“一張圖”“一張表”在煤礦信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究

閆啟宏 駱弟華 胡連勇

（貴州黔西能源開(kāi)發(fā)有限公司，貴州 黔西 551500）

隨著國(guó)家對(duì)于煤礦行業(yè)信息化建設(shè)力度的加強(qiáng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，我國(guó)的煤礦信息化建設(shè)逐步完善。但是縱觀當(dāng)前已有的煤礦信息化系統(tǒng)，不難發(fā)現(xiàn)基于煤礦各專(zhuān)業(yè)建立的系統(tǒng)都是相對(duì)獨(dú)立的存在，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不一，呈現(xiàn)效果差別大，沒(méi)有形成體系，雖然煤礦是一個(gè)多部門(mén)協(xié)作性較高的產(chǎn)業(yè)，但是現(xiàn)代化專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)之間的信息關(guān)聯(lián)和信息共享、信息協(xié)作卻極少。煤礦的領(lǐng)導(dǎo)和決策者難以實(shí)現(xiàn)從宏觀角度，準(zhǔn)確獲取煤礦的全部信息，也無(wú)法對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理，從而造成重大風(fēng)險(xiǎn)隱患事故和經(jīng)濟(jì)損失。

1 系統(tǒng)概況

所謂一張圖[1-2]就是以煤礦采掘工程平面圖為基礎(chǔ)，綜合展示煤礦的安全監(jiān)測(cè)、人員定位、工業(yè)視頻、重大設(shè)備等各方面信息。一張表就是以大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方式實(shí)現(xiàn)煤礦人員、產(chǎn)量、水文、礦壓等各方面的報(bào)表統(tǒng)計(jì)信息，將基本信息、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、安全信息、隱患信息、人員定位、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控、安全檢查、礦壓監(jiān)測(cè)、井田范圍等主要專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)整合。通過(guò)建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，讓煤礦擁有“一張圖”、“一張表”，如同互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)改變?nèi)藗兊某鲂蟹绞?、支付方式一樣，“一張圖”、“一張表”不僅可以讓管理人員在大屏幕、電腦、手機(jī)上隨時(shí)查看井下安全生產(chǎn)狀況，出了多少煤，人員、作業(yè)、設(shè)備、環(huán)境情況，通風(fēng)設(shè)施是否正常，瓦斯是否超限等，還能實(shí)現(xiàn)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)研判“智能化”、應(yīng)用系統(tǒng)“平臺(tái)化”、數(shù)據(jù)交換“標(biāo)準(zhǔn)化”的目標(biāo)，真正為煤礦管理、安全生產(chǎn)、事故分析決策提供技術(shù)支撐。

2 “一張圖”“一張表”系統(tǒng)架構(gòu)

黔西能源公司在公司級(jí)層面進(jìn)行了統(tǒng)一的統(tǒng)籌規(guī)劃，從煤礦集團(tuán)實(shí)際情況出發(fā)，融合煤礦的各專(zhuān)業(yè)各種數(shù)據(jù)，從層級(jí)上進(jìn)行疊加顯示，基于GIS 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“一張圖”、“一張表”的層級(jí)架構(gòu)。

（1）源數(shù)據(jù)層

主要接入各煤礦企業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)以及在線(xiàn)監(jiān)控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)接入層

數(shù)據(jù)接入層包括數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)和設(shè)備管理系統(tǒng)提供多源異構(gòu)數(shù)據(jù)接入、與云端的交互和采集前置機(jī)全周期管理。前置機(jī)通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)或互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心的流式計(jì)算系統(tǒng)和質(zhì)量核查系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則進(jìn)行質(zhì)量檢查、清洗、入庫(kù)。

數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)：提供設(shè)備與云端的雙向連接的云服務(wù)和各類(lèi)數(shù)據(jù)源的接入接口，同時(shí)，提供豐富的設(shè)備認(rèn)證與權(quán)限管理功能，保證數(shù)據(jù)安全傳輸。

設(shè)備管理系統(tǒng)：提供覆蓋設(shè)備全生命周期的、一站式的設(shè)備管理服務(wù)，包括設(shè)備的云端接入、層級(jí)管理、監(jiān)測(cè)、遙控、固件升級(jí)和維護(hù)保養(yǎng)等各種場(chǎng)景。

質(zhì)量核查系統(tǒng)：靈活的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，依據(jù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、變形、轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)場(chǎng)景轉(zhuǎn)發(fā)至關(guān)系型數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)。

流式計(jì)算：靈活強(qiáng)大的數(shù)據(jù)事件處理引擎，用來(lái)設(shè)置針對(duì)流式處理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析計(jì)算工具。

（3）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)和數(shù)據(jù)服務(wù)兩部分，搭建在煤礦風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，保障信息安全。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)由Hadoop 大數(shù)據(jù)平臺(tái)、關(guān)系型數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)組成，對(duì)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分主題管理存儲(chǔ)。

（4）支撐層

支撐層由用戶(hù)及權(quán)限關(guān)聯(lián)、日志管理、報(bào)表引擎、表單引擎、數(shù)據(jù)共享交換系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等組成。

（5）應(yīng)用層

應(yīng)用層根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求 ，由煤礦數(shù)據(jù)采集管理、風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)模型管理、精準(zhǔn)執(zhí)法、大數(shù)據(jù)管理、預(yù)警信息的“一張圖”展現(xiàn)、預(yù)警信息發(fā)布、安全生產(chǎn)應(yīng)急處置、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)預(yù)警與研判和大屏、顯示終端、移動(dòng)終端等組成。

3 煤礦“一張圖”技術(shù)融合

3.1 “一張圖”GIS 技術(shù)融合

煤礦“一張圖”GIS 系統(tǒng)為依托，基于地理信息系統(tǒng)提供的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，在GIS 地圖上直觀展示煤礦，井下部分三維可視化管理，能夠重點(diǎn)顯示重大設(shè)備、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、視頻監(jiān)控、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的可視化一張圖管理，為實(shí)現(xiàn)透明礦山奠定基礎(chǔ)；建設(shè)人員精確定位系統(tǒng)（精確度達(dá)到0.3 m），與三維GIS 一張圖系統(tǒng)融合，實(shí)時(shí)掌握人員在井下的具體位置，為下井人員管理、應(yīng)急救災(zāi)提供硬件支撐。通過(guò)點(diǎn)擊煤礦查看煤礦基本信息、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、安全信息、隱患信息、人員定位、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控、安全檢查、礦壓監(jiān)測(cè)、井田范圍等信息。

3.2 底圖快速導(dǎo)入

底圖是“一張圖”展示的基礎(chǔ)，也是煤礦和系統(tǒng)間信息交互的窗口和橋梁。而且煤礦生產(chǎn)的多變性，也決定了底圖必須緊跟煤礦變化而變化，具有時(shí)效性和全面性。煤礦“一張圖”GIS 平臺(tái)經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，支持快速接入煤礦DWG 格式的采掘工程平面圖，并可以圖形方式標(biāo)注測(cè)點(diǎn)，簡(jiǎn)單易用；管理數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)以圖層的方式進(jìn)行疊加。當(dāng)采掘工程平面圖更新后，不用重新更新數(shù)據(jù)?；谝粡垐D的融合展示，基于GIS 一張圖平臺(tái)，以煤礦安全信息的監(jiān)控為重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與井下作業(yè)人員定位信息、產(chǎn)量信息等數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的全面監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)煤礦的安全監(jiān)控一張圖以及各業(yè)務(wù)模塊的專(zhuān)題展示。

4 煤礦“一張表”數(shù)據(jù)分析

煤礦一張表實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、壓風(fēng)、瓦斯抽采、排水、煤流運(yùn)輸、電力、架空乘人、井下飲用水、工業(yè)視頻監(jiān)控等系統(tǒng)的工業(yè)組態(tài)開(kāi)發(fā)，直觀顯示來(lái)自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；自定義各種報(bào)警條件，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的異常情況及時(shí)報(bào)警；實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的記錄、顯示和查詢(xún)，并生成相關(guān)生產(chǎn)報(bào)表；完成煤礦基本信息、人員交接班分析、人員下井異常分析、礦領(lǐng)導(dǎo)下井分析、專(zhuān)業(yè)人員下井分析、探放水作業(yè)分析、產(chǎn)量變化分析、重點(diǎn)區(qū)域瓦斯分析、傳感器異常分析、重大設(shè)備異常分析能功能；基于大數(shù)據(jù)解決方案，可以對(duì)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行流式計(jì)算，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以時(shí)間或空間的維度進(jìn)行分析。

5 應(yīng)用效果

（1）解決工業(yè)數(shù)據(jù)采集和分析能力不足

局域互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，限于服務(wù)器存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)算法的局限性，不能夠被長(zhǎng)期存儲(chǔ)和即時(shí)運(yùn)用，制約了煤炭安全生產(chǎn)的可靠性和可控能力。通過(guò)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的集成服務(wù)，幫助用戶(hù)快速、簡(jiǎn)單的通過(guò)配置方式，完成監(jiān)測(cè)監(jiān)控及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的接入，完成原有管理系統(tǒng)的服務(wù)化改造。

（2）數(shù)字孿生

結(jié)合三維地質(zhì)建模技術(shù)，以礦井采掘工程平面圖為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)GIS 與煤礦安全監(jiān)測(cè)感知數(shù)據(jù)、安全管理數(shù)據(jù)的融合，準(zhǔn)確反映監(jiān)測(cè)點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)與周邊采場(chǎng)、重要工作地點(diǎn)的空間位置關(guān)系，提供操作和展示平臺(tái)。融合安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、工業(yè)視頻系統(tǒng)、重大設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)數(shù)據(jù)、隱患排查數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于一張圖的融合展示，進(jìn)行有效融合，并以圖、文、聲、數(shù)字影像等方式在地面實(shí)時(shí)展現(xiàn)。

（3）促進(jìn)企業(yè)知識(shí)沉淀

通過(guò)主題分析工具、策略定制工具可以將企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全管理人員的工業(yè)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)軟件化，并促使在平臺(tái)上不斷沉淀。對(duì)數(shù)據(jù)的匯總分析固然重要，挖掘紛繁數(shù)據(jù)下面隱藏的規(guī)律更為重要，真正的大數(shù)據(jù)應(yīng)用要服務(wù)于生產(chǎn)、安全和經(jīng)營(yíng)，輔助人來(lái)做決策。應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)CAI 企業(yè)智能平臺(tái)，可進(jìn)行高度定制化和自定義的開(kāi)發(fā)和展示。通過(guò)發(fā)掘→預(yù)測(cè)→驗(yàn)證→改進(jìn)→完善的迭代循環(huán)，促進(jìn)分析模型的不斷演化。

（4）提供企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控的新手段

通過(guò)建立必要的應(yīng)對(duì)機(jī)制，采取一系列必要措施，應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、規(guī)劃與管理等手段，提升煤礦突發(fā)事件應(yīng)急能力，建立完善的煤礦事故應(yīng)急管理體系，是當(dāng)前煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)管理的重要保障。根據(jù)煤礦突發(fā)事件的事前、事中和事后3 個(gè)環(huán)節(jié)的預(yù)防、預(yù)測(cè)、控制和恢復(fù)等能力的研究，確定煤礦突發(fā)事件應(yīng)急能力的影響因素，為災(zāi)害應(yīng)急能力提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐及調(diào)度決策。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了煤礦“一張圖”、“一張表”的基本信息，從技術(shù)和應(yīng)用兩方面詳細(xì)說(shuō)明了“一張圖”技術(shù)融合，“一張表”數(shù)據(jù)分析。在煤礦的實(shí)際應(yīng)用中，整合多個(gè)子系統(tǒng)，形成體系，各系統(tǒng)既單獨(dú)存在又能進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與系統(tǒng)的相互協(xié)作，數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)間的信息共享，將冗雜變簡(jiǎn)單，減少不必要環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率。