智慧礦山建設及其關鍵技術分析

摘 要：智慧礦山是在數(shù)字礦山的基礎上發(fā)展的，本文首先對發(fā)展智慧礦山的必要性進行介紹，然后對智慧礦山關鍵技術以及智慧礦山建設要點進行詳細探究，以期促進礦山行業(yè)發(fā)展。

關鍵詞：智慧礦山；關鍵技術；建設

中圖分類號：TD67 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0214-02

1 引 言

現(xiàn)如今，物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算技術發(fā)展迅速，具有感知透徹、智能應用的特征。礦山地質(zhì)條件復雜，生產(chǎn)體系龐大，管理工作復雜，亟需創(chuàng)新管理模式。智慧礦山具有綠色、智能特征，通過將其應用于礦山生產(chǎn)管理中，能夠提升礦山管理工作水平。因此，對智慧礦山建設以及關鍵技術進行詳細探究迫在眉睫。

2 智慧礦山發(fā)展的必要性

礦山企業(yè)遠離集團總部，主要技術管理人員上班遠，管理不方便。礦區(qū)偏遠，難于吸引高端人才。國內(nèi)人工成本逐年增加，且大多數(shù)人員對工作環(huán)境的要求提高，礦山今后招收專業(yè)化操作人員的難度也加大。有些礦山礦產(chǎn)資源儲量大，規(guī)模大，可供生產(chǎn)時間還很長。因此，礦山企業(yè)必然要走向高度自動化、信息化、智能化的發(fā)展方向。發(fā)展智慧礦山的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點：①礦山服務期長。開采礦山儲量大，礦山規(guī)模大，服務周期長，投資服務期長。②礦山投入智慧礦山建設的時間節(jié)點好。智慧化礦山建設可總體規(guī)劃，分步實施，避免許多項目的重復建設。而且，可避免各個系統(tǒng)相互割裂，形成信息孤島，不便整合。礦山行業(yè)已進行過相關系統(tǒng)的研發(fā)和試驗，可借鑒經(jīng)驗，避免彎路和投資的浪費。

3 智慧礦山建設關鍵技術

3.1 物聯(lián)化技術

有些礦山數(shù)據(jù)收集成本比較高，數(shù)據(jù)利用難度比較大，對此，通過應用傳感器，將物聯(lián)網(wǎng)應用到礦山系統(tǒng)中，可以提供上述數(shù)據(jù)源。物聯(lián)化層是由傳感器、邏輯控制器、致動器等所組成的，需要建設很多實體基礎設施，并以控制引擎為基礎。通過應用無線通信技術，不需要采用物理布線的方式即可將傳感器以及致動器放置在同一個空間中。

3.2 空間信息技術

現(xiàn)如今，信息技術、網(wǎng)絡技術以及通信技術發(fā)展迅速，并逐漸被應用于傳感網(wǎng)建設中，同時還能夠與全球信息網(wǎng)格進行集成應用，進而形成智能化、自動化、全球化的礦山信息采集和處理機制。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘技術

在智慧礦山的建設和應用中，所有數(shù)據(jù)的收集都需要圍繞智慧礦山，而礦山數(shù)據(jù)中的知識有限，往往無法滿足智能化服務需要。對此，需要聯(lián)合應用圖像處理技術、預測分析技術、分類識別技術等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的滲透，同時從大量數(shù)據(jù)中篩選出有效信息，是構建智慧礦山的關鍵技術類型。

3.4 智能化技術

智能化技術是對于傳統(tǒng)數(shù)學算法以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計方式的擴展，在智慧應用軟件和設備的支持下，智能化曾能夠完成結果預測、場景模擬分析，提升決策工作的科學性。

4 智慧礦山建設要點

4.1 數(shù)據(jù)采集層建設

數(shù)據(jù)采集層能夠?qū)π畔⑵鸬礁兄筒杉淖饔茫ㄟ^應用讀卡器、傳感器、攝像頭等設備，可采集到物聯(lián)網(wǎng)應用中的各類數(shù)據(jù)，同時還具有設備控制的功能。對于所采集到的數(shù)據(jù)信息，首先對其進行篩選、修復以及編碼處理，選擇有用信息再穿書，對于重復的信息，可直接屏蔽或者刪除，這樣能夠有效降低網(wǎng)絡傳輸壓力，同時還能夠提升傳輸速度。在礦山生產(chǎn)中，無論是井下設備還是地面設備，運行環(huán)境均比較惡劣，容易受到各類因素的影響，因此，在數(shù)據(jù)層采集建設過程中，要求數(shù)據(jù)采集設備具有較高的靈敏度以及抗干擾能力，進而保證數(shù)據(jù)采集的準確性和可靠性，同時還能夠獨立的對采集所得數(shù)據(jù)進行處理。比如，在井下數(shù)據(jù)采集中，可采用高頻無線讀卡技術，讀卡器在某一個區(qū)域讀到信息時，即可屏蔽重復信息，地面人員在查看時可查看到所顯示的唯一數(shù)據(jù)。

4.2 工業(yè)環(huán)網(wǎng)和辦公信息網(wǎng)絡建設

在智慧礦山系統(tǒng)的實際應用中，對于地測、礦山生產(chǎn)、礦山設備運行等多個方面的數(shù)據(jù)，都需要進行綜合分析，同時對于各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一利用，加強礦山生產(chǎn)設備控制，因此，在智慧礦山建設中，需要注意構建運行高速、大寬帶以及具有雙向通信功能的工業(yè)環(huán)網(wǎng)。在工業(yè)環(huán)網(wǎng)建設中，可實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和視頻的傳輸，其建設運行基礎是以太網(wǎng)技術，通過環(huán)網(wǎng)運輸，能夠?qū)⒌V山生產(chǎn)中的各類信息傳遞到一體化監(jiān)控系統(tǒng)中?，F(xiàn)如今，在礦山生產(chǎn)中，環(huán)網(wǎng)結構形式有三種：①通過應用工業(yè)以太網(wǎng)交換機所構建的井下環(huán)網(wǎng)結構；②通過應用GEP0N技術所構建的井下環(huán)網(wǎng)結構；③通過應用MCTP技術所構建的井下環(huán)網(wǎng)結構。通過應用上述三種技術，可以實現(xiàn)三網(wǎng)合一，將礦山生產(chǎn)中的各個監(jiān)控子系統(tǒng)集成應用于統(tǒng)一的傳輸平臺中。由于上述三種技術所構建的環(huán)網(wǎng)結構都有特點，因此，礦山企業(yè)應該結合自身發(fā)展實際需要，選擇所需工業(yè)環(huán)網(wǎng)結構。

礦山生產(chǎn)中的辦公信息網(wǎng)是面向礦山生產(chǎn)中人力資源、生產(chǎn)成本以及各類設備的管理系統(tǒng)，其是應用Intarellt結構所構建的企業(yè)辦公網(wǎng)，該網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)連接，通過應用這一辦公網(wǎng)絡，能夠保證智慧礦山系統(tǒng)獲得外部支持，在此過程中，應注意加強網(wǎng)絡安全建設，具體需注意以下兩點：①保證工業(yè)環(huán)網(wǎng)與辦公網(wǎng)絡之間的安全，在工業(yè)環(huán)網(wǎng)應用中，需要對礦山生產(chǎn)過程進行有效控制，對于安全級別的要求比較高，在其與辦公網(wǎng)之間，需做好隔離管理，同時還應該保證兩種網(wǎng)絡結構之間數(shù)據(jù)的正常交換。②保證辦公信息網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)之間的安全，互聯(lián)網(wǎng)運行中的危險因素比較多，比如黑客入侵，這樣就會對礦山辦公信息網(wǎng)造成不良影響，因此，必須做好智慧礦山系統(tǒng)辦公信息網(wǎng)的安全管理，為系統(tǒng)正常運行奠定基礎。

4.3 一體化監(jiān)控系統(tǒng)和辦公信息系統(tǒng)建設

礦山生產(chǎn)對于安全性和實時性的要求比較高，因此，必須保證礦山生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全運行，這就要求在礦山地下生產(chǎn)和地面生產(chǎn)中，都必須為監(jiān)控系統(tǒng)提供良好的運行環(huán)境。礦山生產(chǎn)一體化監(jiān)控系統(tǒng)是由與礦山生產(chǎn)密切相關的各個系統(tǒng)所組成的，包括通風系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等等，各個系統(tǒng)相互銜接、共同運行，有利于保證礦山安全生產(chǎn)。在一體化監(jiān)控系統(tǒng)的實際運行過程中，可以對各類數(shù)據(jù)進行存儲和分析，對于各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行交換和共享使用，同時還能夠?qū)Ω黝悢?shù)據(jù)信息進行匯總分析，根據(jù)各類數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制命令，進而對礦山生產(chǎn)進行智能化監(jiān)控管理。

4.4 智能決策支持系統(tǒng)建設

智能決策支持系統(tǒng)能夠提升智慧礦山系統(tǒng)的智慧特征，是智慧礦山系統(tǒng)中級別最高的智能化系統(tǒng)，能夠提升智能生產(chǎn)、監(jiān)控和管理水平。在智能決策支持系統(tǒng)的實際應用中，對于不同數(shù)據(jù)層面的信息，可進行互通共享，同時通過實時數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)倉庫，還可以對數(shù)據(jù)信息進行存儲，構建數(shù)據(jù)分析模型，保證數(shù)據(jù)分析的準確性。通過應用云計算技術，可以對礦山監(jiān)控系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行集中處理，同時還能夠進行數(shù)據(jù)挖掘，找出影響礦山生產(chǎn)和發(fā)展的影響因素，為礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

5 結 語

近年來，很多行業(yè)都加快推進智慧化建設進程，隨著科學技術的快速發(fā)展，礦山信息化建設水平不斷提升，為避免出現(xiàn)少人采礦、無人采礦等問題，可加快建設智慧礦山。在此過程中，應該合理利用物聯(lián)化技術、空間信息技術、數(shù)據(jù)挖掘技術以及智能化技術，構建完善的智慧礦山結構形式，促進礦山管理水平的提升，推進礦山開采企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2018-10-16