智慧礦山建設架構體系及其關鍵技術探討

李憲英

（長春黃金設計院有限公司，吉林 長春 130012）

在礦山行業中，智慧礦山建設屬于我國礦山建設的前端領域。當前相關研究人員對智慧礦山建設進行了初步的研究。但大多數是針對礦山某一特定種類方面進行智慧化研究，嚴重缺少智慧化礦山整體開發建設及發展方向的深入研究。在此基礎上，以宏觀方面為研究落腳點，對智慧礦山的建設架構體系以及其關鍵技術進行了詳細的研究探討，提出了發展的建議[1]。

1 我國礦山行業的發展現狀及發展趨勢

根據我國礦業過去幾十年到礦業未來發展的總趨勢來說，礦山企業的信息化建設可以劃分成以下發展階段：①礦業企業信息電子化發展階段。在這個時期，礦業企業大都依靠單一的電子部件進行企業信息數據的采集，用文本、電子表格的形式進行詳細的記錄，把礦業企業的信息建設轉化到電子化發展階段。②礦山企業數字化發展階段。礦業企業需要把企業管理運營等電子信息通過數字化信息系統進行入庫統計。使用數據庫進行信息數據的存儲，用數據庫的形式將整個礦山的日常生產以及發展情況清楚的呈現出來。③礦山虛擬化建設。將整個礦山及和礦山有關的東西聯系起來，形成虛擬視頻監控系統、安全監測系統。通過此系統將礦井下的真實場景重新顯現出來，以完成分析功能。④智慧礦山建設。在虛擬智慧礦山的建設基礎之上，還可以通過物聯網技術將所有的信息進行融合，逐漸的形成信息管理、監測以及監控方面的一體化系統。隨著科技的不斷發展，還可以運用人工智能技術來實現科學決策，并在系統中插入導航以及定位跟蹤技術達到遠程操控的目的。隨著科學技術的不斷進步，我國對礦業企業的信息安全及信息自動化的相關要求不斷提高，如果礦業企業的信息發展依然采取傳統的信息發展模式，企業很難再有更大發展，并且企業落后的發展模式也必將會被物聯網技術所替代。

2 智慧礦山建設過程中出現的問題

①在我國智慧礦山的建設過程中欠缺有關的建設標準。對于我們國家的智慧礦山建設而言，在起始之初就缺乏頂層設計的有關指導以及制度約束，在這種情況下，導致了許多信息系統廠家在市場上無序競爭，從而直接影響了信息系統的互聯性。②智慧礦山的建設過程中，多類學科的交叉應用相對較少。礦山企業面臨的諸多問題都需要通用應用多學科的知識才可以將問題解決。其解決問題最為有效的途徑是：運用多學科的知識進行集成化應用。然而在當前階段，有我國的礦山企業缺乏一個開放性以及統一化的企業信息平臺，因此也就無法為多學科集中應用以及分析提供有關的途徑。③智慧礦山信息化建設中重視硬件建設卻忽略了軟件建設。我們國家的礦山企業在進行智慧礦山信息化建設過程當中，需要投入大量的資金用于礦山系統建設，但是在智慧礦山的信息化系統建設過程中，僅僅重視信息建設中的硬件投入，卻往往忽略了軟件投入，在軟件建設方面的資金投入相對較少。根據相關的數據統計，金屬礦山在信息化軟件方面的投入僅僅占總信息化資金投入的20%左右。在這種情況下，往往會導致大量的信息資源嚴重浪費，不能更好的服務于礦山的運營以及日常的生產管理。④我國的礦山信息化建設“信息孤島化”現象較為嚴重。我國的礦山信息化建設截止到目前，信息系統中的子系統已經基本實現了網絡化，但是由于各個子系統所獲取的信息數據無法共享，所以在根本上無法實現信息的融和，導致信息系統中的“信息孤島”現象更加的嚴重。所以隨著科技的不斷發展進步，現代信息技術的優勢還需要繼續深入發掘[2]。

3 智慧礦山的建設架構體系

為了保證智慧礦山的建設架構體系的開展，需要對智慧礦山的架構體系實行頂層設計，在此，構想了智慧礦山的架構體系。①第一層架構體系：信息數據采集以及數據的執行層。在這個架構層之內，主要對于礦山企業的數據信息進行采集以及決策數據信息的執行操作。主要包含了綜合信息自動化、礦山環境監測、礦山日常生產經營管理、礦山安全生產管理等系統中的數據信息采集以及決策信息執行硬件。其中，綜合自動化系統主要包括礦山的開采、掘進、機電、礦石運輸、通風、礦山水文環境、礦產探測等等與礦山日常生產安全有關的幾十種信息系統。環境監測系統則主要包含了礦井安全監控、作業人員定位、礦井內礦壓的監測、礦井中粉塵的實時監控、礦井內的防滅火監測、水環境監測、礦山周圍大氣環境監測、生態環境監測等等相關方面的監測系統。在生產管理系統中就涵蓋了礦山的生產管理以及開采計劃、生產技術管理、生產設備管理等等有關的系統。安全管理系統：其中主要包括了危險源的日常管理、日常生產安全隱患故障的排查、違章監督管理、生產質量標準化管理、生產機電設備的日常管理以及地測防水系統管理等等有關的安全管理系統。經營管理系統：其中涵蓋了辦公系統、人力資源的管理、企業的財務管理、企業的運營成本以及物資鏈的管理、倉儲管理等等相關的經營管理系統[3]。

②第2層：信息傳輸層。在信息數據的傳輸層，其網絡數據的傳輸需要按照一體化的基本設計原則進行，從而可以在礦井內形成一個由無線以及有線信號所構成的全面的網絡系統，有利于智慧礦山的信息化建設。③信息數據的存儲層。需要在礦山信息數據的傳輸過程中，將信息數據進行規范化，并在保證信息數據安全的前提下實行云存儲，進而可以實現信息數據的有效存儲以及數據管理；此外，還可以建立公共信息開放平臺，建立安全生產管理以及智慧信息數據分析庫。④智慧信息數據決策以及控制層。這個層為整個建設架構層的關鍵層，在此層需要建立涵蓋礦山日常生產管理的所有信息系統。在這個層面中不僅僅包含了數據采集以及信息數據智慧分析處理，同時需要涵蓋整個礦山的通信、應急救助、消防演練信息系統等。還可以應用大數據技術以及云計算，結合不同的學科進行綜合性研究分析，從而可以實現礦山安全管理以及智慧決策，并通過人工智能技術自動執行智慧決策的命令。⑤信息數據的展示層。經過虛擬現實技術的處理，可以將礦山數據信息使用移動設備以及網絡進行顯示，可以將礦山的具體情況展現出來。

4 在智慧礦山建設架構體系中涉及到的關鍵技術

①制定有關的技術規范以及標準。智慧礦山建設架構體系在正式開展之前，需要制定有關的技術規范標準。優先制定一些關鍵性技術標準以及頂層設計，其中包括了智慧礦山的有關指標以及相關的評價標準、礦山的建設架構、智慧化決策平臺、一體化技術要求等等有關的技術規范以及標準。②智慧礦山建設中的空間信息技術。目前為了快速的實現一體化信息建設，礦山行業可以學習有關的技術，還需要結合自動化調度系統，實現信息數據的精準采集、研究分析、實時處理。有助于形成一體化的公共信息平臺。③礦山系統的虛擬化。將整個的礦山與有關的信息全部聯系起來，直接與視頻監控系統進行連接，可以展現井下真實的場景。如果與模擬仿真技術相結合，可以通過模擬化的廠區場景結合，有助于信息數據的實時分析。④礦山數據倉庫和數據通信技術。在礦山生產發展期間包含了諸多環節，這些環節產生的信息也特別多，為了對信息進行有效的傳遞和更新，方便交流并發布信息，應當確保元數據和分類編碼朝著規范化方向發展，創建健全的信息數據資源目錄，引進完善的數據倉庫技術。在應用數據通信技術的過程中需要合理的調整數據傳輸格式，將系統和設備相互連接起來。選取性能極高的技術以及設備，增強數據的準確性，將高效數據傳輸算法的價值體現出來，確保生產數據的準確性。⑤建立智慧礦山決策公共平臺。平臺主要涵蓋兩個方面：礦山端平臺和云端平臺，其中云端平臺具有較強的數據處理能力，可以確保多個用戶在平臺的穩定運行。

5 結語

在近幾年中，我國許多的行業都開始進行智慧化的建設熱潮。目前已經成為了繼信息化建設之后的又一輪建設突破。雖然傳統礦山已經實現了信息化建設，但是距離智慧礦山建設仍然還有很遠的距離，因此需要對于智慧化礦山建設架構體系以及關鍵技術進行詳細的研究，建設“智慧化”的礦山發展道路。