基于二三維與全景一體化的數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)研究與應(yīng)用*

疏禮春

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市朝陽(yáng)區(qū)，1000133.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100013)

★ 煤炭科技·機(jī)電與信息化 ★

基于二三維與全景一體化的數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)研究與應(yīng)用*

疏禮春1,2,3

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市朝陽(yáng)區(qū)，1000133.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100013)

針對(duì)當(dāng)前數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)多采用三維建模方式實(shí)現(xiàn)礦山場(chǎng)景及監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)字化現(xiàn)狀，提出了基于二三維與全景一體化的數(shù)字礦山三維綜合管理平臺(tái)，介紹了該平臺(tái)的架構(gòu)、功能以及關(guān)鍵技術(shù)，最后闡述了該平臺(tái)在王坡煤礦的實(shí)際應(yīng)用情況。實(shí)際應(yīng)用表明，該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了礦山企業(yè)減人增效和提升安全的效果。

數(shù)字礦山 二三維與全景一體化 綜合管理平臺(tái) 數(shù)據(jù)融合

近年來(lái)，二三維GIS在數(shù)字礦山系統(tǒng)建設(shè)中有著廣泛的需求和應(yīng)用前景。數(shù)字化礦山的核心任務(wù)是建立統(tǒng)一的礦山時(shí)空框架，整合各類礦山數(shù)據(jù)資源，建立數(shù)字化的礦山空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和集成化的礦山實(shí)景三維空間模型，關(guān)聯(lián)礦山各類軟件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)流程，為礦山設(shè)計(jì)、生產(chǎn)作業(yè)、安全管理、應(yīng)急救援等提供基礎(chǔ)平臺(tái)和決策支持。

利用二三維地理信息系統(tǒng)和全景系統(tǒng)作為支撐工具，構(gòu)建二三維與全景一體化的數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)，將礦山地形地貌、地表設(shè)施、井巷工程、礦山地質(zhì)等空間構(gòu)造在平臺(tái)中真實(shí)再現(xiàn)，同時(shí)將礦山監(jiān)測(cè)監(jiān)控、生產(chǎn)自動(dòng)化、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控、生產(chǎn)調(diào)度管理、地測(cè)管理等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備信息、人員信息、管理信息等植入平臺(tái)，從而構(gòu)建成能真實(shí)反映煤礦復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境和狀態(tài)的實(shí)景三維數(shù)字礦山，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、信息跟蹤、多系統(tǒng)互聯(lián)互動(dòng)和數(shù)據(jù)融合分析等功能，為礦井的日常監(jiān)測(cè)監(jiān)控以及調(diào)度管理提供信息支撐，各專業(yè)部門能夠通過(guò)綜合管理系統(tǒng)獲取本部門所有與安全生產(chǎn)有關(guān)的信息，在突發(fā)事件下為決策者提供全面的應(yīng)急決策信息支持，最大程度地降低發(fā)生事故的概率和減少事故造成的損失。

1 數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)架構(gòu)包含數(shù)據(jù)資源層、數(shù)據(jù)中心層以及平臺(tái)功能層3層，其架構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 數(shù)據(jù)資源層

該層為平臺(tái)提供數(shù)據(jù)源的4類系統(tǒng)，包括監(jiān)測(cè)監(jiān)控類系統(tǒng)、生產(chǎn)自動(dòng)化類系統(tǒng)、安全生產(chǎn)管理類系統(tǒng)、地測(cè)類系統(tǒng)。通過(guò)制定的煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控異構(gòu)系統(tǒng)集成規(guī)范，利用TXT或XML文件作為數(shù)據(jù)接口，平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)采集各類監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)；通過(guò)OPC接口方式，平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)采集生產(chǎn)自動(dòng)化類系統(tǒng)數(shù)據(jù)。通過(guò)ODBC接口方式，平臺(tái)實(shí)時(shí)采集安全生產(chǎn)管理類、地測(cè)類系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

圖1 基于二三維與全景一體化的數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)架構(gòu)圖

1.2 數(shù)據(jù)中心層

該層主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)以及空間數(shù)據(jù)庫(kù)，開發(fā)針對(duì)各類系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及解析軟件，通過(guò)OPC方式采集的數(shù)據(jù)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，TXT或XML文本文件數(shù)據(jù)存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，井上和井下空間三維建模及全景影像數(shù)據(jù)存入空間數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)中心層可對(duì)煤礦上級(jí)單位提供多種形式的數(shù)據(jù)接口。

1.3 平臺(tái)功能層

該層以二三維地理信息系統(tǒng)和全景系統(tǒng)為支撐工具，開發(fā)了礦區(qū)地理信息三維可視化、安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警、多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、數(shù)據(jù)融合分析等功能模塊。整個(gè)平臺(tái)可供調(diào)度室集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控和生產(chǎn)調(diào)度管理使用，同時(shí)可通過(guò)權(quán)限管理給各個(gè)專業(yè)部門提供所關(guān)注的信息，還可以與其他生產(chǎn)設(shè)計(jì)和經(jīng)營(yíng)管理類系統(tǒng)互聯(lián)互通。

2 數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)數(shù)據(jù)中心

數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)包括信息采集與處理系統(tǒng)、存儲(chǔ)生產(chǎn)自動(dòng)化類系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)監(jiān)控類和管理類系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)以及存儲(chǔ)模型文件的空間數(shù)據(jù)組成。

2.1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理

信息采集與處理軟件主要包含基于文件、OPC、ODBC三種方式的數(shù)據(jù)采集與處理軟件。采用文件交換方式采集礦山安全監(jiān)控、人員定位、產(chǎn)量監(jiān)控、頂板壓力等監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)；采用OPC方式采集綜采監(jiān)控、帶式輸送機(jī)監(jiān)控、主副井提升監(jiān)控、供電監(jiān)控、洗煤廠監(jiān)控等生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)；采用ODBC方式采集風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控、生產(chǎn)調(diào)度、地測(cè)等管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控、生產(chǎn)管理、地測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析后進(jìn)入數(shù)據(jù)中心關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析后進(jìn)入數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，三維模型數(shù)據(jù)直接存入空間數(shù)據(jù)庫(kù)。整個(gè)信息采集與處理過(guò)程包括數(shù)據(jù)讀取、傳輸、接收、存儲(chǔ)、緩存、安全等環(huán)節(jié)。

(1)數(shù)據(jù)讀取。信息采集與處理軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視煤礦各個(gè)系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)集成規(guī)范提供的接口數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式校驗(yàn)和錯(cuò)誤檢查，而后交由數(shù)據(jù)上傳模塊進(jìn)行發(fā)送。

(2)數(shù)據(jù)傳輸。采用高效的網(wǎng)絡(luò)異步通信技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，傳輸模塊重點(diǎn)考慮時(shí)間同步性和斷點(diǎn)續(xù)傳。當(dāng)數(shù)據(jù)讀取模塊發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)來(lái)源，立即把這些數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收模塊。

(3)數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)接收是采集數(shù)據(jù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在數(shù)據(jù)接收模塊需要重點(diǎn)考慮數(shù)據(jù)的并發(fā)處理能力和高效性，采用多線程的并發(fā)數(shù)據(jù)處理模式。數(shù)據(jù)接收模塊收到數(shù)據(jù)后按照數(shù)據(jù)集成規(guī)范進(jìn)行解析，然后采用批量方式集中寫入到數(shù)據(jù)中心各對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

(4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用能大規(guī)模響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，從各個(gè)系統(tǒng)采集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)會(huì)安照一定的規(guī)則存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，重要數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)5年以上，為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，采集軟件會(huì)把一些過(guò)期或無(wú)用的數(shù)據(jù)定期進(jìn)行自動(dòng)清理以加快系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

(5)數(shù)據(jù)緩存。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)具有數(shù)據(jù)緩存能力，能夠保證不會(huì)因通訊故障等原因而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的中斷或丟失。

(6)數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中采用加密機(jī)制，防止數(shù)據(jù)被篡改對(duì)系統(tǒng)存在潛在威脅或攻擊。

2.2 靜態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理

靜態(tài)數(shù)據(jù)主要包括井上井下全景影像數(shù)據(jù)、圖紙文檔數(shù)據(jù)以及三維模型數(shù)據(jù)等。全景影像數(shù)據(jù)采集包括地面影像數(shù)據(jù)采集和井下影像數(shù)據(jù)采集，地面采用背包式全景采集相機(jī)進(jìn)行采集，根據(jù)礦山工業(yè)廣場(chǎng)平面圖事先規(guī)劃采集點(diǎn)，采集點(diǎn)主要布置在礦區(qū)的道路上，采用GPS坐標(biāo)進(jìn)行采集點(diǎn)的定位工作。由于井下無(wú)GPS信號(hào)，巷道全景影像數(shù)據(jù)采集采用坐標(biāo)基點(diǎn)的方式，然后在自主研發(fā)的三輪車上安裝里程計(jì)，采用定點(diǎn)的方式進(jìn)行采集。工作面、掘進(jìn)頭及硐室等采用三腳架全景相機(jī)的方式采集。采集完的全景影像數(shù)據(jù)，采用自主研發(fā)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件進(jìn)行全景影像與地面坐標(biāo)點(diǎn)的匹配數(shù)據(jù)生產(chǎn)工作。圖紙文檔及三維模型數(shù)據(jù)采用FTP方式直接上傳到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)即可。

3 數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)通過(guò)融合礦區(qū)的地理信息、井上井下場(chǎng)景、地質(zhì)體及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等多維度信息，進(jìn)行統(tǒng)一的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知礦山安全生產(chǎn)態(tài)勢(shì)，主要功能模塊如下：

3.1 礦區(qū)地理信息三維可視化模塊

該模塊通過(guò)加載礦區(qū)高精度地形數(shù)據(jù)，將礦區(qū)地形地貌、礦區(qū)所處地理位置及其周邊地形地貌清晰再現(xiàn)，融合交通道路、河流、植被、村莊等，可為礦區(qū)后期的整體規(guī)劃、設(shè)計(jì)和維護(hù)提供基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。在礦區(qū)地形圖上顯示礦界以及井下采掘圖在地面的逆投影，從地面就可以看出井下巷道的布置、采空區(qū)、工作面等位置，為礦區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供決策參考。通過(guò)井上井下對(duì)照，可以查詢出井下任意巷道位置對(duì)應(yīng)地表的垂直位置坐標(biāo)，為井下救援打孔時(shí)定點(diǎn)定位提供支持。

3.2 井上井下場(chǎng)景三維可視化模塊

該模塊基于礦區(qū)現(xiàn)有的地面工業(yè)廣場(chǎng)圖紙，整合現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)字化信息，構(gòu)建實(shí)景三維礦區(qū)場(chǎng)景，工業(yè)廣場(chǎng)以及井上井下設(shè)施等均按照實(shí)體建模，井上井下重要位置用三維實(shí)景的形式呈現(xiàn)。該模塊提供場(chǎng)景編輯和維護(hù)功能，用戶可以根據(jù)需要調(diào)整設(shè)備位置、添加新設(shè)備、更新掘進(jìn)巷道和回采工作面位置等，對(duì)照井下生產(chǎn)進(jìn)度來(lái)調(diào)整場(chǎng)景保持對(duì)應(yīng)一致。

3.3 礦山地質(zhì)體三維可視化模塊

該模塊通過(guò)對(duì)礦山現(xiàn)有勘探、鉆孔、采掘工程、水文地質(zhì)等地學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，生成三維地形、地學(xué)構(gòu)造、煤層空間拓?fù)鋵ｎ}數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)學(xué)算法擬合生成實(shí)景三維礦體和地質(zhì)構(gòu)造模型；用戶可在地表上任意地點(diǎn)剖切查看地下的巖層和煤層構(gòu)造等，以分層抽取方式展現(xiàn)煤層和巖層等地質(zhì)層次，并能夠可視化展示陷落柱、積水區(qū)、斷層、地質(zhì)瓦斯含量等地質(zhì)構(gòu)造位置及空間分布，并可查詢井下任意位置周邊存在的陷落柱和積水區(qū)等地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)在該區(qū)域進(jìn)行掘進(jìn)和回采作業(yè)的班組進(jìn)行預(yù)警提示。

3.4 安全生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊

該模塊通過(guò)對(duì)礦山標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集成規(guī)范，將現(xiàn)有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息從不同的專業(yè)系統(tǒng)和不同的應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行整合，同步提取各系統(tǒng)中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及隱患報(bào)警數(shù)據(jù)，具有監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)大幅度變化預(yù)報(bào)警提示功能。結(jié)合數(shù)據(jù)顯示和定位等服務(wù)功能，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)報(bào)警的同時(shí)能快速定位到報(bào)警位置以及周邊三維場(chǎng)景，并自動(dòng)觸發(fā)對(duì)該隱患信息相關(guān)聯(lián)的信息，逐項(xiàng)排查，確定問(wèn)題發(fā)生的原因，實(shí)現(xiàn)隱患數(shù)據(jù)的綜合監(jiān)測(cè)分析，幫助調(diào)度人員和管理者尋找解決方案。

3.5 生產(chǎn)工藝流程仿真模塊

該模塊依托礦山實(shí)際的生產(chǎn)工藝，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，綜合應(yīng)用三維動(dòng)畫和同步語(yǔ)音等技術(shù)，以動(dòng)態(tài)可視化的形式再現(xiàn)井下采煤、煤流運(yùn)輸、通風(fēng)、洗煤、絞車提升等工藝流程，為礦山各個(gè)專業(yè)員工的安全培訓(xùn)提供可視化教材。

3.6 數(shù)據(jù)融合分析模塊

該模塊對(duì)井下環(huán)境監(jiān)測(cè)易報(bào)警位置進(jìn)行自動(dòng)篩選、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)以及特征分析，為相關(guān)部門和工作人員采取針對(duì)措施提供決策支持。該模塊對(duì)井下傳感器校驗(yàn)報(bào)警數(shù)據(jù)與真實(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)辨識(shí)，并根據(jù)礦井采掘圖生成井下巷道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，結(jié)合井下巷道3D GIS數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及井下作業(yè)人員位置等信息，動(dòng)態(tài)規(guī)劃井下避災(zāi)路線，自動(dòng)圖文提示最優(yōu)避災(zāi)路線及長(zhǎng)度。

3.7 多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控、人員定位、視頻監(jiān)控以及擴(kuò)播系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)提示瓦斯報(bào)警、CO超限信息、人員信息以及視頻監(jiān)控畫面，報(bào)警信息自動(dòng)傳送到擴(kuò)播系統(tǒng)進(jìn)行廣播，通知特定區(qū)域人員撤離，并在井下逃生指示牌中顯示避災(zāi)路線。

3.8 輔助決策模塊

在統(tǒng)一的時(shí)間與空間框架下，以安全、生產(chǎn)和管理為主線對(duì)信息進(jìn)行全面、有序、高效整合、挖掘和分析， 實(shí)現(xiàn)礦區(qū)地理信息、礦山地質(zhì)體以及井上井下場(chǎng)景三維可視化、生產(chǎn)工藝流程仿真、安全生產(chǎn)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警以及數(shù)據(jù)與場(chǎng)景融合，滿足礦山企業(yè)通過(guò)一個(gè)平臺(tái)進(jìn)行全礦生產(chǎn)過(guò)程的集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控和調(diào)度管理的需要。各個(gè)專業(yè)部門通過(guò)平臺(tái)可以掌握本部門關(guān)注的監(jiān)測(cè)監(jiān)控、設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)以及生產(chǎn)管理信息，通過(guò)多個(gè)系統(tǒng)融合的數(shù)據(jù)以及多維度的挖掘分析進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控、井下避災(zāi)和應(yīng)急演練等輔助決策。

3.9 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)井下設(shè)備資料的管理，包括設(shè)備基礎(chǔ)信息、部署位置、廠商資料和主要技術(shù)資料等，為設(shè)備維修提供基礎(chǔ)。

3.10 運(yùn)維管理模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)井下巷道及機(jī)電設(shè)備的檢修和維護(hù)記錄以及監(jiān)控中心值班信息的管理，包括維修和改造信息管理、維修改造計(jì)劃、維修改造記錄以及統(tǒng)計(jì)維修改造信息等功能，可以自動(dòng)生成運(yùn)維報(bào)表，并可進(jìn)行導(dǎo)出和打印。

3.11 應(yīng)急管理模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資管理、應(yīng)急隊(duì)伍管理以及應(yīng)急預(yù)案管理，支持新增、編輯、刪除、查看詳情等功能，支持文檔的上傳和下載。

3.12 圖檔管理模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)礦山設(shè)計(jì)和維護(hù)階段相關(guān)的各類紙質(zhì)或電子圖檔資料的管理，包括項(xiàng)目準(zhǔn)備階段文件、監(jiān)理文件、施工文件、竣工驗(yàn)收文件、竣工圖、地下設(shè)施竣工測(cè)量成果以及電子文件等，并提供上傳、存檔、查看和下載等功能。該模塊能夠提高圖檔管理工作的效率，確保各種工程圖紙和各階段文件的完整性管理，便于查閱和使用圖檔資料。與此同時(shí)，圖檔可與具體的三維模型掛接。

4 數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 井下地質(zhì)體精細(xì)化建模及快速更新技術(shù)

研究通過(guò)地測(cè)的鉆孔、采掘圖以及測(cè)量等數(shù)據(jù)構(gòu)建精細(xì)化三維地質(zhì)體模型；研究通過(guò)地測(cè)管理系統(tǒng)自動(dòng)更新平臺(tái)中地質(zhì)體、工作面以及掘進(jìn)頭等信息；研究通過(guò)地質(zhì)體剖切查看井下斷層的走向以及巷道頂?shù)装逶诿簩雍蛶r層的走向，為井下采掘工作提供地質(zhì)三維可視化技術(shù)支持。

4.2 井下全景影像采集技術(shù)

研究井下低照度環(huán)境下全景影像的采集技術(shù)，研究無(wú)GPS信號(hào)情況下全景采集點(diǎn)與井下采掘圖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)匹配技術(shù)，研制基于防爆三輪車(加裝里程計(jì)、全景相機(jī)和照明裝置)的井下巷道全景采集裝置，研制基于三角架、電動(dòng)云臺(tái)和單相機(jī)的采掘面、硐室全景采集裝置，實(shí)現(xiàn)井下影像的高效采集。

4.3 井下全景與GIS集成技術(shù)

通過(guò)二維GIS軟件轉(zhuǎn)化煤礦采掘圖為二維GIS圖，通過(guò)研發(fā)全景數(shù)據(jù)生產(chǎn)軟件在GIS圖上繪制全景影像采集軌跡線，實(shí)現(xiàn)任意條巷道的全景點(diǎn)可平均固定到各條軌跡線上，實(shí)現(xiàn)全景影像與巷道固定位置的關(guān)聯(lián)。

4.4 多系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)技術(shù)

在數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上，通過(guò)二三維GIS空間信息自動(dòng)計(jì)算井下重要位置瓦斯傳感器周圍一定距離的人員定位分站、廣播以及攝像頭的位置，當(dāng)瓦斯報(bào)警或短時(shí)間上升幅度過(guò)大時(shí)，平臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警提示，同時(shí)關(guān)聯(lián)廣播通知區(qū)域內(nèi)人員進(jìn)行撤離，并自動(dòng)彈出區(qū)域內(nèi)視頻監(jiān)控畫面。

5 數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)應(yīng)用效果

山西天地王坡煤業(yè)有限公司生產(chǎn)能力為 300萬(wàn)t/a，井田面積為25 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為2.96億t，屬于高瓦斯礦井。礦井安裝了安全監(jiān)控、人員定位、緊急避險(xiǎn)、通信聯(lián)絡(luò)、壓風(fēng)自救和供水施救等安全避險(xiǎn)六大系統(tǒng)以及綜采監(jiān)控系統(tǒng)、主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控、副井提升監(jiān)控和選煤廠監(jiān)控等生產(chǎn)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，具備平臺(tái)建設(shè)條件。2014年5月，公司啟動(dòng)了數(shù)字礦山綜合管理平臺(tái)建設(shè)，2015年11月，該平臺(tái)建設(shè)完成并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了公司井下地質(zhì)體的精細(xì)化建模及三維可視化展示，建立了礦井9個(gè)標(biāo)志性巖層，3個(gè)主采煤層的地質(zhì)可視化，包含煤層中的斷層、陷落柱、瓦斯含量分布以及煤層等高線等，并可進(jìn)行地質(zhì)體剖切，為井下采掘巷道布置提供決策支持。在二三維與全景一體化集成場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)15個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合監(jiān)測(cè)、一張圖監(jiān)控、多系統(tǒng)互聯(lián)互動(dòng)以及數(shù)據(jù)與場(chǎng)景融合，達(dá)到了高效監(jiān)測(cè)、自動(dòng)定位報(bào)警地點(diǎn)以及自動(dòng)提示可能報(bào)警原因等效果。通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集的多系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，融合井下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與巷道空間拓?fù)涞谋転?zāi)路線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)規(guī)劃與發(fā)布，對(duì)設(shè)備耗能情況以及人員生產(chǎn)績(jī)效進(jìn)行了綜合分析，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備能耗以及人員績(jī)效的可視化管理，為提高管理方式和方法提供了支持。

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(責(zé)任編輯 路 強(qiáng))

Research and application of digital mine integrated management platform basedon integration of two or three dimension and panorama

Shu Lichun1,2,3

(1. China Coal Research Institute, Chaoyang, Beijing 100013, China;2. State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization, Chaoyang, Beijing 100013, China;3. Beijing Coal Mine Safety Engineering Technology Research Center, Chaoyang, Beijing 100013, China)

For the current situation that digital mine integrated management platform often use 3D modeling method for digitalization of mine scene and monitoring and inspecting, digital mine 3D integrated management platform based on integration of two or three dimension and panorama was proposed. The framework, functions and key technology of the platform were introduced, and the practical application condition of the platform in Wangpo Coal Mine was elaborated. The results showed that the platform realized efficiency increasing, payrolls downsizing and safety promotion.

digital mine, integration of two or three dimension and panorama, integrated management platform, data fusion

國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2016ZX05045007)

TD-9

A

疏禮春(1981 -)，男，安徽安慶人，工程師，碩士，主要從事煤礦信息化類軟件的設(shè)計(jì)及開發(fā)研究工作。