基于RFID和軟件工程的數字礦山信息平臺分析與設計

謝雄輝

（紫金礦業集團股份有限公司，福建 龍巖 364200）

數字礦山是地質科學、測量技術、采礦工程、物聯網和計算機技術等領域知識的交叉，具有很強的理論性、技術性和實踐性。從概念內涵上看，數字礦山的核心是對真實礦山及其相關現象的統一認識和模擬再現，數字礦山信息平臺的建設，需要RFID（無線射頻識別）和軟件工程兩個重要的技術作為支撐。

1 數字礦山信息平臺建設的技術路線

采取的具體技術路線為：項目的前期準備、完成前期已建生產自動化和生產管理系統的調研（主要包括現場自動化設備和設施、視頻設備、現場數據收集設備等等），數字礦山的需求分析與建模、關鍵技術（物聯網的RFID、海量數據的云存儲和傳輸、數據挖掘、軟件SOA架構）的研究、平臺的概要設計（含硬件設備進行選型、安裝和配置，完成設備組裝和檢驗）和詳細設計、構建平臺的對象模型與軟件框架、程序編碼與實現、代碼走查、系統集成、調試和優化，系統驗收。在各個階段進行嚴格的技術和質量評審，編制相應的文檔資料。

2 功能需求分析

2.1 平臺的目標

數字礦山信息平臺的建設目標，因企業不同戰略目標和礦山環境而不同，一般地說，數字礦山建設，有如下的目標：

以RFID、云計算和軟件工程等技為核心技術，實時數據采集和海量信息存儲，實現礦山安全監控、人員定位和跟蹤，逐步實現整個礦山的生產自動化和管理信息的無縫連接，礦各級主管和相關職能部門均可以進行實時監測、數據報表統計查詢，同步掌握生產運行狀態、安全情況，實現全礦的數據采集、生產狀態的實時監控、生產調度、決策指揮的信息化，為預防和處理各類突發事故和災害提供有效手段。

平臺的建設，參照2017年發布的國家標準(GB/T 34679-2017)“智慧礦山信息系統通用技術規范”。

2.2 平臺的接口與集成分析

數字礦山信息平臺，是礦山為主體的數字化，礦山企業管理信息化跟集團層面的內容要協調一致，但管理的側重點有所不同，它以集團下達的利潤、生產安全、成本與財務費用等控制指標的預算為基礎，圍繞礦山生產地、測、采過程展開，在礦山生產計劃、生產調度、生產統計這條主線上實現礦山人、財、物、產、供、銷企業管理過程。數字礦山與礦山企業資源計劃（ERP）、企業信息門戶（或辦公自動化）進行連接。

3 物理平臺設計與開發環境

數字礦山的物理平臺是建立在其母公司企業的網絡拓撲結構之上的，集團性企業的建立上級監控中心，形成兩級監控中心。

根據需要建立數字礦山的硬件平臺，主要由視頻綜合平臺、管理服務器、流媒體服務器、人臉分析（識別）服務器、智能分析服務器和其他接入的現場自動化生產設備組成。

建立在物理平臺上的開發環境，由硬件設備和軟件組成。對于TB級的海量數據，采用私有云平臺存儲數據，建立數據中心。收集礦山現場外部系統的數據集成方案，包括相關視頻監控、生產監測、生產執行、生產管理等系統。

4 功能層次設計

數字礦山的功能，因礦山生產業務的差異而存在較大的差異性。

從功能層次進行分析，可以分成七個層次，數字礦山功能層次由七個部分組成：分別為數據采集層、數據ETL層、數據存儲層、數據處理層、數據分析層、可視化展現層、決策支持層。

5 平臺的兩級數據中心

通過結合實際的綜合分析，根據企業管理和具體礦山通信條件、工作相對獨立性考慮，采用2+1存儲模式，如圖1所示，建設集團和礦山兩級數據中心。對于TB級的海量數據，采用私有云平臺存儲數據。

圖1 集團和礦山兩級數據中心示意圖

（1）集團數據中心：主要存儲集團級應用系統數據、下屬礦山成果數據。

（2）礦山級數據中心：主要存儲礦山生產過程與成果數據。

在兩級數據中心的基礎上，每個項目建立一個工程項目數據庫為外部單位設計公司、勘查分院等項目運作之用。工程項目數據庫中數據通過立項申請、審查確認，進出集團數據中心或礦山數據中心。

數字礦山需要海量礦山類數據支撐，在收集和使用過程中，存在多源、異構、異質的特點。

6 總結

某礦業集團公司通過上述的數字礦山的分析和設計，通過對示范性數字礦山的建設，將推廣到集團內各礦山使用。按單個礦山的采礦為例，以生產能力5000噸/天計，可降低人力成本5%、貧化率降低2%、損失率降低1%，實現經濟效益每年增加300萬元，同時極大提升礦山生產、職業健康與安全、技術和后勤保障等等水平，打造安全礦山、高效礦山。

總之，數字礦山為礦山信息化建設和礦山企業的發展提供各種數字化和自動化的服務，從而使礦山更加協調地發展，同時它有利于實現礦山安全生產，提高礦山企業生產效率，為智慧礦山提供基礎，最終走向綠色礦山、無人礦山。