基于网络的三维数字矿山综合监控系统应用案例.docx

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基于网络的三维数字矿山综合监控系统应用案例

基于网络的三维数字矿山

综合监控系统应用案例

北京威远图易数字科技有限公司

2009年3月

一、应用背景

随着煤矿安全生产新技术的不断推广应用和管理水平的不断提高，矿井安全生产综合监控已经不只是考虑加快生产过程中某一环节的速度和效率，而是将整个生产过程作为一个整体来考虑，形成全生产过程的综合监控。

考虑到各业务子系统都处于相互独立的状态，各成体系，维护量大，整体可靠性差，维修、维护困难，信息不能互通，信息资源共享和利用效率低下，很难从系统的角度对矿山自动化进行统一管理，形成了“信息孤岛”现象，现有信息资源无法有效整合。

如何做到“共建共享”、“分建共享”?

因此建设统一的综合信息管理系统平台，使设备工况、控制及环境参数在统一的平台传输和集成，实现信息资源的综合利用，提高安全生产调度管理水平，实现对工矿设备及安全环境的集中监测与控制迫在眉睫。

二、应用目标

本系统定位在综合监控上。

主要在安全监测、人员定位、工业视频监视、束管监测已经基础通信等取得广泛的应用，综合监控系统在基于上述专业子系统的基础上，总结既有经验，全面推广，并在子系统的基础上搭建综合监控主控系统。

基于网络的三维数字矿山综合监控是在矿山基础信息（空间、设施、管理）的基础上，通过对矿山企业自然状况的分析（系统），对管理规章制度的执行情况的监控，对设备开停的监测甚至包括日后的远程控制（物），让企业的各级领导可以层层管理，层层控制企业的安全生产状况，并可以依据系统反应的实时生产情况判断生产作业是否合理，安全管理制度是否到位（管理和制度），相关的政府管理部门也可依据系统所反应的实时情况随时监控企业的安全生产状况，以网络和可视化三维空间的高科技手段对四个安全因素进行管理和监督，为企业安全建设提供强有力的信息支撑和保障。

综合监控系统可以实现集团各矿井安全生产有关的远程集中监控。

保证煤矿的安全生产，及时发现事故隐患，提供事故抢修应急指挥，实现企业的有序高效运营。

对子系统比较完善的煤矿建设一套综合监控系统，可以接入下列专业子系统：

1）生产自动化系统

2）供电监控系统

3）安全监控系统

4）人员定位系统

5）束管火灾预报监测系统

6）煤炭计量管理系统

7）调度通讯系统

8）工业电视监测

最终建设一整套具有煤矿企业管理特色，实用、易用、可靠的信息化集成系统。

具体目标为：

●是以安全生产为中心的煤矿综合监控。

综合监控系统是应用现代电子技术和自动化技术对矿井生产过程实现全面监控的系统，把采掘生产设备监控系统、皮带运输监控系统、辅助生产设备监控系统等子系统数据进行集中监控，实现生产及辅助生产各运行参数的统计并上传至矿区局域网，使得煤矿生产和管理更加科学高效。

同时将一些主要生产数据和安全情况向上一级管理部门进行汇报，上一级管理部门可以通过这些数据对煤矿进行远程实时监视。

出现紧急情况发出告警信号。

●是把各种相对分散、独立的信息组成一个整体，使员工能通过信息平台访问所需信息实现协同工作。

●是满足煤矿集中管理需求，建立企业完整的组织及层次关系，通过信息平台解决企业内部人、财、物、产、供、销等集中控制和管理。

●提供煤矿统一管理模式下生产安全、有序和高效的运营。

矿级综合监控系统建成后，可实现各矿井主要生产环节如：

原煤生产、原煤主运输、提升、地面生产系统、辅助安全等各个生产环节的集中监控。

保证煤矿的安全生产，及时发现事故隐患，提供事故抢修应急指挥，实现企业的有序高效运营。

●实时、系统化解煤矿生产安全突发事件。

综合监控系统建成后，各矿的各专业子系统应用不再是孤立的应用，是整个煤矿生产中的重要组成部分。

这样任何一方紧急突发事件，尤其是与安全生产相关的事件，都可以在综合监控系统的技术平台上，从整个煤矿的角度和高度实现信息共享资源共享，实时处理突发事件，及时、准确、系统性化解生产过程的各项突发事件。

●管控一体化。

结合煤矿安全生产综合应用的企业级要求，按照“一体化”整体解决方案的设计思想，采用分层分布的体系结构，实现煤矿综合监控应用对既有子系统的融合和后续专业子系统应用的分步实施。

为以后整个集团的管控一体化建设提供基础。

●提升集约化经营。

通过各矿级综合监控的建设并使各专业子系统的统一标准，规范管理，集中维护，避免不必要的重复建设和减少人力成本，提升企业市场竞争力，增加经济效益。

为以后集团的集约化管理提供基础。

系统建成后，使各自动化子系统数据在异构条件下可进行有效集成和有机整合，实现相关联业务数据的综合分析，集控中心人员或相关专业部门人员通过相应的权限对安全和生产的主要环节设备实时监测和进行必要的控制，实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化，为矿井预防和处理各类突发事故和自然灾害提供有效手段。

总之：

系统运行后，设备稳定，传输可靠，系统安全，实现三网合一，达到监、管、控一体化及减员增效的目的，建成本质安全型的数字化矿井。

三、应用框架

系统包括了相关信息的采集、维护和管理；采用三维空间和计算器网络的手段，使管理和应用人员方便的在不同地点和不同环境下，只要能浏览计算机网络，就可将实际生产三维空间拉入眼前。

系统的逻辑结构和功能如下图所示。

系统功能逻辑结构

四、系统功能

1.矿山全方位展示浏览

数字矿山是建设在数字地球基础上的矿山三维立体信息系统。

因此首先必须实现对矿山的全方位浏览。

其中包括：

●矿山地面工业场地、地面建筑和设施的真实反映；

●矿山井下巷道的真实反映，能够从各个不同的角度查看井下巷道的布局，可以进入巷道内部进行浏览，还可以看到巷道内部的设备。

10）平面图纸实时更新，而且经授权才可以打印；

数字矿山地上总览图

数字矿山地上总览图

数字矿山地下总览图

数字矿山井地下巷道

2.对矿山基础信息的查询

对矿山企业的交通位置、地质状况、开采状况及资源状况等矿山基础信息可以很方便的调阅查询。

3.属性数据查询定位

●查询选择对象的属性；

●通过属性（主要是名称）查询和定位对象；

●查询设备（巷道内）和巷道，监督生产进程和设备更新；

●对矿山进行进度监测，若矿山有设备可以探测巷道掘进情况，系统进行更新，然后每段时间根据实际资料更新一次。

数字矿山巷道模拟

数字矿山设备管理

4.安全管理

●事故、避灾模拟

✧模拟事故的发生，事故的起因及过程的模拟

✧避灾应急路线模拟，在事故汇报中以带颜色的方向箭头表示。

数字矿山井下水灾避险

●系统监控

远程监控，远程人员定位，远程工业电视实时监控

●对设备开停的反映；

●对矿井的安全生产的远程诊断（石门揭煤等）；

●其他安全管理功能

5.生产管理

●井下采掘、通风、运输、排水、抽放、压风自救、供电等系统的反映；

●对巷道掘进，工作面推进，机电设备安装变更等井下设备真实反映和更新；

●对设备开停的反映和远程控制；

●属性数据查询定位

✧查询选择对象（巷道、建筑）的属性；

✧通过属性（主要是名称）查询和定位对象；

✧查询设备（巷道内）和巷道，监督生产进程和设备更新；

瓦斯监测

6．统计

譬如：

可根据选定区域进行事故统计分析，可按不同的类型进行事故统计分析，可按不同等级进行事故统计分析。

柱状图

数字矿山产量统计

7．动画导出功能

将浏览路线和事故发生过程等录制成三维动画，可在任意电脑上播放。

8．系统维护

便于对系统进行更新和维护，维持数字矿山长期稳定的运行。

五、关键技术

数字矿山已经成为当今信息化建设的一个热门话题，无论在网上还是在各种相关的期刊上关于数字矿山的说明和信息也较多，国内一些专家学者也在对数字矿山进行探讨。

但对于数字矿山这个概念，却有许多不同的认识，各个研究机构和专家学者由于角度不一，对数字矿山的定义也不一样。

实际上，作为信息化建设的一种思想，一个概念或一种理念，数字矿山还没有定论。

在信息系统的发展初期，建设者们比较重视计算机宽带网络系统的建设，用多少光纤来衡量社会的信息化水平。

但是很快就发现，如果没有数据，光有光纤并不能叫做信息化，数据才是信息化的核心内容，网络只是解决了数据的通路问题，数据的来源、组织、存储和管理，应该成为数字矿山的建设重点。

在与矿山安全、生产息息相关的数据中，采用地理信息系统技术表达的空间数据具有描述空间位置和经济、社会发展指标双重功能，占有极其重要的地位。

因此，矿山地理信息系统的建设理应成为数字矿山的核心和切入点。

数字矿山是综合运用地理信息系统、遥感、网络、多媒体及虚拟仿真等技术，对矿山的基础资料、设备设施、动态监测、矿山环境进行采集和管理，为矿山的安全管理、生产管理和应急救灾等决策服务的技术系统。

“数字矿山”的任务是在矿业信息数据仓库的基础上，充分利用现代图形学技术、空间分析、采矿、知识挖掘、虚拟现实、可视化、网络、多媒体等新工具，建立一个包括地形、气象、交通、建筑人文、环保、地面运输、工业管路、岩层、煤层、地质构造、水体、煤层气（瓦斯）、地面工程、地下工程、井下运输、供电、通风、防尘、避灾路线、抗灾路线、生产调度、监测监控、安全管理、设备管理等地理信息层、并集成办公自动化、工业自动化、管理系统、电子商务等管理信息层的强大时空信息系统。

随着二十一世纪的互联网技术、计算机技术、3S（GIS/RS/GPS）技术、虚拟现实、航空与航天技术等的飞速发展，给地理信息技术手段带来前所未有的变革，利用高分辨率卫星影像以及航空像片，通过对影像的平面、高程、结构、色彩等的数字化处理，按照统一坐标无缝拼接而成可以迅速建立基于真实影象的三维数字矿山，人们可以直观的从三维矿山上判读处山川、河流、道路。

借助传统平面地图的概念，叠加空间矢量数据，地物兴趣点数据、以及三维模型数据形成可视化三维数字矿山展示系统。

与传统二维GIS系统相比，三维数字矿山展示系统突破平面地图对空间描述二维化、三维空间尺度感差、没有要素结构与纹理信息等诸多限制，通过对真实地形、地物、建筑的数字化三维模拟和三维表达，提供给使用者一个与真实生活环境一样的三维矿山环境，通过对三维矿山的数字化管理，为矿山建设、企业管理、险情监控提供可持续发展的信息化服务，减少信息孤岛，大力提高矿山空间信息共享和利用水平，提高矿山整体信息化管理和经营管理水平。

“数字矿山”平台要不仅具有强大的绘图能力和三维建模能力，而且对采掘、一通三防、防治水、供电、运输、矿压等生产规划、危险源辩识和预测预报有较强的决策支持能力，而且要消除各专业和各部门之间的信息孤岛，达到信息完全共享和动态联动。

因此，“数字矿山”是一项包括计算机图形学、虚拟现实技术、多媒体技术、监测监控技术、数据仓库和数据挖掘技术、3S技术、电子商务技术以及与采矿有关的几十门专业的关键技术的复杂的系统工程。

系统核心是综合利用计算机虚拟现实技术、仿真技术、GIS技术和数据库技术，建立统一的、基础性的、可扩展的空间信息服务平台。