“一張圖”“一張表”在煤礦信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究

閆啟宏 駱弟華 胡連勇

（貴州黔西能源開發(fā)有限公司，貴州 黔西 551500）

隨著國家對于煤礦行業(yè)信息化建設(shè)力度的加強和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，我國的煤礦信息化建設(shè)逐步完善。但是縱觀當前已有的煤礦信息化系統(tǒng)，不難發(fā)現(xiàn)基于煤礦各專業(yè)建立的系統(tǒng)都是相對獨立的存在，系統(tǒng)標準不一，呈現(xiàn)效果差別大，沒有形成體系，雖然煤礦是一個多部門協(xié)作性較高的產(chǎn)業(yè)，但是現(xiàn)代化專業(yè)系統(tǒng)之間的信息關(guān)聯(lián)和信息共享、信息協(xié)作卻極少。煤礦的領(lǐng)導(dǎo)和決策者難以實現(xiàn)從宏觀角度，準確獲取煤礦的全部信息，也無法對突發(fā)事件進行統(tǒng)一調(diào)度和管理，從而造成重大風險隱患事故和經(jīng)濟損失。

1 系統(tǒng)概況

所謂一張圖[1-2]就是以煤礦采掘工程平面圖為基礎(chǔ)，綜合展示煤礦的安全監(jiān)測、人員定位、工業(yè)視頻、重大設(shè)備等各方面信息。一張表就是以大數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方式實現(xiàn)煤礦人員、產(chǎn)量、水文、礦壓等各方面的報表統(tǒng)計信息，將基本信息、監(jiān)測監(jiān)控、安全信息、隱患信息、人員定位、風險分級管控、安全檢查、礦壓監(jiān)測、井田范圍等主要專業(yè)的系統(tǒng)整合。通過建設(shè)安全風險智能監(jiān)測系統(tǒng)，讓煤礦擁有“一張圖”、“一張表”，如同互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)改變?nèi)藗兊某鲂蟹绞健⒅Ц斗绞揭粯樱耙粡垐D”、“一張表”不僅可以讓管理人員在大屏幕、電腦、手機上隨時查看井下安全生產(chǎn)狀況，出了多少煤，人員、作業(yè)、設(shè)備、環(huán)境情況，通風設(shè)施是否正常，瓦斯是否超限等，還能實現(xiàn)煤礦安全風險研判“智能化”、應(yīng)用系統(tǒng)“平臺化”、數(shù)據(jù)交換“標準化”的目標，真正為煤礦管理、安全生產(chǎn)、事故分析決策提供技術(shù)支撐。

2 “一張圖”“一張表”系統(tǒng)架構(gòu)

黔西能源公司在公司級層面進行了統(tǒng)一的統(tǒng)籌規(guī)劃，從煤礦集團實際情況出發(fā)，融合煤礦的各專業(yè)各種數(shù)據(jù)，從層級上進行疊加顯示，基于GIS 平臺實現(xiàn)“一張圖”、“一張表”的層級架構(gòu)。

（1）源數(shù)據(jù)層

主要接入各煤礦企業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)以及在線監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括實時流數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)接入層

數(shù)據(jù)接入層包括數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)和設(shè)備管理系統(tǒng)提供多源異構(gòu)數(shù)據(jù)接入、與云端的交互和采集前置機全周期管理。前置機通過專線或互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心的流式計算系統(tǒng)和質(zhì)量核查系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)依據(jù)標準化規(guī)則進行質(zhì)量檢查、清洗、入庫。

數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)：提供設(shè)備與云端的雙向連接的云服務(wù)和各類數(shù)據(jù)源的接入接口，同時，提供豐富的設(shè)備認證與權(quán)限管理功能，保證數(shù)據(jù)安全傳輸。

設(shè)備管理系統(tǒng)：提供覆蓋設(shè)備全生命周期的、一站式的設(shè)備管理服務(wù)，包括設(shè)備的云端接入、層級管理、監(jiān)測、遙控、固件升級和維護保養(yǎng)等各種場景。

質(zhì)量核查系統(tǒng)：靈活的數(shù)據(jù)處理平臺，依據(jù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準采集數(shù)據(jù)進行篩選、變形、轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)場景轉(zhuǎn)發(fā)至關(guān)系型數(shù)據(jù)倉庫、時序數(shù)據(jù)庫。

流式計算：靈活強大的數(shù)據(jù)事件處理引擎，用來設(shè)置針對流式處理數(shù)據(jù)的實時分析計算工具。

（3）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)存儲平臺和數(shù)據(jù)服務(wù)兩部分，搭建在煤礦風險監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，保障信息安全。數(shù)據(jù)存儲平臺由Hadoop 大數(shù)據(jù)平臺、關(guān)系型數(shù)據(jù)倉庫、時序數(shù)據(jù)庫組成，對結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分主題管理存儲。

（4）支撐層

支撐層由用戶及權(quán)限關(guān)聯(lián)、日志管理、報表引擎、表單引擎、數(shù)據(jù)共享交換系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等組成。

（5）應(yīng)用層

應(yīng)用層根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求 ，由煤礦數(shù)據(jù)采集管理、風險指標模型管理、精準執(zhí)法、大數(shù)據(jù)管理、預(yù)警信息的“一張圖”展現(xiàn)、預(yù)警信息發(fā)布、安全生產(chǎn)應(yīng)急處置、風險分級預(yù)警與研判和大屏、顯示終端、移動終端等組成。

3 煤礦“一張圖”技術(shù)融合

3.1 “一張圖”GIS 技術(shù)融合

煤礦“一張圖”GIS 系統(tǒng)為依托，基于地理信息系統(tǒng)提供的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，在GIS 地圖上直觀展示煤礦，井下部分三維可視化管理，能夠重點顯示重大設(shè)備、監(jiān)測監(jiān)控、視頻監(jiān)控、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等風險點的可視化一張圖管理，為實現(xiàn)透明礦山奠定基礎(chǔ)；建設(shè)人員精確定位系統(tǒng)（精確度達到0.3 m），與三維GIS 一張圖系統(tǒng)融合，實時掌握人員在井下的具體位置，為下井人員管理、應(yīng)急救災(zāi)提供硬件支撐。通過點擊煤礦查看煤礦基本信息、監(jiān)測監(jiān)控、安全信息、隱患信息、人員定位、風險分級管控、安全檢查、礦壓監(jiān)測、井田范圍等信息。

3.2 底圖快速導(dǎo)入

底圖是“一張圖”展示的基礎(chǔ)，也是煤礦和系統(tǒng)間信息交互的窗口和橋梁。而且煤礦生產(chǎn)的多變性，也決定了底圖必須緊跟煤礦變化而變化，具有時效性和全面性。煤礦“一張圖”GIS 平臺經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，支持快速接入煤礦DWG 格式的采掘工程平面圖，并可以圖形方式標注測點，簡單易用；管理數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)以圖層的方式進行疊加。當采掘工程平面圖更新后，不用重新更新數(shù)據(jù)。基于一張圖的融合展示，基于GIS 一張圖平臺，以煤礦安全信息的監(jiān)控為重點，實現(xiàn)與井下作業(yè)人員定位信息、產(chǎn)量信息等數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，實現(xiàn)對煤礦安全生產(chǎn)的全面監(jiān)控，實現(xiàn)煤礦的安全監(jiān)控一張圖以及各業(yè)務(wù)模塊的專題展示。

4 煤礦“一張表”數(shù)據(jù)分析

煤礦一張表實現(xiàn)通風、壓風、瓦斯抽采、排水、煤流運輸、電力、架空乘人、井下飲用水、工業(yè)視頻監(jiān)控等系統(tǒng)的工業(yè)組態(tài)開發(fā)，直觀顯示來自生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)；自定義各種報警條件，對現(xiàn)場的異常情況及時報警；實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的記錄、顯示和查詢，并生成相關(guān)生產(chǎn)報表；完成煤礦基本信息、人員交接班分析、人員下井異常分析、礦領(lǐng)導(dǎo)下井分析、專業(yè)人員下井分析、探放水作業(yè)分析、產(chǎn)量變化分析、重點區(qū)域瓦斯分析、傳感器異常分析、重大設(shè)備異常分析能功能；基于大數(shù)據(jù)解決方案，可以對采集到的實時數(shù)據(jù)進行流式計算，對實時數(shù)據(jù)以時間或空間的維度進行分析。

5 應(yīng)用效果

（1）解決工業(yè)數(shù)據(jù)采集和分析能力不足

局域互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，限于服務(wù)器存儲和數(shù)據(jù)算法的局限性，不能夠被長期存儲和即時運用，制約了煤炭安全生產(chǎn)的可靠性和可控能力。通過系統(tǒng)可實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的集成服務(wù)，幫助用戶快速、簡單的通過配置方式，完成監(jiān)測監(jiān)控及自動化控制系統(tǒng)的接入，完成原有管理系統(tǒng)的服務(wù)化改造。

（2）數(shù)字孿生

結(jié)合三維地質(zhì)建模技術(shù)，以礦井采掘工程平面圖為基礎(chǔ)，實現(xiàn)GIS 與煤礦安全監(jiān)測感知數(shù)據(jù)、安全管理數(shù)據(jù)的融合，準確反映監(jiān)測點及風險點與周邊采場、重要工作地點的空間位置關(guān)系，提供操作和展示平臺。融合安全監(jiān)測系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、工業(yè)視頻系統(tǒng)、重大設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)、風險點數(shù)據(jù)、隱患排查數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于一張圖的融合展示，進行有效融合，并以圖、文、聲、數(shù)字影像等方式在地面實時展現(xiàn)。

（3）促進企業(yè)知識沉淀

通過主題分析工具、策略定制工具可以將企業(yè)現(xiàn)場安全管理人員的工業(yè)知識經(jīng)驗軟件化，并促使在平臺上不斷沉淀。對數(shù)據(jù)的匯總分析固然重要，挖掘紛繁數(shù)據(jù)下面隱藏的規(guī)律更為重要，真正的大數(shù)據(jù)應(yīng)用要服務(wù)于生產(chǎn)、安全和經(jīng)營，輔助人來做決策。應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場專家經(jīng)驗，通過CAI 企業(yè)智能平臺，可進行高度定制化和自定義的開發(fā)和展示。通過發(fā)掘→預(yù)測→驗證→改進→完善的迭代循環(huán)，促進分析模型的不斷演化。

（4）提供企業(yè)風險管控的新手段

通過建立必要的應(yīng)對機制，采取一系列必要措施，應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、規(guī)劃與管理等手段，提升煤礦突發(fā)事件應(yīng)急能力，建立完善的煤礦事故應(yīng)急管理體系，是當前煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)管理的重要保障。根據(jù)煤礦突發(fā)事件的事前、事中和事后3 個環(huán)節(jié)的預(yù)防、預(yù)測、控制和恢復(fù)等能力的研究，確定煤礦突發(fā)事件應(yīng)急能力的影響因素，為災(zāi)害應(yīng)急能力提供強有力的數(shù)據(jù)支撐及調(diào)度決策。

6 結(jié)束語

本文介紹了煤礦“一張圖”、“一張表”的基本信息，從技術(shù)和應(yīng)用兩方面詳細說明了“一張圖”技術(shù)融合，“一張表”數(shù)據(jù)分析。在煤礦的實際應(yīng)用中，整合多個子系統(tǒng)，形成體系，各系統(tǒng)既單獨存在又能進行聯(lián)動，實現(xiàn)系統(tǒng)與系統(tǒng)的相互協(xié)作，數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)間的信息共享，將冗雜變簡單，減少不必要環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率。