數(shù)字化礦山建設(shè)方法研究

周凱麗 朱彤

摘要：國內(nèi)許多煤礦集團(tuán)都在努力實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山的建設(shè)，但是大多數(shù)集團(tuán)之下的煤礦都是相互獨(dú)立的，導(dǎo)致煤礦之間由于硬件平臺(tái)的不同，無法實(shí)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(fù)開發(fā)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。本文分析了數(shù)字化礦山建設(shè)的特點(diǎn)，給出整體設(shè)計(jì)方案，有效的克服了現(xiàn)有建設(shè)方案的缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：煤礦;數(shù)字化礦山;建設(shè)方法

一、緒論

中國工程院院士于潤滄談數(shù)字礦山的三個(gè)層次時(shí)曾說過：“數(shù)字礦山，第一個(gè)層次是礦山信息共享;第二個(gè)層次是將礦山虛擬化，以數(shù)字的形式表現(xiàn)出來;第三個(gè)層次是達(dá)到煤礦開采的智能化?！卑l(fā)達(dá)采礦國家對礦山信息化建設(shè)已做出了相當(dāng)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(jì)80年代末就期望實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控來完成整個(gè)礦區(qū)的采礦工作。已研制出樣機(jī)系統(tǒng)，并已在INCO公司的幾個(gè)地下鎳礦中進(jìn)行測試使用，較好的實(shí)現(xiàn)通過地面遙控對地下礦石開采進(jìn)行控制的目的。另外，芬蘭的礦業(yè)集團(tuán)也于上個(gè)世紀(jì)90年代初宣布了該國的智能采礦技術(shù)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(gè)層次，未來的道路還很遙遠(yuǎn)。煤礦信息化建設(shè)的典范是兗州礦務(wù)集團(tuán)，它建立了我國第一個(gè)集團(tuán)級別的內(nèi)部地域性網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，集團(tuán)內(nèi)部人員可以根據(jù)自身的權(quán)限查詢集團(tuán)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(fēng)，給排水等煤礦開采信息，并能夠根據(jù)反饋的信息進(jìn)行運(yùn)算分析，提供分析報(bào)告，極大的提高了集團(tuán)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(wù)集團(tuán)所轄的土樓煤礦也走在國內(nèi)礦山數(shù)字化進(jìn)程的前列，該集團(tuán)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(jìn)行展示，無論是煤礦采集的自動(dòng)化、地理信息的全景化展示、設(shè)備的管理，還是企業(yè)內(nèi)部各類信息管理、生產(chǎn)調(diào)度等等與企業(yè)經(jīng)營相關(guān)的信息，都能夠通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)進(jìn)行查詢，可以說達(dá)到了很高的自動(dòng)化生產(chǎn)水平。還有國內(nèi)的平頂山煤礦集團(tuán)天安十一礦、淮北礦業(yè)集團(tuán)青東煤礦等都在進(jìn)行真正意義上的數(shù)字礦山建設(shè)。

三、現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題

國內(nèi)許多煤礦集團(tuán)都在努力實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山的建設(shè)，但是大多數(shù)集團(tuán)之下的煤礦都是相互獨(dú)立的，導(dǎo)致煤礦之間由于硬件平臺(tái)的不同，無法實(shí)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(fù)開發(fā)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

煤礦集團(tuán)之下的單個(gè)煤礦在生產(chǎn)時(shí)，有些確實(shí)使用安全監(jiān)測與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，但對整個(gè)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(gè)，甚至幾十個(gè)之多，而且每一個(gè)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(luò)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)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(gè)整合的集成平臺(tái)中綜合瀏覽和利用這些數(shù)據(jù)。

四、數(shù)字化礦山整體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)利用web技術(shù)設(shè)計(jì)，Web服務(wù)也可以看作是一個(gè)向外界提供服務(wù)功能的應(yīng)用程序，它的特點(diǎn)是自包含、自描述、模塊化，可以通過網(wǎng)絡(luò)描述、發(fā)布以及調(diào)用。Web服務(wù)模塊化組件的特點(diǎn)是分布式與網(wǎng)絡(luò)化，在執(zhí)行與其他兼容組件互操作和傳輸數(shù)據(jù)時(shí)遵循特定的技術(shù)規(guī)范，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用程序在Web上進(jìn)行互操作的標(biāo)準(zhǔn)，使得用戶可以通過各種語言在不同的開發(fā)平臺(tái)上編寫Web服務(wù)。它的特征如下：

（一）較高封裝性

Web服務(wù)是通過提供服務(wù)接口來完成服務(wù)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(wù)的內(nèi)容與功能，而不能查看功能實(shí)現(xiàn)的具體后臺(tái)代碼，這樣既增加了服務(wù)的保密性，又方便了用戶使用。同時(shí)，Web服務(wù)使用的標(biāo)準(zhǔn)與傳輸協(xié)議具有高度的開放性，用戶都能夠在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)使用這些規(guī)范。

（二）高透明、高集成性

對某一個(gè)Web服務(wù)而言，當(dāng)它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式發(fā)生改變時(shí)，只要它對外提供的服務(wù)功能未發(fā)生變化，用戶在調(diào)用服務(wù)時(shí)不會(huì)和以往有任何區(qū)別，可以認(rèn)為這種情況下Web服務(wù)內(nèi)部的任何變化對用戶都是透明的。由于Web服務(wù)對不同開發(fā)平臺(tái)所采取的標(biāo)準(zhǔn)與傳輸協(xié)議都是相同的，應(yīng)用程序可以通過這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相互訪問與調(diào)用，這就為軟件的集成服務(wù)功能提供了良好的實(shí)現(xiàn)環(huán)境。

同時(shí).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(shù)、ASP.NET網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能開發(fā)技術(shù)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(yīng)用程序的難度。.NET框架的特征包括：服務(wù)代替軟件;共用XML語言;多設(shè)備、多平臺(tái)的融合;友好的人機(jī)交互界面等。

提供Web服務(wù)的應(yīng)用程序采用n層結(jié)構(gòu)，通常的應(yīng)用程序都采用三層結(jié)構(gòu)：用戶端瀏覽器、Web服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在B/S模式中，煤礦管理者能夠通過對Web服務(wù)器進(jìn)行設(shè)置來開啟或關(guān)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(gòu)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(hù)進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)，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(tái)的控制界面設(shè)計(jì)、維護(hù)與修改系統(tǒng)的相關(guān)信息，為系統(tǒng)設(shè)定各種參數(shù)，但企業(yè)的決策者卻不需要了解詳細(xì)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(jì)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(yuǎn)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?xì)w于Web服務(wù)器端，管理者通過修改后臺(tái)服務(wù)器的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)就能夠更改系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)功能，并不需要對用戶端進(jìn)行維護(hù)與修改，這樣可以大大減少系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

五、結(jié)語

本系統(tǒng)存儲(chǔ)的是煤礦企業(yè)日常生產(chǎn)的各類信息，Web服務(wù)器作為提供服務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，管理和控制著網(wǎng)站的服務(wù)與組件的功能，它將以往某些負(fù)責(zé)解釋并運(yùn)行的應(yīng)用程序從用戶端收回，重新部署到Web服務(wù)器端，這樣做的好處就是能進(jìn)一步的“瘦化”客戶端，將所有復(fù)雜的邏輯處理和服務(wù)提供程序都搭建到服務(wù)器上。Web服務(wù)器在提供服務(wù)時(shí)通常會(huì)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(wù)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(wù)器中，系統(tǒng)可以通過多種方式對其進(jìn)行調(diào)用。Web服務(wù)器最重要的特性就是無論在何時(shí)都可以處理多數(shù)用戶的請求。

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