《智慧矿山顶层架构设计及其关键技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智慧矿山顶层架构设计及其关键技术（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、智慧矿山顶层架构设计及其关键技术内蒙古锡林浩特 026000摘要：近年来，我国能源企业面临着新经济增长方式转变、能源结构调整、 煤电联营、环境污染治理、电力体制改革、用能方式变革等多重内外部因素的影 响，使得能源企业的传统发展方式面临着更为严峻的挑战。智慧矿山就是在新一 轮科技革命与产业革命的驱动下，通过大数据、人工智能、工业互联网等与煤矿 产业的深度融合，推动生产和服务资源优化配置，促进制造体系和服务体系再造 提升企业核心竞争能力，通过建设物联网、互联网+依托的云储存甚至是人工智 能、智能分析等多种方式来建设现代化、信息化的智慧矿山。关键词：智慧露天矿山；架构设计；关键技术引言随着国家产能政
2、策的不断改革与推进，煤炭价格逐步回升，积极推进整个行 业的发展，是当前国家煤炭产业主要政策方针之一。随着物联网、云计算、移动 互联网、大数据、人工智能等技术在金融、电子商务、移动通信、智慧城市等行 业及产业的不断发展与创新应用，也促使了智慧矿山的建设与不断发展。1 智慧矿山及其特征所谓智慧矿山，就是以矿山信息化以及矿山数字化为基础，对矿山技术支撑 矿山生产流程、矿山后勤保障等进行自主感知、自主分析、自主处理的矿山建设 工程。智慧矿山建设是集矿山智慧安全系统、矿山智慧技术系统、矿山智慧生产 系统以及矿山智慧保障系统为一体的建设工程。智慧矿山系统可以不分时间、不 分场合充分利用智慧设备进行信息的感
3、知、捕获、测量以及传递，拥有更为广泛 的应用。智慧矿山的感知技术比传统技术的感知技术更为透彻，主要表现在以下 方面：1）智慧矿山拥有更为全面的感知技术，在传统感知仪器（比如监控视频、 传感器等）的基础上，发展了许多更为先进的感知仪器（比如 GPS 实时定位、手 持移动终端以及无限射频识别标记等）。2）智慧矿山的感知客体覆盖面更为广 阔。智慧矿山的高覆盖感知面使得矿山管理工作者以及矿山管理系统更为全面地 掌握矿山情况，便于下一步的工作部署。3）智慧矿山的智能化更加深入。智慧 矿山系统的先进仪器以及先进技术可以有效洞悉矿山工作状态，以保证矿山工作 者的人身安全和对矿山工作的有序开展。现阶段的矿山检
4、测系统功能单一、相互 对立，监测力度相对薄弱，监测效果不好，只有有效集成每种检测系统的可取之 处，构建一个现代化的智慧矿山体系，统筹规划，才能向自动化、智能化、高效 化靠近。2智慧露天矿山架构2.1 总体网络架构智慧露天矿山采用云、边、端的总体网络架构。端：指接入的生产业务系统 中的设备，主要实现各生产环节感知数据接入。边：主要是指边缘计算服务。云 主要提供相应的云端服务，包括模型、算法、数据协议、大数据平台等。通过接 入露天矿山多源异构数据，充分应用大数据、云计算等先进技术，实现地质储量 分析、开采方案优化、边坡安全预警、设备实时调度及经营指标多维分析，从而 实现露天矿山各个生产环节的协同关
5、联。2.1 业务架构智慧露天矿山业务架构采用“5层+3体系”的模式。“5层”自下而上分 别为基础设备层、业务数据层、分析服务层、分析业务层和分析展现层，“3体 系”分别为数据分析标准体系、安全规范标准体系、元数据及代码规范标准体系 基础设施层主要包括服务器、互联网、物联网、存储设备和计算平台等内容，为 智慧露天矿山提供硬件基础和网络数据传输基础。分析服务层主要为露天矿山三 维系统提供地理信息系统服务、数据清洗服务、数据查询服务等。分析业务层实 现露天矿山业务分析，涵盖边坡数据在线监测、车辆工况数据监测、成本分析、 决策支持等。分析展现层主要实现露天矿山分析结果的可视化展示、多维数据综 合查询和
6、展示、GIS “一张图”综合展示等功能。3智慧露天矿山关键技术3.1 露天矿山无人驾驶技术随着导航系统、传感技术、无线通信技术及机器学习技术的发展，无人驾驶 技术也在不断地突破革新。无人驾驶系统能帮助矿山企业优化业务管理流程，提 升整体生产经营管理和决策水平；形成集中管控，对汽车运输、协同生产、应急 处理等过程进行全面监测和集中控制；优化剥离、采装、运输和地面生产过程， 提高资源利用率，实现节能减排、绿色开采。无人驾驶技术在露天矿山的应用将 解决设备作业效率低、运输成本高、安全事故频发等难题。为实现露天矿山特定 作业场景下的无人驾驶系统协同作业，需要实现的关键技术如下：路径优化技 术，可提高无
7、人驾驶卡车的运输效率，降低运距和成本。露天矿山车铲智能调 度技术，可提高车铲的匹配效率，减少欠车、欠铲事件，提高车铲协同作业效率 精准定位技术，可确定无人驾驶车与车、车与铲之间的精确位置，防止发生碰 撞和装载事故。露天矿山特定场景下的跟驰、避障模型，可提高车辆运行效率, 减少车与车之间的安全事故。车辆控制决策等技术，可提高车辆的安全性能， 保证无人驾驶卡车的稳定性。3.2露天矿山数字孪生技术露天矿山数字孪生涉及的关键技术如下：虚拟开采技术，可为露天矿山提 供有效的导航开采路径，实现精准的时空反演，为露天矿山精准开采提供技术支 撑。设备故障诊断技术，露天矿山有大量的大型设备，将设备孪生模型与感知
8、 数据实时融合分析，可实现对关键采运排设备的故障诊断和预测，提升设备效率 生产综合决策技术，依托虚拟开采技术，给出不同开采方案下的关键指标，如 剥采比变化、运距、经济成本等，可辅助矿山生产决策。3.3 大数据采集分析技术露天矿山各系统建设时间不同，使用的协议不统一，因此，需要在露天矿山 部署边缘数据采集器，实现多源异构数据采集。大数据采集分析涉及到的关键技 术如下：数据仓库设计，根据不同的数据使用频率，将数据分成热数据、温数 据、冷数据，将不同类型的数据存储到不同的数据库中。根据各类分析场景，建 立原始库、资源库、主题库和时序库，实现数据的规范化存储和高效查询调用。大数据指标模型组件，根据露天
9、矿山的业务场景，提供相应的指标模型算法组 件，为露天矿山故障诊断、灾害分析提供算法支撑。前置边缘数据采集器，主 要实现数据的端部采集和实时转发，保证数据上传的可靠性。数据采集智能转 换协议，可保证数据的统一性和标准性，提升数据质量，为大数据综合分析提供 基础保障。3.4 风险监测及预警技术露天矿山安全风险主要包括边坡及尾矿库风险、矿山采运排设备故障风险、 各生产系统可靠性风险等。以露天矿山大数据采集分析技术为依托，通过接入露 天矿山各生产系统数据，实现露天矿山生产环节的安全保障。露天矿山风险监测 及预警涉及的关键技术如下：数据挖掘算法，可为风险监测及预警技术提供相 应场景下的多维关联分析，为露
10、天矿山边坡稳定性分析及各生产系统稳定性分析 提供算法支撑。生产故障事件知识图谱，通过知识图谱的构建，实现对故障事 件的关联和展现，给出事故与各类因素之间的耦合关系，为矿山事故预防提供必 要支撑。3.5 提高边坡工程设计的合理性为了对边坡工程的设计流程进行优化，需要从以下几个方面进行有效地分析 和改进：针对整体的边坡工程系统进行优化，即设计方案。在设计前期，对 需要达到的设计目标进行确定，选择最优设计方案。在设计过程中，确定了边 坡支护系统后，对支护系统进行计算，使得整体的边坡经济成本最小。对边坡 工程的相关设计概念、支护结构和地下水处理地质环境等数据进行综合性的采集 使得整体设计过程更加有效。结束语：总之，加快中国智慧矿山建设，是确保煤炭工业安全、高效、经济、绿色发 展的必然选择。智慧矿山是矿业科技创新的前沿方向，也是矿山行业可持续发展 的可靠保障，对智慧矿山架构设计及其关键技术研究，有着重要意义。参考文献：1 王国法，庞义辉,任怀伟煤矿智能化开采模式与技术路径J.采矿与岩层 控制工程学报，2020，2（1）：1-15.2 吴爱祥，王勇，张敏哲，等.金属矿山地下开采关键技术新进展与展望 J.金属矿山，2021（1）： 1-13.3 王慧芳.智慧矿山建设架构体系及其关键技术J.电子技术与软件工程， 2019（12）:175.
