物联网与感知矿山专题讲座之二——感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化

论述了感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化的关系,指出感知矿山是数字矿山、矿山综合自动化等概念的升华;在数字矿山三层模型的基础上,给出了感知矿山模型;明确提出感知矿山的核心问题是"三个感知",即感知矿山灾害征兆,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。感知矿山系统建设的关键是感知层网络建设,建设目标是减灾保安全。     

平行矿山: 从数字孪生到矿山智能

针对新时代下我国矿区智能化发展诉求与矿山无人化进程中遇到的复现难、协同难的技术问题, 本文融合智慧矿山理念、ACP (Artificial societies + computational experiments + parallel execution)平行智能理论和新一代智能技术, 设计并实现了智慧矿山操作系统 (Intelligent mine operation system, IMOS), 为平行矿山智能管理与控制一体化提出了解决方案. 本文首先分析露天煤矿产业发展趋势; 国内外露天矿山智能化发展情况; 面向露天矿山无人化与智能化需求, 深度融合数字四胞胎理论, 设计了虚实融合的IMOS架构; 详细阐述了IMOS子系统架构与功能, 包括: 单车作业系统、多车协同系统、车路协同系统、无人驾驶智能系统、调度管理系统、平行系统、监管系统、远程接管系统和通信系统; 并探讨了IMOS关键技术, 即平行矿山仿真建模技术、无人驾驶技术、矿区通信技术和协同作业技术. 该操作系统是国内首套露天矿山无人化与智能化的一体化解决方案, 并能够迁移到不同矿区不同作业场景, 推动矿区智能化无人化发展, 减少人工干预从而降低安全风险, 大幅度降低人工成本, 提高生产作业效率, 并可结合社会发展要素为实现绿色可持续发展矿区提供支撑.     

煤矿信息化建设回顾与展望

从煤矿信息化的定义出发,回顾了煤矿信息化建设经历的单机(系统)自动化、综合自动化、矿山物联网、智能矿山、感知矿山等阶段的特征、典型问题及具有代表性的解决方案,指出:单机(系统)自动化矿山仅能够对单一设备或单一系统进行简单控制,属于煤矿信息化建设的初级阶段;综合自动化矿山实现了多系统间的自动化控制,解决了信息孤岛问题,属于煤矿信息化建设的中级阶段;物联网矿山、智能矿山分别实现了人与人、人与物和物与物相联及深度相联,感知矿山实现了矿山信息与状态的认知与知识集成,属于煤矿信息化建设的高级阶段。梳理了煤矿信息化、数字化、虚拟化和智慧化之间的关系,指出:煤矿信息化包括矿山数字化、虚拟化和智慧化的所有内容;物理矿山、数字矿山、虚拟矿山通过物的集成、数据集成和语义集成形成一个完整的闭合体,智慧矿山是该闭合体的核心。分析了目前煤矿信息化建设在感知层、网络层、平台层、应用层存在的主要问题,探讨了煤矿信息化技术的发展趋势:自治设备大量涌现;煤矿透明化与精准控制;边缘计算与云平台协同;智能APP大量涌现。     

数字煤矿特点及关键技术

针对我国数字煤矿示范矿井建设过程中存在的不能全面理解数字煤矿含义的问题,探讨了数字煤矿的概念及特点、数字煤矿建设包含的内容、数字煤矿建设的现状;分析了数字煤矿建设与其它行业非煤数字矿山建设的区别;简要介绍了在"十二五"期间我国数字煤矿建设方面应重点研究及攻关的关键技术。     

数字矿山基础GIS系统设计

针对数字矿山各专业子系统,即井下人员定位与考勤系统、安全监测监控系统、通风信息管理系统、井下设备设施管理系统和给排水监测与管理系统的可视化应用要求,设计了一种数字矿山基础GIS系统。该系统以地测数据为基础,生成矿区的各类地物分布图,并提供基础的GIS功能服务,从而可实现对各专业子系统的管理与分析功能。     

加快矿山物联网建设

总结了"十二五"期间国家安全生产监督管理总局在推动矿山物联网建设方面所开展的工作及取得的成果,明确了"十三五"期间矿山物联网建设方面的重点布局。指出为提升安全生产监管能力和煤矿企业的事故防范能力,应加快矿山物联网建设;在矿山物联网建设过程中应进一步完善矿山物联网顶层设计,结合矿山物联网云平台建设与大数据技术,实现矿山行业安全生产形势预测。     

智慧矿山基本内涵、核心问题与关键技术

归纳了智慧矿山基本内涵,即具备对矿山的主动感知能力、自动分析能力及快速处理能力,数字矿山是智慧矿山的基础和依托,无人矿山是智慧矿山的高级阶段和终极目标;指出了智慧矿山待解决的三大核心问题,即矿山状态深度感知、矿山数据深度挖掘及矿山安全生产与管理决策支持;分析了智慧矿山所依托的三大关键技术,即煤矿物联网技术、煤矿大数据技术及煤矿智能决策支持技术。     

面向矿山安全物联网的光纤传感器

针对矿山安全监测系统中传统电子传感器存在的精度低、可靠性差、维护工作量大、有监控盲区等问题,提出采用光纤传感器与无线传感器构建煤矿人、机、环多维度、多参数、大容量监测系统;介绍了光纤传感器在矿山安全监测系统中的应用优势,重点介绍了激光光谱分析气体传感器、光纤光栅物理量传感器、光纤分布式温度传感器等矿用传感器的工作原理;以煤矿安全监控系统中的激光甲烷传感器、矿山微震监测系统中的光纤加速度传感器及采空区火灾监测预警系统中的光纤分布式温度传感器为例,介绍了矿用光纤传感器在矿山安全物联网中的应用情况。     

云计算在数字矿山中的应用

基于对数字矿山特点的分析,结合当前信息技术发展的主要趋势,文章将云计算引入数字矿山信息化建设中。针对云计算的特点,给出了云计算在数字矿山中的若干应用,并分析了新应用的可行性、优势及需要解决的问题,对我国数字矿山的发展具有一定的指导意义。     

3DGIS数字矿山基础信息平台在四台矿的应用

介绍了四台矿3DGIS数字矿山基础信息平台的架构、建设过程及建设中遇到的问题。该平台实现了对井巷系统、安全监测监控系统、通风系统、供电系统等的模拟,为煤矿企业的安全生产管理提供了辅助决策手段。