..煤礦數(shù)字化礦山建設方案報告1數(shù)字礦山建設的必要性21.1背景21.1.1礦山信息化的發(fā)展情況21.1.2礦山信息化存在的問題31.1.3國內外數(shù)字礦山建設情況31.2數(shù)字礦山內涵41.2.1數(shù)字礦山的含義41.2.2數(shù)字礦山建設目標61.2.3數(shù)字礦山對安全生產及輔助決策的意義72XX煤礦數(shù)字礦山建設82.1XX煤礦數(shù)字礦山現(xiàn)狀82.2采用3DGIS數(shù)字礦山系統(tǒng)建設XX煤礦數(shù)字礦山9建立XX礦井數(shù)據(jù)自動采集和更新系統(tǒng)112.2.2搭建XX煤礦礦用監(jiān)控數(shù)據(jù)中心122.2.3搭建XX煤礦礦用空間數(shù)據(jù)中心142.2.4構建XX煤礦各種專業(yè)算法庫142.4.5構建XX煤礦數(shù)字礦山基礎信息平臺152.4.6構建XX煤礦數(shù)字礦山專業(yè)應用軟件153數(shù)字礦山系統(tǒng)簡介及應用163.1數(shù)字礦山平臺163.1.12DGIS數(shù)字礦山平臺163.1.23DGIS數(shù)字礦山平臺163.1.33DGIS數(shù)字礦山基礎信息平臺173.23DGIS數(shù)字礦山核心應用系統(tǒng)183.2.1全礦井三維可視化系統(tǒng)183.2.23DGIS查詢管理分析系統(tǒng)213.2.3全礦井三維綜合自動化系統(tǒng)253.2.4瓦斯地質規(guī)律分析與編圖系統(tǒng)283.2.5智能化礦井通防系統(tǒng)293.2.6礦井電力設計系統(tǒng)301數(shù)字礦山建設的必要性1.1背景1.1.1礦山信息化的發(fā)展情況建國以來,中國礦業(yè)經過半個世紀的快速發(fā)展,已建成國有礦山近萬座,集體礦山和其他非國有礦山20多萬座,年開采礦石量超過50億t,從業(yè)人員2100多萬,帶動了300余座以采礦和礦產品加工為支柱產業(yè)的礦業(yè)城市的興起,其中煤炭城市54座,煤炭產量位居世界第一。僅就煤炭生產而言,我國的生產水平和自動化程度就有高有低、參差不齊,既有幾千座完全靠人工作業(yè)的年產幾萬噸的小煤井,也有幾百座年產幾十萬或上百萬噸的普采或高檔普采礦井,還有上百個年產幾百萬噸的綜合機械化礦井,甚至又有年產上千萬噸的綜合自動化礦井。由于煤礦井下作業(yè)處于地表深處,地質條件復雜,環(huán)境惡劣,瓦斯、粉塵、水害、頂?shù)装迨鹿省⒒馂碾[患難以探測和辨識,大型事故時有發(fā)生,給我國煤礦生產造成了重大損失,也危及了煤礦工人的人身安全。尤其是對地面地物類和地下地質體對象掌握不清楚,了解不充分,并且對其變化規(guī)律沒有充分的認識,所以,無論是開拓設計、巷道布置、采掘設計、接替安排,還是進尺計劃都沒有充分安全性、可靠性和合理性,由此也引發(fā)了象通風、防塵、運輸、排水、支護、注漿、供電等系統(tǒng)的設計不合理、配套性不好、連動性不強、反映遲緩,造成避災措施不利、系統(tǒng)抗災能力差。根據(jù)各學科的特點和發(fā)展現(xiàn)狀,我們認為要想從根本上解決煤礦的安全生產和高效生產問題,除了技術更新和技術改造外,更重要的是建立一個完整的礦山數(shù)字化系統(tǒng),以實現(xiàn)地面地下所有時間空間對象的透明管理,使得礦區(qū)的氣象、地形、水文、建筑、道路、橋梁、地面設施以及地下的煤巖層、斷層、裂隙、陷落柱、水體、瓦斯和各類地下工程和地下設施盡在掌握中,從而使整個礦山從設計、生產到管理都能很好地兼顧工藝的先進性、設備的可靠性和生產的安全性,大幅度地提高抗災能力和生產效率。隨著計算機技術、信息技術、通訊技術、自動控制技術、3S〔GIS、GPS、RS技術、網絡技術的發(fā)展,及在社會經濟其他行業(yè)應用研究的展開,在美國前副總統(tǒng)戈爾提出"數(shù)字地球"概念以后,國內眾多研究機構和學者相應提出了"數(shù)字礦山"的概念,對"數(shù)字礦山"建設的關鍵技術和建設方案從不同角度提出了各自的看法及思路。由于礦山是一個以資源為開發(fā)對象的離散生產系統(tǒng),因此,數(shù)字礦山即不是"數(shù)字地球"概念的簡單延伸,也不是普通ERP〔EnterpriseResourcePlanning概念的簡單復制,而是一個包含二者部分特性的嶄新概念。1.1.2礦山信息化存在的問題1、有些企業(yè)重硬件輕軟件,可以花很多錢進行硬件購置和網絡建設,就是不舍得進行軟件投資。2、對"數(shù)字礦山"理解不深刻,有些企業(yè)領導認為上了一部分自動化項目或監(jiān)測項目、實現(xiàn)了財務管理或資產管理電算化、實現(xiàn)了部分專業(yè)的計算機繪圖和辦公自動化等就是"數(shù)字礦山"。3、沒有實現(xiàn)基于地質地理空間信息系統(tǒng)的,數(shù)據(jù)采集-模型建立-智能決策-控制生產的數(shù)字化閉環(huán)系統(tǒng),有些信息化內容,也都是一些信息孤島,雖然有些礦號稱實現(xiàn)了信息集成,只是各種信息系統(tǒng)的簡單連接,沒有實現(xiàn)信息的真正共享。4、面向采礦行業(yè)的系統(tǒng)開發(fā)商還沒有給用戶提供一個真正實用的數(shù)字礦山集成平臺。1.1.3國內外數(shù)字礦山建設情況目前世界上常用的GIS軟件也已達400多種,它們大小不一,風格各異,如國外較著名的有ARC/INFO、GENAMAP、MGE等,國內較著名的有MAP/GIS、Geostar、Supermap和CITYSTAR等,但均不適合礦山應用；盡管有一些礦山空間管理軟件,如國外的Minescape軟件、Coalsoft軟件、MOSS軟件、GEMCOM軟件、MICROMINE、Sparc和MinCom軟件等,但由于受專業(yè)知識的限制和技術的制約,所有這些軟件都只考慮了單一專業(yè)的局部應用,沒有考慮相關專業(yè)的聯(lián)動性,所用平臺起點低、內容少,智能性差,不便于擴展。其系統(tǒng)就沒有考慮如何管理象山體、水體、建筑、道路、橋梁、管網和設備等地面對象,也沒有考慮象巷道、硐室、煤巖層、礦體、斷層、陷落柱、各種含水層和富水區(qū)、瓦斯賦存區(qū)以及采、掘、機、運、通等地下對象的屬性內容,所以利用這些軟件就不能有效地解決采礦設計、通風防塵、防治水、供電、運輸、支護和環(huán)境保護等專業(yè)的信息共享和專業(yè)聯(lián)動問題,最終還是消除不了信息孤島,信息不能重復利用,對相關不了真正的輔助分析、輔助設計和決策支持。離安全保障系統(tǒng)和數(shù)字礦山的需求相差甚遠。國內,雖然,經過近幾年的開發(fā),中國礦山行業(yè)的信息化建設有了較大發(fā)展,大多數(shù)現(xiàn)代礦井和大型集團公司都實現(xiàn)了瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網,有些公司實現(xiàn)了部分綜合自動化；有些公司實現(xiàn)了部分ERP項目、設備管理或資產管理；大部分公司都實現(xiàn)了計算機輔助地測制圖；有些公司已經開始實施地理信息系統(tǒng)建設。但是,總體狀況仍然很不樂觀,由于,中國礦山在礦山勘察、規(guī)劃、設計、生產、管理、全過程監(jiān)控等信息化領域與發(fā)達采礦國家的差距越來越大,中國礦山既沒有把信息資源當作礦山的重要戰(zhàn)略資源之一加以統(tǒng)籌開發(fā)和利用,更沒有形成系統(tǒng)性能穩(wěn)定、信息資源充足的礦山信息基礎設施。1.2數(shù)字礦山內涵1.2.1數(shù)字礦山的含義所謂數(shù)字礦山就是指在礦山范圍內建立一個以三維坐標為主線,將礦山信息構建成一個礦山信息模型。描述礦山中每一點的全部信息。按三維坐標組織,存儲起來,并提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段。使有關人員都可以快速準確、充分和完整地了解及利用礦山各方面的信息。在這個意義上說,數(shù)字礦山就是一個礦山范圍內的以三維坐標信息及其相互關系為基礎而組成的信息框架,并在該框架內嵌入我們所獲得的信息的總稱。因此,我們可以從兩個層次上來理解數(shù)字礦山。一個層次是將數(shù)字礦山中的固有信息〔即與空間位置直接有關的相固定的信息,如地面地形,井下地質、開采方案、已完成井下工程等數(shù)字化,按三維坐標組織起來一個數(shù)字礦山,全面、詳盡地刻畫礦山及礦體；另一個層次是在此基礎上再嵌入所有相關信息〔即空間位置間接有關的相對變動的信息,如安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、膠帶集控系統(tǒng)、人員定位監(jiān)控系統(tǒng)等生產過程中的設備、環(huán)境、人員信息組成一個意義更加廣泛的多維的數(shù)字礦山。通過對數(shù)字礦山的概念理解,數(shù)字礦山是在井田范圍內在統(tǒng)一的三維空間坐標參考下,對礦山每一特征點的固有信息和動態(tài)信息的展示和利用,也就是要再現(xiàn)礦井的本來面目,要實現(xiàn)這一目標,需要展示和處理龐大海量的多維數(shù)據(jù),同時會涉及許多新技術的應用,包括地理信息系統(tǒng)的應用,在此基礎上,從事煤炭行業(yè)信息化的一些業(yè)內人士普遍認為"數(shù)字礦山"具有以下特征：建設貫穿井上和井下的高速企業(yè)網絡："數(shù)字礦山"的建設與礦山信息化運行是以高速企業(yè)網〔Intranet為基礎。100M/1000M高速光纖網絡是確保"數(shù)字礦山"實施和海量礦山數(shù)據(jù)在企業(yè)內部、外部快速傳遞的前提。建立礦井基礎數(shù)據(jù)采集和更新手段：采集礦井基礎原始數(shù)據(jù)和及時更新是保證"數(shù)字礦山"基礎數(shù)據(jù)共享的前提。多源異質和動態(tài)變化是礦山數(shù)據(jù)的基本特點,所以必須以礦山測量〔RS、GPS、數(shù)字攝影測量、常規(guī)地面測量和井下測量等、地質勘探〔鉆探、槽探、山地工程、地球物理物探、化探等、工業(yè)傳感〔指各類接觸式與非接觸式礦山專用傳感與監(jiān)視設備/儀器采集系統(tǒng),如應力傳感、應變傳感、瓦斯傳感、自動監(jiān)測、機械信號與故障傳感、工業(yè)電視等和文檔錄入〔法規(guī)、法令、文件、檔案、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等等為綜合手段,來建立精確、動態(tài)和全面的礦山綜合信息采集與數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)。建立礦井基礎數(shù)據(jù)及模型：基于3DGIS和3DGMS的空間構模技術以及數(shù)據(jù)挖掘技術對原始數(shù)據(jù)進行"加工過濾"來建立煤礦井田地表地形、地面工業(yè)廣場、礦體與采區(qū)巷道及開挖空間矢柵整合的真三維整體模型與重點細節(jié)模型；同時考慮采掘工作面場景、機電設備、通風設施、電纜管線等模型的建立與可視化。GIS技術是系統(tǒng)集成支撐平臺：以3DGIS為集成技術,融合全礦井自動化系統(tǒng),在統(tǒng)一的時空參照下,調度和控制各專業(yè)子系統(tǒng),確保系統(tǒng)高效運行。開放的軟件平臺：礦井基礎數(shù)據(jù)的檢索、展示和利用需要統(tǒng)一的具有開放性能的平臺軟件來承載,要求系統(tǒng)的開放性是保證"數(shù)字礦山"良性發(fā)展的前提,一是系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)格式向第三方集成商開放,二是系統(tǒng)要兼容主流的GIS空間數(shù)據(jù)格式和模型數(shù)據(jù)格式,三是系統(tǒng)內部各模塊之間通過接口可以互相通訊。建立各專業(yè)專家分析系統(tǒng),為煤礦安全生產經營管理提供決策支持：以采、掘、機、運、通為主線的各子系統(tǒng)構成了煤礦生產系統(tǒng),在基于3D模型、可視化技術與虛擬現(xiàn)實技術全面展示礦井的同時,基于3DGIS空間分析功能,對采、掘、機、運、通各子系統(tǒng)的工作原理進行仿真模擬,在此基礎上建立各專業(yè)的專家系統(tǒng),為煤礦安全生產經營管理提供決策支持。1.2.2數(shù)字礦山建設目標隨著計算機技術在采礦業(yè)的不斷應用,采礦業(yè)正由經驗型、傳統(tǒng)型向科學型、定量分析與處理、自動化方向發(fā)展。我們根據(jù)礦山生產的實際情況,將下一步數(shù)字化礦山建設目標定位于：以計算機及其網絡技術為手段,把礦山的所有空間和有用屬性數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)字化存儲、傳輸、表達和深加工,并應用于各個生產環(huán)節(jié)的管理和決策之中,以實現(xiàn)礦山生產的系統(tǒng)優(yōu)化,達到提高資源的綜合利用率、降低生產成本、實現(xiàn)利潤最大化的目的。高效快速的推進礦山網絡化、數(shù)字化、智能化、信息化、綜合自動化在煤礦的整體應用。數(shù)字礦山建設的最終目標如下圖所示。〔XX煤礦數(shù)字礦山的最終具體目標見2.2章圖1.2-1數(shù)字礦山建設目標1.2.3數(shù)字礦山對安全生產及輔助決策的意義建設"數(shù)字礦山"的重要意義在于：1、實現(xiàn)安全管理的數(shù)字化,為打造本質安全型礦井提供信息保障一旦建立了包括完整的地質信息、危險源信息和生產信息的3D時空虛擬礦山模型,所有開采設計都能夠預先模擬出開采進度的動態(tài)結果,包括安全隱患的預先顯現(xiàn),開采結果的預先模擬,可把大多數(shù)安全隱患消除在設計階段和采掘之前。隨著采礦生產的不斷推進,可以根據(jù)各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和檢查檢測系統(tǒng)返回的動態(tài)數(shù)據(jù),利用"數(shù)字礦山"系統(tǒng)提供模型庫、方法庫對巖體變形、瓦斯突出、突水透水等危險等因素進行實時分析,對各種安全隱患進行超前預測預報,對不安全因素提前進行整改,同時對有危險性較大的區(qū)域進行重點監(jiān)控,對無法避免的災變可以快速啟動相應的應急預案進行緊急救援。對必須生產的危險區(qū)域,可以啟用遠控裝備和無人化作業(yè)?？傊?一旦完成了數(shù)字礦山建設,不僅可為井上井下作業(yè)人員創(chuàng)造一個安全舒適的工作環(huán)境,更重要得是把整個礦山變成了一個透明體,指揮人員只要對著計算機屏幕就可看到井下的一切內容,如果加上虛擬現(xiàn)實設備,就可以隨時到達"現(xiàn)場"的任何角落,進行"現(xiàn)場"作業(yè)和指揮。因此,數(shù)字礦山的建設使地下的一切內容變成可見得,使一切危險因素變成可知的,使一切操作過程變成可控的,使礦井生產變成本質安全型的。2、實現(xiàn)生產管理的精細化,為打造高產高效礦井提供決策手段在精細的動態(tài)三維地質模型基礎上,利用數(shù)據(jù)倉庫提供的完整信息和"數(shù)字礦山"系統(tǒng)的智能化工具,包括定額管理、計劃管理、物資管理、人力資源管理、設備管理、生產技術管理、經營管理、成本管理和調度管理等系統(tǒng),實現(xiàn)開采設計的智能化和最優(yōu)化、礦山生產的信息化和自動化、礦山管理的規(guī)范化和科學化,達到生產效率的最高化和生產成本的最低化。由此可見,建立數(shù)字礦山的意義是巨大的,但值得注意的是數(shù)字礦山建設不是一蹴而就的,也不是靠炒概念能建成的,數(shù)字礦山建設不僅要有巨大的資金投入,也同時需要政府的支持,更需要技術力量強大的軟硬件廠商和管理理念先進的用戶的密切配合。2XX煤礦數(shù)字礦山建設2.1XX煤礦數(shù)字礦山現(xiàn)狀XX煤礦為新建礦井,在數(shù)字礦山建設方面有著良好的起點和基礎,按照礦井基礎信息的內容構成的角度,可從三個方面來分析,一是采集礦井井巷和煤巖層空間數(shù)據(jù)的地測管理信息系統(tǒng)；二是采集礦井生產過程中的環(huán)境、設備、人員等動態(tài)信息,XX煤礦先后安裝和實施了綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)、膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)〔皮帶保護+PLC控制系統(tǒng)、供電監(jiān)控系統(tǒng)、井下主排水監(jiān)控系統(tǒng)、通風機監(jiān)控系統(tǒng)、生活污水處理監(jiān)控系統(tǒng)、井下水處理監(jiān)控系統(tǒng)、壓風、制氮監(jiān)控系統(tǒng)、鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視、大屏顯示系統(tǒng)、井下人員管理系統(tǒng)、調度通信、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、輔助運輸信號系統(tǒng)、產運銷管理系統(tǒng)等；三是采集經營管理信息；在實際業(yè)務中,客觀上這三個方面信息系統(tǒng)都是互相共享利用的,然而在具體建設實施過程中,這些系統(tǒng)都是由不同的廠家完成,沒有從整個礦井利用信息的角度或者說從數(shù)字礦山的角度考慮和規(guī)劃礦井基礎信息的產生、認知、獲取、表達、處理、共享、可視化、傳輸和增值利用,所以雖然建立了各業(yè)務子系統(tǒng),但在信息共享處理,信息再利用和數(shù)據(jù)挖掘方面存在問題,缺乏必要的數(shù)據(jù)訪問機制和豐富的可視化表現(xiàn)手段,沒有發(fā)揮出礦井基礎信息應有的作用,XX礦主要子系統(tǒng)如下：序號系統(tǒng)名稱系統(tǒng)主要內容接入接口通信協(xié)議控制方式子系統(tǒng)所在位置1綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)011201綜采工作面RJ45OPC監(jiān)測011802綜采工作面RJ45OPC監(jiān)測2膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)〔皮帶保護+PLC控制系統(tǒng)主斜井膠帶RJ45OPC監(jiān)控、聯(lián)動一采區(qū)十二煤膠帶一采區(qū)十二煤煤倉給煤機RJ45OPC011201工作面順槽膠帶RJ45OPC011802工作面順槽膠帶RJ45OPC3供電監(jiān)控系統(tǒng)主斜井井口房10/0.4KVRJ45OPC監(jiān)控制氮站10kV配電室RJ45OPC監(jiān)控井下主變電所RJ45OPC監(jiān)控一采區(qū)十二煤采區(qū)變電所RJ45OPC監(jiān)控一采區(qū)十二煤帶式輸送機機頭變電所RJ45OPC監(jiān)控4井下主排水監(jiān)控系統(tǒng)主排水水泵房PLC控制系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)控中央水泵房5通風機監(jiān)控系統(tǒng)通風機PLC監(jiān)控系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)控通風機房6生活污水處理監(jiān)控系統(tǒng)生活污水處理系統(tǒng)PLC監(jiān)控系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)控生活污水處理站7井下水處理監(jiān)控系統(tǒng)井下水處理PLC監(jiān)控系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)控井下水處理站8壓風、制氮監(jiān)控系統(tǒng)壓風、制氮PLC監(jiān)控系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)控制氮站9鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)鍋爐PLC監(jiān)控系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)測鍋爐房10工業(yè)電視以太網監(jiān)視調度中心11大屏顯示系統(tǒng)以太網監(jiān)視調度中心12井下人員管理系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)測調度中心13調度通信以太網調度調度中心14安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)安全生產監(jiān)控系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)控調度中心煤礦火災自燃監(jiān)測RJ45OPC監(jiān)測聯(lián)合建筑光纖分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)測消防控制室15輔助運輸信號系統(tǒng)膠輪車運輸監(jiān)控系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)測聯(lián)合建筑16產運銷管理系統(tǒng)RJ45OPC監(jiān)測調度中心2.2采用3DGIS數(shù)字礦山系統(tǒng)建設XX煤礦數(shù)字礦山數(shù)字礦山就是要站在整個礦井的高度考慮全礦井的數(shù)字化和信息化,按照數(shù)字礦山的內涵就是在井田范圍內統(tǒng)一的三維空間坐標參考下,對礦山每一特征點的固有信息和動態(tài)信息的展示和利用,也就是要再現(xiàn)礦井的本來面目,要實現(xiàn)這一目標,需要采集、表現(xiàn)、管理和處理龐大海量的多維數(shù)據(jù),所以數(shù)字礦山不能一蹴而就,必須總體規(guī)劃,分布實施。具體步驟如下：第一步：必須建立礦用數(shù)據(jù)的自動采集和更新系統(tǒng)；第二步：搭建礦用監(jiān)測數(shù)據(jù)中心,可以靈活使用、管理各種監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù),使各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)實現(xiàn)高度融合；第三步：搭建礦用空間數(shù)據(jù)中心,可以靈活使用、管理各種固有數(shù)據(jù)〔地質、測量等數(shù)據(jù)；第四步：基于兩個數(shù)據(jù)中心,構建各種專業(yè)算法庫；第五步：構建數(shù)字礦山基礎信息平臺。采用三維、二維、組態(tài)等各種形式表現(xiàn)數(shù)據(jù)；構建基礎信息平臺的另外作用是：搭建一個開放的集成平臺,以后用戶可以方便的在此平臺上接入其他子系統(tǒng)。第六步：構建數(shù)字礦山專業(yè)應用系統(tǒng)。建設XX煤礦數(shù)字礦山的具體目標如下：實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化采集更新,全自動建立全礦井三維場景；解決信息孤島,實現(xiàn)各部門數(shù)據(jù)共享使用；平臺靈活開放,方便后期系統(tǒng)擴展、接入；平臺覆蓋整個網絡,高度融入各子系統(tǒng)；實現(xiàn)對重要設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障分析,可以實時查看設備運行參數(shù)。采用三維動畫、文字、聲音、光效等各種手段表現(xiàn)設備狀態(tài)；實現(xiàn)對主要設備的控制,在權限允許的情況下,系統(tǒng)可以遠程控制設備的開停；建立各種專業(yè)分析庫,實現(xiàn)生產計劃、生產安全調度的最優(yōu)華。給煤礦生產提供科學的決策依據(jù)。圖2-2-1數(shù)字礦山建設框架2.2.1建立XX礦井數(shù)據(jù)自動采集和更新系統(tǒng)多源異構和動態(tài)變化是礦山數(shù)據(jù)的基本特征,所以必須根據(jù)不同的數(shù)據(jù)來源建立不同的采集系統(tǒng)；對于固有信息采集,可以對地質勘探和礦井測量產生的地質、測量、水文、鉆孔等基礎數(shù)據(jù)通過整理或圖紙矢量化等手段獲取,建立地測信息化系統(tǒng)管理和更新礦井固有信息；目前3DGIS數(shù)字礦山系統(tǒng)支持三種方式的基礎數(shù)據(jù)采集：自動識別CAD圖紙,生成三維圖形；根據(jù)地測數(shù)據(jù)庫,自動生成三維圖形；根據(jù)采掘工程平面圖,手動采集數(shù)據(jù)生成三維圖形。對于礦井環(huán)境、人員等動態(tài)信息,可以通過安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)采集；對于礦井生產過程中產生的動態(tài)信息通過建立安裝膠帶運輸、提升、洗選、供電、水泵、電液控制系統(tǒng)等集控系統(tǒng)采集,集控系統(tǒng)的自動化程度與裝備的智能化水平相關。目前3DGIS數(shù)字礦山系統(tǒng)可以通過礦用監(jiān)測數(shù)據(jù)中心自動對接采集國內主流自動化子系統(tǒng)。2.2.2搭建XX煤礦礦用監(jiān)控數(shù)據(jù)中心從數(shù)字礦山的角度看,XX煤礦先后安裝的了綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)、膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)〔皮帶保護+PLC控制系統(tǒng)、供電監(jiān)控系統(tǒng)、井下主排水監(jiān)控系統(tǒng)、通風機監(jiān)控系統(tǒng)、生活污水處理監(jiān)控系統(tǒng)、井下水處理監(jiān)控系統(tǒng)、壓風、制氮監(jiān)控系統(tǒng)、鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視、大屏顯示系統(tǒng)、井下人員管理系統(tǒng)、調度通信、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、輔助運輸信號系統(tǒng)、產運銷管理系統(tǒng)等是礦井生產過程中環(huán)境、設備、人員狀態(tài)實時數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng),但是這些來自不同廠家的系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)組織方式、存儲格式不一樣,并且這些數(shù)據(jù)客觀上存在一定的關系,所以需要對這些數(shù)據(jù)進行整合,建立一個監(jiān)控數(shù)據(jù)中心,天地〔XX自動化股份開發(fā)的全礦井綜合自動化平臺對各監(jiān)控子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行了集成,按照統(tǒng)一的格式進行了管理,然后制定數(shù)據(jù)發(fā)布機制,為其他系統(tǒng)共享、挖掘、增值利用這些數(shù)據(jù)建立了通道?？梢娙V井自動化系統(tǒng)平臺本身已經建立了一個監(jiān)控數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)的訪問機制,天地〔XX自動化股份開發(fā)的數(shù)字礦山基礎信息平臺可以無縫地訪問監(jiān)控數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)映射機制建立與空間數(shù)據(jù)關聯(lián),最后通過可視化平臺形象地把礦井數(shù)據(jù)展示出來。監(jiān)控數(shù)據(jù)中心與監(jiān)控子系統(tǒng)的根據(jù)系統(tǒng)軟件接口及標準的信息協(xié)議是軟件整合能否實現(xiàn)的關鍵,對于各現(xiàn)場控制單元〔子系統(tǒng),接入組件支持業(yè)界普遍認同的一些標準接口接入。OPC接口OPC〔OLEforProcessControl是被工控領域廣泛遵循的一種標準,它規(guī)范了應用程序與現(xiàn)場設備或數(shù)據(jù)源之間數(shù)據(jù)存取的接口協(xié)議,它是基于微軟的組件技術〔COM/DCOM設計,采用客戶/服務器體系結構。它既可存取本地OPC服務器數(shù)據(jù),又可存取分布在網上其它節(jié)點的OPC服務器,并且具有高效、安全的特點。它是目前存取現(xiàn)場數(shù)據(jù)最理想的方法。DDE/NetDDE接口NetDDE是基于網絡的動態(tài)數(shù)據(jù)交換〔DDE技術解決應用程序之間數(shù)據(jù)的動態(tài)交換。也采用客戶/服務器體系結構。它既可存取本地DDE服務器數(shù)據(jù),又可存取分布在網上其它節(jié)點的DDE服務器,它比OPC在速度和安全性方面要遜色。但對一些動態(tài)刷新系統(tǒng)它仍不失為一種簡單有效的方法。ODBC接口現(xiàn)場控制單元〔子系統(tǒng)可將一些對實時性要求不高〔如統(tǒng)計等信息周期性地通過數(shù)據(jù)接口寫入指定的共享數(shù)據(jù)庫〔如MSAccess或MSSQL等的表中,綜合自動化系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫接口獲取相關信息。FTP傳送現(xiàn)場控制單元〔子系統(tǒng)將實時數(shù)據(jù)周期性地寫入指定的文件中,文件的結構符合統(tǒng)一的信息描述,子系統(tǒng)通過FTP上傳至管控服務器設置好的FTP服務器。2.2.3搭建XX煤礦礦用空間數(shù)據(jù)中心礦用空間數(shù)據(jù)中心主要是指在井田范圍內以空間三維坐標為基礎組織起來的井上、井下地理空間基礎信息。主要包括空間煤層、巖層、地表、地質構造、巷道以及構成采、掘、機、運、通生產系統(tǒng)的礦用設備、材料、配件、設施在井巷或地表空間布置位置和拓撲關系。在煤礦這些空間數(shù)據(jù)采集是以地測信息系統(tǒng)中地質數(shù)據(jù)庫和測量數(shù)據(jù)庫為基礎采集和整理的,數(shù)字礦山基礎信息平臺與主流的地測系統(tǒng)兼容〔煤科總院XX分院、北京龍軟科技、XX集靈,可以直接訪問地質數(shù)據(jù)庫和測量數(shù)據(jù)庫,從而為井巷系統(tǒng)和煤層、巖層等地質體等空間信息建立打下了基礎。井巷系統(tǒng)建立起來,實際上建立起來了礦井井下的空間參考,以井巷導線點建立起來的井下空間參考作為采掘機運通等生產系統(tǒng)布置的坐標參考。數(shù)字礦山基礎信息平臺空間數(shù)據(jù)中心主要內容分兩個層次管理基礎數(shù)據(jù),一個層次面向關系數(shù)據(jù)庫,管理和組織礦井對象的幾何基礎數(shù)據(jù)、空間拓撲規(guī)則和幾何網絡信息,另一個層次管理礦井對象,面向平臺其他模塊提供礦用對象使用維護功能?；A空間信息的組織管理礦井生產系統(tǒng)由設備、設施、配件、井巷、材料、工作面、區(qū)域等對象及其相互關系構成,該功能完成基本對象的空間信息的結構定義、編碼及其新增、更新、刪除、查詢、枚舉等數(shù)據(jù)庫操作。礦用對象組織管理數(shù)據(jù)中心支持設備、設施、配件、井巷、材料、工作面、區(qū)域等礦用對象及其關系面向對象的管理功能,其他生產系統(tǒng)基于該機制使用對象,進行二次開發(fā)。構建XX煤礦各種專業(yè)算法庫數(shù)字礦山不僅要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和可視化表現(xiàn),而且要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增值利用,需要在基于基礎信息平臺對采掘、供電、運輸、通風、給排水等各生產子系統(tǒng)的工作原理進行仿真模擬,不斷開發(fā)專業(yè)分析軟件包,為煤礦安全生產經營管理提供決策支持。這一塊任務需要與按生產系統(tǒng)專業(yè)結合,開發(fā)適用的專業(yè)分析功能。2.4.5構建XX煤礦數(shù)字礦山基礎信息平臺大量的礦井空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)需要統(tǒng)一組織管理,這些基礎信息在使用過程中是按照生產系統(tǒng)〔井巷系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等、礦用對象〔井巷、地質體、設備、配件、材料、設施等對象、基礎數(shù)據(jù)〔地質、測量、鉆孔、監(jiān)控、管理等數(shù)據(jù)的層次向下挖掘利用的,所以數(shù)字礦山必須面向關系數(shù)據(jù)庫管理礦井基礎信息,以礦用對象為主題組織基礎信息,以生產系統(tǒng)為主題組織礦用對象,這樣從下到上管理礦井基礎數(shù)據(jù),開發(fā)基礎信息管理引擎、礦用對象管理中心和豐富的專業(yè)分析算法〔通風解算、供電網絡整定分析等,構成數(shù)字礦山基礎庫,基于基礎庫可以二維矢量圖形成圖算法、開發(fā)三維空間建模算法,利用3DGIS渲染引擎可視化礦井；可以開發(fā)專業(yè)分析軟件包,為輔助決策和生產管理服務；可以開發(fā)安全管理、物質供應、煤炭運銷等管理信息系統(tǒng),提升礦井管理水平。數(shù)字礦山基礎信息平臺必須以3DGIS的數(shù)據(jù)規(guī)范為基礎組織管理數(shù)據(jù),以3DGIS可視化平臺為數(shù)據(jù)的集成支撐平臺,開發(fā)專用的空間建模算法,可實現(xiàn)礦井的可視化表現(xiàn)。這一塊主要實現(xiàn)礦井基礎信息的可視化表現(xiàn),通過2D矢量圖和3D模型實現(xiàn)礦井的直觀表現(xiàn)。由以上分析可見,數(shù)字礦山基礎信息平臺、3DGIS可視化支撐平臺和專業(yè)分析軟件包構成了數(shù)字礦山基礎信息平臺的主要核心內容,基本搭建成數(shù)字礦山的基礎應用框架,基于該框架可以開發(fā)各類應用系統(tǒng)的開發(fā),所以數(shù)字礦山建設必須首先構建數(shù)字礦山基礎信息平臺。2.4.6構建XX煤礦數(shù)字礦山專業(yè)應用軟件詳細見第3章《數(shù)字礦山系統(tǒng)簡介及應用》。3數(shù)字礦山系統(tǒng)簡介及應用3.1數(shù)字礦山平臺3.1.12DGIS數(shù)字礦山平臺平臺具備CAD、2DGIS所有功能,可以輕松應對日常生產制圖、出圖及管理功能。2DGIS功能在此處不再詳細列舉。圖3-1-1地理信息系統(tǒng)平臺主界面3.1.23DGIS數(shù)字礦山平臺3DGIS數(shù)字礦山平臺采用全新的面向礦用對象實體和拓撲的數(shù)據(jù)組織方式進行數(shù)據(jù)管理,實現(xiàn)了多種三維模型數(shù)據(jù)的一體化存儲管理；平臺中一個三維礦用對象要素可由三維幾何特征和屬性組成,也可由多個其它礦用對象要素組合成一個新的礦用對象要素；通過建立煤礦三維空間數(shù)據(jù)庫,平臺做到了對海量三維數(shù)據(jù)的存儲管理的支持。此外,平臺還支持三維礦用對象要素的本地存儲和網絡數(shù)據(jù)庫存儲,目前支持的數(shù)據(jù)庫包括ORACLE、SQLServer等常見的商業(yè)數(shù)據(jù)庫。圖3-1-2平臺數(shù)據(jù)組織存儲管理3.1.33DGIS數(shù)字礦山基礎信息平臺"3DGIS數(shù)字礦山基礎信息平臺"是整個數(shù)字礦山軟件的核心。該平臺負責礦井基礎信息的存儲、組織管理以及專業(yè)表現(xiàn)算法封裝。平臺為可視化表現(xiàn)提供專業(yè)的算法支持,為上層專家系統(tǒng)及專業(yè)分析提供礦用對象數(shù)據(jù)支持。圖3-1-3系統(tǒng)架構圖3.23DGIS數(shù)字礦山核心應用系統(tǒng)3.2.1全礦井三維可視化系統(tǒng)1、地形建模圖3-2-1-1三維地形2、三維地質建模圖3-2-1-2簡單層狀地質模型圖3-2-1-3復雜地質構造模型3、巷道建模圖3-2-1-4巷道外部模型4、三維災害模擬建模圖3-2-1-5災害模擬6、地面建構筑物建?？梢愿鶕?jù)建筑物的屬性自動建立建筑物模型圖3-2-1-7地面建構筑物模型7、三維生產系統(tǒng)建模圖3-2-1-8綜采工作面系統(tǒng)模型3.2.23DGIS查詢管理分析系統(tǒng)1、三維設備屬性查詢圖3-2-2-1三維設備屬性查詢2、礦井三維虛擬漫游地面漫游圖3-2-2-2地面