新疆尼勒克縣松湖鐵礦智能化建設規劃與展望

張洪偉，尚 麗，王齊亮

(新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第七地質大隊，新疆 烏蘇 833300)

隨著“制造中國2025”[1]和“互聯網+”的不斷推進，許多企業都在將產業的工業制造與智能化及自動化協調運行，促進企業的快速發展。國家積極發展鐵礦智能化建設，明確了我國智慧鐵礦發展的技術內容，建成各類鐵礦基本實現智能化；建成多產業鏈、多系統集成的智慧鐵礦系統；最終建立感應智能化、計劃智能化以及自動化的鐵礦智能化系統。

筆者通過全面梳理松湖鐵礦所面臨的實際問題，分析了松湖鐵礦目前來說智能化維護程度良莠不齊,功效變化效率很低,科技革新認識不強。系統地提出了智慧鐵礦建設的總體目標和建設內容，闡述了松湖鐵礦智能化建設未來的發展模式，為松湖鐵礦后續智慧鐵礦建設提供了參考。

1 松湖鐵礦智能化現狀分析

新疆天華礦業有限公司成立于2006年10月，是一家集鐵礦石開采、礦業投資、礦業技術咨詢服務、礦產品加工、銷售為一體的中型國有控股企業。新疆天華礦業有限公司致力于綜合利用人員和鐵礦資源，保證礦山環境的保護和企業生產的安全。目前來看，企業通過建設三維礦山的模型，用時時可監測的數據和監測環境建立了三維實景模型，這樣更有利于企業的決策層做出計劃。利用智能生產減少工作人員，加快松湖鐵礦智能化建設。

在此背景下，松湖鐵礦緊跟時代進步潮水，踴躍呼應國家智能制造指導精神，以三維建模平臺建立智能數據庫，包括地形地質實景建模、鉆孔數據庫建模、地質剖面建模、礦體及品位建模、地下井巷工程建模及地球物理數據庫建模。實現礦井設計、地質勘查、采礦、運輸、安全保障和生產管理，一切發展智慧鐵礦建筑任務，為松湖鐵礦的智能化建筑打下了根底。

2 松湖鐵礦智能化總體建設規劃

2.1 存在問題

2.1.1 應用數據利用率低。松湖鐵礦各傳感器及硬件設備監測的大量數據沒有得到深入應用，只是簡單的數據展示，利用率極低。

2.1.2 各環節缺乏互通。松湖鐵礦的各個層面單獨工作，沒有做到合理化的聯結，這導致無法共享和交換信息、復雜的系統操作和嚴重的應用程序孤島。

2.1.3 分析決策不合理。松湖鐵礦的整個分析決策層主要依靠專業人員的經驗，缺少相應的專業化依據，各部門難以做出宏觀的決策分析和指標規劃。

2.2 建設目標

2.2.1 應用的深度互通管理。鑒于物聯網平臺，建立科學合理的技能架構，處理傳感感知齊整、產業自動化齊整及安穩，各個部門協調進步，構建一體化數字孿生應用平臺，實現全方位精準可視、智能調度、控制、預測預警、分析及多級多域高效管理。

2.2.2 數據的可視化管理。依托三維建模平臺，構建覆蓋設計、安全、運營，多環節、多系統的三維空間可視圖，融合鐵礦各類工程數據，業務指標，實現“人-機-環”的可視化平臺。議定學問圖譜明白數據間的干系相關，發現數據反面的深層含義，并將數據轉換為可視化圖表，幫助鐵礦企業更加容易地發現和理解其中的模式和規律。

3 分析決策的優化管理

通過大數據系統充分檢索整個鐵礦行業的智能決策，建立大數據鐵礦知識庫、數據分析模型庫和分析決策處理庫，利用大數據為松湖鐵礦提供更加全面和準確的智能化決策。

松湖鐵礦智慧鐵礦建設仍處于起步階段，更多技術的引進只能使各個子系統的獨立運行，缺乏整體技術構架的設計和體系結構，從而導致實際應用效率低下，子系統傳輸協作割裂，信息無法共享等問題。

通過上述分析可見，筆者借鑒物聯網經典體系架構角度提出了一種基于自主感知控制層，數據傳輸共享層，分析決策系統層及生產經營管理層的智慧鐵礦建設系統架構，其特點在于各層之間分工明確，統一通信協議，各個系統間能夠互通，如圖1所示。

圖1 智慧鐵礦的體系結構

4 松湖鐵礦智能化建設內容

4.1 智能傳感與控制技術

智慧鐵礦基于自主感知控制層對鐵礦整體環境的監測、感知和控制，包括控制器、傳感器、視頻監控、基站和其他設備。

智慧鐵礦的自主感知控制層的傳感器和控制器主要應對整個松湖鐵礦進行全方位的實時監控和預控，利用多種傳感器對松湖鐵礦中人員、設備與環境的各種力的作用、位置信息等進行獲取，如圖2所示。利用數據傳輸共享層，對整個松湖鐵礦的監測數據進行統一采集和統一傳輸，在分析決策系統層，實現對傳輸數據的深度集合和快速鏈接，在物聯網操作平臺實時顯示出整個松湖鐵礦的整體情況。當面對突發情況時，實現不同層次通過建立智能的區域災害評估模型，發揮各模塊之間的協調控制，推動控制向前發展[2]。

圖2 感應傳感器及監測數據

4.2 物聯網綜合管理平臺

面對現代鐵礦智能化的建設和發展，系統可視化和綜合管理平臺的需求越來越突出。物聯網作為現代信息技術蓬勃發展，適應松湖鐵礦智能化發展和鐵礦石改革的要求，因此本研究提出建立物聯網綜合管理平臺。其中，包括施工數據檢測中心、空間數據云中心和運營管理中心。

物聯網綜合管理平臺主要實現以下功能：①通過物聯網管控鐵礦設備，共享設備，規劃建設方案。②鐵礦數據統一存儲進行大數據分析[3]。③通過統一門戶和服務中心進行協作調度。④通過應用模板規范統一系統實現，進行統一鐵礦監控和運營。

通過建立實時顯示、公開透明的松湖鐵礦整個工作環境和工作狀況的全系統場景平臺是物聯網綜合管理平臺的基礎。其中主要是鐵礦人員的位置信息和設備環境的監測，實時保證各系統間的位置確定和精準控制。面向松湖鐵礦智能化的建設與發展，加快建設開發、安全、有效的智慧鐵礦綜合管理平臺是重中之重。具體來說開工數據監測中心是指松湖鐵礦職員和配置的位置訊息監測。用來對整個松湖鐵礦的工作數據和實時施工過程進行記錄；空間數據云中心是對整個鐵礦空間位置的實時記憶與傳輸；運營管理中心是對松湖鐵礦的日常工作管理的數據記錄。深化鐵礦物聯網技術創新[4]、使用翻新和處分翻新，對鐵礦的工況進行分析、跨層級的生意伙伴和音訊資源進行共享。

圖3 多專業協同處理技術示意

松湖鐵礦的物聯網綜合管理平臺依托三維建模平臺，三維建模礦業工程軟件改變了傳統的以專業為界限的孤島數據管理方式，通過三維圖形數據庫協同互動技術，打通了地質、采礦、測量、環境等多個專業的數據壁壘，為松湖礦山消費企業供應了更加嶄新、全新及全面的三維可視化生產管理方案和設想方式。解決了松湖鐵礦的三維實景建模和數據庫的建立，主要是對采礦中的設計、挖掘工程的計劃、炮孔排距的設計及GPS測量。整個系統滿足了松湖鐵礦行業設想、生產、科研工作的需求[5]。同時，該平臺實行的是安全監測數據預警判辨和各類危險的信息追蹤處理[6]，對松湖鐵礦中的企業危險源和隱患等數據的定位紀錄和約束，可能在發現救濟和危險事件時為決策者供應出整個的救急決策數據扶助，最大水平消沉產生問題的概率和減削問題所釀成的虧損。

4.3 大數據分析決策技術

松湖鐵礦大數據的主要源自內部和外部兩個地方，如圖4所示。對于松湖鐵礦內部的數據，重要是經過礦井配置及傳感器供給的安全生產數據、配置的運轉與維持數據、配置的監控數據以及管理部門的決議數據。對于外部數據，主要是讓松湖鐵礦與整個礦業市場結合，深度分析當前鐵礦市場信息、供應商信息以及政府公開信息，以便于分析決策部門和管理人員做出相應的、符合市場的決策安排。

圖4 智慧鐵礦大數據來源

目前，松湖鐵礦建設過程中，各系統數據分散，精度不高，數據誤差較大且應用率低，因為市面上各種軟件和硬件系統之間沒有辦法兼容與匹配，所以這樣就會誕生信息孤島，導致系統無法有效指導精準操作。

基于大數據分析和決策技術的松湖鐵礦智能化建設將數據按類型和來源分類，實現數據標準化。其中，智能決策系統是對松湖鐵礦的故障診斷、應急管理、成本分析、動態決策等進行處理決策。智能應用系統是對松湖鐵礦生產調度、安全管控、安全監控、機電管理等進行處理和管測[7]。松湖鐵礦智能化建設應充分利用數據傳輸和大數據系統。在數字化和自動化的基礎上，利用大數據分析完成智能鐵礦石的獨立決策。

5 結束語

本研究找出了松湖鐵礦智能化建設中存在的問題，針對問題，提出了松湖鐵礦智能化建設規劃，給出了明確的建設目標和建設內容，得出了以下結論：①松湖鐵礦存在應用數據利用率低、各環節缺乏互通、分析決策不合理3個問題。②松湖鐵礦智能化建設總體框架應分為自主感知控制層、數據傳輸共享層、分析決策系統層、生產經營管理層。③松湖鐵礦智能化建設的內容包括智能傳感與控制技術、物聯網綜合管理平臺、大數據分析決策技術3個方面。④未來智慧鐵礦逐步邁向自主感知、自主決策、自主執行的少人無人化階段。松湖鐵礦未來智能化建設仍需要將信息化與工作化相結合，為其他智慧鐵礦建設提供參考。