數(shù)字化礦山建設方法研究

周凱麗 朱彤

摘要：國內(nèi)許多煤礦集團都在努力實現(xiàn)數(shù)字礦山的建設，但是大多數(shù)集團之下的煤礦都是相互獨立的，導致煤礦之間由于硬件平臺的不同，無法實現(xiàn)煤礦之間的信息共享以及數(shù)據(jù)分析，煤礦監(jiān)測系統(tǒng)的重復開發(fā)現(xiàn)象較為嚴重。本文分析了數(shù)字化礦山建設的特點，給出整體設計方案，有效的克服了現(xiàn)有建設方案的缺點。

關鍵詞：煤礦;數(shù)字化礦山;建設方法

一、緒論

中國工程院院士于潤滄談數(shù)字礦山的三個層次時曾說過：“數(shù)字礦山，第一個層次是礦山信息共享;第二個層次是將礦山虛擬化，以數(shù)字的形式表現(xiàn)出來;第三個層次是達到煤礦開采的智能化。”發(fā)達采礦國家對礦山信息化建設已做出了相當大的努力，許多國家已經(jīng)取得了良好的成果。加拿大在20世紀80年代末就期望實現(xiàn)遠程遙控來完成整個礦區(qū)的采礦工作。已研制出樣機系統(tǒng)，并已在INCO公司的幾個地下鎳礦中進行測試使用，較好的實現(xiàn)通過地面遙控對地下礦石開采進行控制的目的。另外，芬蘭的礦業(yè)集團也于上個世紀90年代初宣布了該國的智能采礦技術方案。

二、我國數(shù)字化礦山發(fā)展現(xiàn)狀

我國大部分礦山僅僅處于初級、或者第二個層次，未來的道路還很遙遠。煤礦信息化建設的典范是兗州礦務集團，它建立了我國第一個集團級別的內(nèi)部地域性網(wǎng)絡信息系統(tǒng)，集團內(nèi)部人員可以根據(jù)自身的權限查詢集團內(nèi)部所轄礦區(qū)任意礦井的生產(chǎn)情況，包括皮帶傳送，井下通風，給排水等煤礦開采信息，并能夠根據(jù)反饋的信息進行運算分析，提供分析報告，極大的提高了集團內(nèi)部礦業(yè)生產(chǎn)的安全性與可靠性。

除此之外，山東臨沂礦務集團所轄的土樓煤礦也走在國內(nèi)礦山數(shù)字化進程的前列，該集團通過將近20年的努力，將土樓煤礦內(nèi)部的所有生產(chǎn)與管理流程全部以信息化進行展示，無論是煤礦采集的自動化、地理信息的全景化展示、設備的管理，還是企業(yè)內(nèi)部各類信息管理、生產(chǎn)調度等等與企業(yè)經(jīng)營相關的信息，都能夠通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)進行查詢，可以說達到了很高的自動化生產(chǎn)水平。還有國內(nèi)的平頂山煤礦集團天安十一礦、淮北礦業(yè)集團青東煤礦等都在進行真正意義上的數(shù)字礦山建設。

三、現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題

國內(nèi)許多煤礦集團都在努力實現(xiàn)數(shù)字礦山的建設，但是大多數(shù)集團之下的煤礦都是相互獨立的，導致煤礦之間由于硬件平臺的不同，無法實現(xiàn)煤礦之間的信息共享以及數(shù)據(jù)分析，煤礦監(jiān)測系統(tǒng)的重復開發(fā)現(xiàn)象較為嚴重。

煤礦集團之下的單個煤礦在生產(chǎn)時，有些確實使用安全監(jiān)測與監(jiān)控系統(tǒng)進行生產(chǎn)，但對整個煤礦單位，甚至在某一具體生產(chǎn)單位，不同類型的監(jiān)測系統(tǒng)就有十幾個，甚至幾十個之多，而且每一個生產(chǎn)單位基本上都是封閉的，它們之間沒有信息交流，更不用說能夠形成統(tǒng)一的集成界面。在煤礦生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的共享和利用率方面仍存在很多問題，企業(yè)迫切希望能夠在一個整合的集成平臺中綜合瀏覽和利用這些數(shù)據(jù)。

四、數(shù)字化礦山整體設計方案

本系統(tǒng)利用web技術設計，Web服務也可以看作是一個向外界提供服務功能的應用程序，它的特點是自包含、自描述、模塊化，可以通過網(wǎng)絡描述、發(fā)布以及調用。Web服務模塊化組件的特點是分布式與網(wǎng)絡化，在執(zhí)行與其他兼容組件互操作和傳輸數(shù)據(jù)時遵循特定的技術規(guī)范，在傳輸數(shù)據(jù)時，采用標準的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，如 HTTP和XML，它定義了一套規(guī)定應用程序在Web上進行互操作的標準，使得用戶可以通過各種語言在不同的開發(fā)平臺上編寫Web服務。它的特征如下：

（一）較高封裝性

Web服務是通過提供服務接口來完成服務功能的，是一種部署在互聯(lián)網(wǎng)上的對象，它具有較高的封裝性，用戶只能了解服務的內(nèi)容與功能，而不能查看功能實現(xiàn)的具體后臺代碼，這樣既增加了服務的保密性，又方便了用戶使用。同時，Web服務使用的標準與傳輸協(xié)議具有高度的開放性，用戶都能夠在開發(fā)應用程序時使用這些規(guī)范。

（二）高透明、高集成性

對某一個Web服務而言，當它的內(nèi)部實現(xiàn)方式發(fā)生改變時，只要它對外提供的服務功能未發(fā)生變化，用戶在調用服務時不會和以往有任何區(qū)別，可以認為這種情況下Web服務內(nèi)部的任何變化對用戶都是透明的。由于Web服務對不同開發(fā)平臺所采取的標準與傳輸協(xié)議都是相同的，應用程序可以通過這些標準進行相互訪問與調用，這就為軟件的集成服務功能提供了良好的實現(xiàn)環(huán)境。

同時.NET框架為開發(fā)者提供了性能優(yōu)越的ADO.NET數(shù)據(jù)庫訪問技術、ASP.NET網(wǎng)絡應用功能開發(fā)技術和Windows窗體開發(fā)組件。另外，.NET還提供了諸如VB，C++，C#，Java等多種編程語言的開發(fā)環(huán)境和豐富的開發(fā)組件，降低開發(fā)應用程序的難度。.NET框架的特征包括：服務代替軟件;共用XML語言;多設備、多平臺的融合;友好的人機交互界面等。

提供Web服務的應用程序采用n層結構，通常的應用程序都采用三層結構：用戶端瀏覽器、Web服務器與數(shù)據(jù)庫服務器。本系統(tǒng)結構如圖1所示。

在B/S模式中，煤礦管理者能夠通過對Web服務器進行設置來開啟或關閉內(nèi)/外網(wǎng)訪問的功能。從使用的方便性考慮，與C/S模式相比，使用B/S模式構建的系統(tǒng)更容易被煤礦企業(yè)所接受，企業(yè)用戶不需要針對客戶端的安裝與維護進行專業(yè)的培訓，只要能夠使用普通的IE瀏覽器即可。而對企業(yè)本身而言，管理員能夠通過后臺的控制界面設計、維護與修改系統(tǒng)的相關信息，為系統(tǒng)設定各種參數(shù)，但企業(yè)的決策者卻不需要了解詳細的情況，他們需要更系統(tǒng)、更直觀的方式來了解企業(yè)內(nèi)部的各類統(tǒng)計信息，而且在B/S模式下，即使身處不同地域，都可以通過Internet訪問本系統(tǒng)，這樣更方便了決策者遠程查詢企業(yè)資訊，更符合企業(yè)的需求。在B/S模式中，數(shù)據(jù)和界面處理的功能都歸于Web服務器端，管理者通過修改后臺服務器的系統(tǒng)運行參數(shù)就能夠更改系統(tǒng)的應用服務功能，并不需要對用戶端進行維護與修改，這樣可以大大減少系統(tǒng)維護與升級的成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。

五、結語

本系統(tǒng)存儲的是煤礦企業(yè)日常生產(chǎn)的各類信息，Web服務器作為提供服務的關鍵環(huán)節(jié)，管理和控制著網(wǎng)站的服務與組件的功能，它將以往某些負責解釋并運行的應用程序從用戶端收回，重新部署到Web服務器端，這樣做的好處就是能進一步的“瘦化”客戶端，將所有復雜的邏輯處理和服務提供程序都搭建到服務器上。Web服務器在提供服務時通常會使用COM組件，COM組件可以透明化的處理用戶請求，完成與數(shù)據(jù)庫服務器的數(shù)據(jù)傳輸，它通常以DLL或EXE文件格式存放在Web服務器中，系統(tǒng)可以通過多種方式對其進行調用。Web服務器最重要的特性就是無論在何時都可以處理多數(shù)用戶的請求。

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