

由于歷史數據的數量巨大，實時數據庫采用專利技術的數據壓縮算法:使得典型的歷史數據壓縮率達50∶1;面向時態數據歷史訪問的基于時間的索引技術，保證大量數據能夠被及時查詢。

關系數據庫管理系統的基本功能包括如下。

(1)永久數據管理:包括數據庫的定義、存儲和維護等。

(2)有效數據存取:包括各種數據操作、查詢處理、存取方法和完整性檢查。

(3)事務管理:包括事務調度、并發控制和事務執行管理等。

(4)存取控制:包括安全性檢驗等。

(5)對數據庫的可靠性進行控制。

與之相反，實時數據庫管理系統的設計目標首先是對與數據及事務相關聯的時間限制的滿足。其基本原則是:寧要部分正確而及時的信息，也不要絕對正確但過時的信息。系統性能指標是滿足時間限制的事務的比率。它要求必須確保硬實時事務的截止期，必要時寧肯犧牲數據的準確性與一致性。軟實時事務滿足截止期的比率相對較高，但要100%滿足截止期很難或幾乎不可能。

實時數據庫管理系統不但具備上述關系數據庫管理系統的基本功能，而且具有以下特殊的功能特性。

(1)數據庫狀態的最新性:即盡可能地保持數據庫的狀態是不斷變化的現實世界的當前最真實狀態的映像。

(2)數據值的時間一致性:即確保事務讀取的數據是時間一致的。

(3)事務處理的“識時”性:即確保事務的及時處理，使其定時限制尤其是執行的截止期得以滿足。

(4)高效的歷史數據壓縮算法:可以用較小的存儲空間存儲大量的歷史數據;這是傳統的關系數據庫系統即使用海量存儲技術也無法滿足的。

因此，實時數據庫管理系統是傳統關系數據庫管理系統與實時處理兩者功能特性的完善或無縫集成。它與傳統關系數據庫管理系統的根本區別就在于具有對數據與事務施加和處理時間限制的能力，以及高效的壓縮算法(如表1)。

傳統的關系數據庫管理系統的設計目標是維護數據的絕對正確性、保證系統的低代價及提供友好的用戶接口。這種數據庫系統對傳統的商務和事務型應用是有效和成功的。然而，它不適合實時應用。其關鍵原因在于它不考慮與數據及事務相關聯的時間限制，系統的性能指標是吞吐量和平均響應時間，而不是與數據及事務相關聯的時間限制，調度與處理決策不考慮各種實時特性，東龐礦工業網具備系統復雜，數據量大，對實時性要求高，因此東龐礦數字化礦山的建立應首選實時數據庫平臺。