基于RFID和軟件工程的數(shù)字礦山信息平臺(tái)分析與設(shè)計(jì)

謝雄輝

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 龍巖 364200）

數(shù)字礦山是地質(zhì)科學(xué)、測(cè)量技術(shù)、采礦工程、物聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域知識(shí)的交叉，具有很強(qiáng)的理論性、技術(shù)性和實(shí)踐性。從概念內(nèi)涵上看，數(shù)字礦山的核心是對(duì)真實(shí)礦山及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)和模擬再現(xiàn)，數(shù)字礦山信息平臺(tái)的建設(shè)，需要RFID（無線射頻識(shí)別）和軟件工程兩個(gè)重要的技術(shù)作為支撐。

1 數(shù)字礦山信息平臺(tái)建設(shè)的技術(shù)路線

采取的具體技術(shù)路線為：項(xiàng)目的前期準(zhǔn)備、完成前期已建生產(chǎn)自動(dòng)化和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的調(diào)研（主要包括現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備和設(shè)施、視頻設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集設(shè)備等等），數(shù)字礦山的需求分析與建模、關(guān)鍵技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)的RFID、海量數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)和傳輸、數(shù)據(jù)挖掘、軟件SOA架構(gòu)）的研究、平臺(tái)的概要設(shè)計(jì)（含硬件設(shè)備進(jìn)行選型、安裝和配置，完成設(shè)備組裝和檢驗(yàn)）和詳細(xì)設(shè)計(jì)、構(gòu)建平臺(tái)的對(duì)象模型與軟件框架、程序編碼與實(shí)現(xiàn)、代碼走查、系統(tǒng)集成、調(diào)試和優(yōu)化，系統(tǒng)驗(yàn)收。在各個(gè)階段進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)和質(zhì)量評(píng)審，編制相應(yīng)的文檔資料。

2 功能需求分析

2.1 平臺(tái)的目標(biāo)

數(shù)字礦山信息平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)，因企業(yè)不同戰(zhàn)略目標(biāo)和礦山環(huán)境而不同，一般地說，數(shù)字礦山建設(shè)，有如下的目標(biāo)：

以RFID、云計(jì)算和軟件工程等技為核心技術(shù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和海量信息存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)礦山安全監(jiān)控、人員定位和跟蹤，逐步實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦山的生產(chǎn)自動(dòng)化和管理信息的無縫連接，礦各級(jí)主管和相關(guān)職能部門均可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)查詢，同步掌握生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、安全情況，實(shí)現(xiàn)全礦的數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的信息化，為預(yù)防和處理各類突發(fā)事故和災(zāi)害提供有效手段。

平臺(tái)的建設(shè)，參照2017年發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 34679-2017)“智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范”。

2.2 平臺(tái)的接口與集成分析

數(shù)字礦山信息平臺(tái)，是礦山為主體的數(shù)字化，礦山企業(yè)管理信息化跟集團(tuán)層面的內(nèi)容要協(xié)調(diào)一致，但管理的側(cè)重點(diǎn)有所不同，它以集團(tuán)下達(dá)的利潤、生產(chǎn)安全、成本與財(cái)務(wù)費(fèi)用等控制指標(biāo)的預(yù)算為基礎(chǔ)，圍繞礦山生產(chǎn)地、測(cè)、采過程展開，在礦山生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)這條主線上實(shí)現(xiàn)礦山人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷企業(yè)管理過程。數(shù)字礦山與礦山企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、企業(yè)信息門戶（或辦公自動(dòng)化）進(jìn)行連接。

3 物理平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)環(huán)境

數(shù)字礦山的物理平臺(tái)是建立在其母公司企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之上的，集團(tuán)性企業(yè)的建立上級(jí)監(jiān)控中心，形成兩級(jí)監(jiān)控中心。

根據(jù)需要建立數(shù)字礦山的硬件平臺(tái)，主要由視頻綜合平臺(tái)、管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、人臉分析（識(shí)別）服務(wù)器、智能分析服務(wù)器和其他接入的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備組成。

建立在物理平臺(tái)上的開發(fā)環(huán)境，由硬件設(shè)備和軟件組成。對(duì)于TB級(jí)的海量數(shù)據(jù)，采用私有云平臺(tái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)中心。收集礦山現(xiàn)場(chǎng)外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成方案，包括相關(guān)視頻監(jiān)控、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)管理等系統(tǒng)。

4 功能層次設(shè)計(jì)

數(shù)字礦山的功能，因礦山生產(chǎn)業(yè)務(wù)的差異而存在較大的差異性。

從功能層次進(jìn)行分析，可以分成七個(gè)層次，數(shù)字礦山功能層次由七個(gè)部分組成：分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)ETL層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)分析層、可視化展現(xiàn)層、決策支持層。

5 平臺(tái)的兩級(jí)數(shù)據(jù)中心

通過結(jié)合實(shí)際的綜合分析，根據(jù)企業(yè)管理和具體礦山通信條件、工作相對(duì)獨(dú)立性考慮，采用2+1存儲(chǔ)模式，如圖1所示，建設(shè)集團(tuán)和礦山兩級(jí)數(shù)據(jù)中心。對(duì)于TB級(jí)的海量數(shù)據(jù)，采用私有云平臺(tái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖1 集團(tuán)和礦山兩級(jí)數(shù)據(jù)中心示意圖

（1）集團(tuán)數(shù)據(jù)中心：主要存儲(chǔ)集團(tuán)級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)、下屬礦山成果數(shù)據(jù)。

（2）礦山級(jí)數(shù)據(jù)中心：主要存儲(chǔ)礦山生產(chǎn)過程與成果數(shù)據(jù)。

在兩級(jí)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，每個(gè)項(xiàng)目建立一個(gè)工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫為外部單位設(shè)計(jì)公司、勘查分院等項(xiàng)目運(yùn)作之用。工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)通過立項(xiàng)申請(qǐng)、審查確認(rèn)，進(jìn)出集團(tuán)數(shù)據(jù)中心或礦山數(shù)據(jù)中心。

數(shù)字礦山需要海量礦山類數(shù)據(jù)支撐，在收集和使用過程中，存在多源、異構(gòu)、異質(zhì)的特點(diǎn)。

6 總結(jié)

某礦業(yè)集團(tuán)公司通過上述的數(shù)字礦山的分析和設(shè)計(jì)，通過對(duì)示范性數(shù)字礦山的建設(shè)，將推廣到集團(tuán)內(nèi)各礦山使用。按單個(gè)礦山的采礦為例，以生產(chǎn)能力5000噸/天計(jì)，可降低人力成本5%、貧化率降低2%、損失率降低1%，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益每年增加300萬元，同時(shí)極大提升礦山生產(chǎn)、職業(yè)健康與安全、技術(shù)和后勤保障等等水平，打造安全礦山、高效礦山。

總之，數(shù)字礦山為礦山信息化建設(shè)和礦山企業(yè)的發(fā)展提供各種數(shù)字化和自動(dòng)化的服務(wù)，從而使礦山更加協(xié)調(diào)地發(fā)展，同時(shí)它有利于實(shí)現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)，提高礦山企業(yè)生產(chǎn)效率，為智慧礦山提供基礎(chǔ)，最終走向綠色礦山、無人礦山。