信息時代下建筑智能化系統設計及礦山工程應用研究

涂云濤

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西 南昌 330000）

隨著物聯網技術、云計算技術等新一代信息科技的發展和其在科學物理行業的廣泛運用，智能化變成繼現代化、電化、信息化管理、全球信息革命以后又一個具備深入認知、深層互連和智能運用特性的大數據概念定義應時而生。礦山企業的生產制造和運營管理也因地質環境的開采繁雜、生產系統巨大、采掘自然環境變化多端等緣故，具備有別于其他行業的獨特性。因而，在礦山開采形成自動化技術、數字化的基礎上，把建筑智能化系統設計運用到礦山工程上，努力建設綠色、智能、可持續性發展的智慧礦山已變成重中之重。

1 建筑智能化

建筑智能化是現代持續發展的產物，它是將多媒體、計算機、通信等多種先進技術合理地結合在一起，對建筑內所涉及的信息資源進行科學管理，從而為使用者提供優質的信息服務，是智能化建筑建設的必然要求。在建筑中采取合理的措施對系統、結構、管理、服務等各個要素進行合理的優化組合，最終滿足現代信息時代的發展要求，并能為人們提供安全、舒適、方便的一項現代化建筑智能化。建筑智能化系統在工程建設中的具體應用，為使智能化建筑物的功能得以合理發揮，智能建筑應滿足下列兩項要求：

（1）在具體應用過程中，智能系統能夠滿足用戶的基本需求，從而為用戶提供一個良好的居住環境，或為工作人員實際工作內容的展開提供相應的創意。

（2）在具體應用過程中，智能化工程建筑的管理方法、運作、維護保養等各種各樣通訊設備務必要有效，并做好相對應的健全工作中，要能立即、精確地與外部建立聯系，盡量避免過多資金投入。

2 礦山工程的建筑智能化系統設計

智能化礦山開采是一項復雜的系統工程，是礦山工程技術和管理模式、管理手段以及與5 G移動互聯、網絡光纖、物聯網、云計算等信息內容技術相結合的全新升級。智能化礦山開采是一種智能化、可信賴、經濟高效、低碳環保、可持續發展的礦山管理新模式。

2.1 核心特征

智慧礦山在大數據信息時代的發展模式下，將“智能”的核心理念實際運用到礦山的開采行業中。所以，智能化礦山以深層次認知、深層互連、智能運用為本質特征，致力于完成更深層次的認知、更加深入的聯接、更廣范疇的智能運用。

（1）更深層次的認知。智慧礦山的基礎是物聯網認知。礦山企業是一個繁雜的生產系統，隨著綜合性機械自動化和自動化技術水平持續提升，及其生產規模的不斷擴大，企業對生產管理和操作規程的要求也越來越高，必須安裝各種傳感器，在礦山開采生產制造、經營和管理的各個領域選用物聯網技術有關技術，以完成對礦山開采的人員定位系統、無線通訊、機械設備(綜合自動化技術)、自然環境(安全探測、礦壓探測等)等數據信息的整體性、全面性認知。

（2）更全方位的聯接。智能化礦山開采的傳感檢測、操縱、管理方法及決策支持系統日趨繁雜，必須依靠通信網絡、信息內容集成化等技術，完成系統軟件內部、系統軟件中間跨行業、跨時空的數據共享，通過及時、靠譜、全方位的方法來獲取對礦山開采有利的信息內容，從而減少信息獲取的時間以及資金投入。

（3）更普遍的智能運用。礦山開采工程的多元性，將傳統式控制理論與管理模式作為基本規范，綜合人工智能、自動控制、計量經濟學、電子信息科學、管理方法工程、計算機視覺、信息論基礎等多綜合知識，選用更為合理的智能操縱和管理方案，完成礦山開采系統工程的智能化。

2.2 系統結構

以礦山開采系統工程為管理中心，搭建智慧礦山系統，運用當代管理方法和新一代信息科技，提升物質步驟、信息內容步驟、操縱步驟，包括專業知識的積累、應用價值的積累等，構成一個涵蓋礦山生產經營各個階段的復雜智能系統。從智能礦山的特征出發分析基本建設，明確提出了物聯網認知層、深層互聯層、智能網絡層的總體架構。在圖1中可以看到。

圖1 智慧礦山總體架構

（1）物聯認知層。認知層承擔對物體開展鑒別，并搜集信息內容。傳感器由許多感知元件組成，這些傳感器能感知環境、機電工程、工作人員等信息，例如風力、排風量、溫度、速度比、振動、工作電壓、電流、輸出功率等，傳感元件包括甲烷、O2、錨桿壓力、擊穿應力、頂板離層環境等，也有方向跑偏、堆煤、粉塵、輸送帶移動等感應器，也有煤場料位、水位計、監控攝像頭、 RFID等感應器。在礦山路面、礦井創建起很多的感應器感測器系統軟件。

（2）深層互聯層。連接網絡的互聯層負責根據未來基礎設施安裝網絡設備，自物聯認知層將各種信息內容傳輸給網絡層。在路面、礦山開采下、網絡交換機、光電轉換器、無線路由器、服務器防火墻、網絡服務器等機器設備上面開展了布線，并且根據 PHS或 WiFi網絡進行無線網覆蓋，共同組成一個覆蓋所有煤礦的移動數據網絡。

（3）智能網絡層。智能網絡層給予通用性、靈便、智能的業務流程。礦山開采智能化系統重點包含礦山開采綜合性自動系統，員工智能管理系統，視頻監控系統，緊急情況指揮系統，3 DGIS系統，安全性智能管理系統等，最后按照電力線通信業務平臺傳送到網絡層進行統一管理，真正實現了礦井“采、掘、運、風、水、電、安”生產制造階段的信息化管理、自動化技術、智能化系統操控，從而實現礦井生產制造和作業管理的升級。

3 建筑智能化系統設計在礦山工程的具體應用分析

3.1 物聯化

物聯化指根據感應器將由此可見性拓展到礦山開采系統，給予一種新的實時數據源，這類實時數據源之前沒法應用(不能用或數據采集花費過高)。物化層關鍵包含各種各樣感應器、電動執行機構、可編程邏輯控制板、分布式系統智能感應器等，其基本是操縱模塊，并有很多實體線基礎設施建設。應用當代無線通訊技術代表著不用應用物理布線，可將傳感器和致動器置于一個環境中。礦井開采地質環境復雜，生產系統龐大，采掘自然環境變化頻繁，因此必須利用物聯網技術對整個采掘過程進行實時監測，以獲取更多的信息。礦山開采客體、工業設備、各種各樣系統均可按深入感知的規定，根據傳感器和數據信息獲取裝置，以傳感器表現出物體的靜態數據，動態特征。為保證煤礦安全生產，必須開展信息內容認知獲取工作：①對煤礦災害風險進行感知，完成各類災害安全事故的預警信息預測；②感知礦山開采周邊的安全環境，完成主動型安全性維護；③感知礦山機械設備的一切正常運作狀況，完成預料維護保養。

3.2 互聯化

互聯化的目地是將各種輸入數據信息投射到重要事件中的一種服務，這種服務可以與其它在所有礦井中存在的相關信息內容緊密結合，從而生成豐富的數據庫，以改進管理決策。互連層包含了互連工具軟件、各種互連方法以及適用于智能應用的套件，根據各種各樣通訊設備將信息內容部分歸納、全局性歸納，完成系統軟件的按需組成、實際操作、提升，最終依據智能化、多元化開展生產活動，并最終通過機器設備將其反饋給客戶。在礦山開采工程中，能夠與之同時存在的控制系統數百甚至上千個，每一個都執行著自己特定的任務。當今，國家煤礦安全監察局已基本上進行監測監控、人員定位系統、應急避險、壓風逃生、供電援救、通信聯系等系統軟件的基本建設。要合理地檢測這些地區，就必須將系統結構中的數據監測合理地集成化起來，在互聯網的層面上達到目標。互聯性的核心技術和作用要求以下：①事件處理和業務流程。主題活動和流程；數據信息標志、結合和關聯。②大數據挖掘與融合；行業有關信息實體模型；可互操作性信息內容架構；數據集成；協同數據庫管理。③過程集成化；拓展現有系統并開放新的工作流程；檢測工作流程；向系統和員工提供信息內容。

3.3 智能化

智能化是數學算法和統計分析工具在信息系統集成方面的新進展。基于智能系統軟件和專用工具，完成了智能層的模擬仿真，實現了結果預測分析、情景模型和輔助管理方法，使管理決策更加科學。礦山開采管理者對專用工具和操作界面(連接運用和數據信息)的了解、需求是完成智能化的重要。智能關鍵反映在下列好多個層面：①根據用戶需要，按需提供多種形式的服務項目；②具有普遍性，即服務項目在任何時候都是可行的；③具有靈活性，即服務項目在任何時候都是可行的；④具有全面性，即根據測算方法的復雜性和數學分析模型的復雜性，為決策人員提供智能改進服務。基于以上特點，智能化礦山的主要應用有：計算機終端服務器、電話、移動收集、智能終端設備、 IPTV、電視、手機視頻、三維圖形終端、實體模型終端設備等。

4 結語

信息時代的深入發展，給人們社會經濟生活帶來便利的同時，建筑智能化的發展也給工程行業帶來了更加智能、靈活的技術。在礦山開采工程上應用建筑智能化系統設計，能夠促進礦山開采工程的技術發展，形成智能化礦山。