梁北二井智慧矿区建设研究.pdf

梁北二井智慧矿区建设研究薛晓刚（中国平煤神马集团梁北二井,河南许昌4 6 16 7 0)摘要：随着信息技术的不断发展，智慧化应用场景逐渐从城市向油田、矿山等领域扩展。智慧矿区作为新兴的应用实例,受到越来越多的关注。对智慧矿区设计原则、整体架构和主要功能进行阐述,结合需要,规划了两种主要应用场景。经过实践验证，建设智慧矿区降低了运营成本，提高了运营效率，提升了职工幸福感。关键词：智慧矿区;数字平台;统一架构;端到端中图分类号：F426.21;TD676过去几年，各行各业对智慧园区进行了深人的探索和实践，智慧园区建设逐渐进人深水区。相关技术逐渐拓展到了煤矿领域。煤矿矿区是企业员工工作、生活的主要场所，涵盖了衣食住行等各方面的需求。随着智能化矿井建设的逐步深入，矿区的智慧化升级被逐步提上日程，这不仅是为矿区广大职工打造温馨舒适工作环境的需要还是申请国家级智能矿山验收的必备条件2】，更是煤炭企业深化改革、提升煤矿职工生活质量、保证矿区稳定、促进企业可持续发展的重要任务3。智慧矿区以通信网络建设为基础，具备快速信息采集、高速信息传输、高度集中计算的功能，具备矿区信息全面感知、传输和数据处理的能力。矿区内存在众多的安防弱电子系统及对应的人、车、物的管理业务，结合最新的AI+物联网技术理念，建立一套智联、互联、物联的综合管理可视化平台，有效整合矿区内的视频监控、出人口、一卡通、周界报警、消防、能源能耗等十余项子系统，打破传统系统孤立、单一的弊端，快速推进矿区统一融合的智能化。1梁北二井矿区现状梁北二井矿区分为主副井和风井，大部分员工集中在主副井。目前正处在建井阶段，共有6 支外部施工队伍,加上自有的机电队伍和管理人员，现场约有1000人。人员、车辆、物资往来十分频繁。人员构成比较复杂，衍生较多安防问题。矿区内的各种传感器、设备信息孤立存在，形成了信息传输孤岛。部分系统仍然依赖人工记录的纸质信息，无法对获取的数据进行有效利用。安防工作使用视频监控，存储大量视频图像，依靠人工根本看不过来，还容易导致员工疲劳、耗费大量人力、遗漏关键信息。急需采用数字化、信息化、人工智能手段解决上述52文献标识码：B问题。2设计思路梁北二井智慧矿区设计方案以智能化煤矿建设指南（2 0 2 1版）4 智能化示范煤矿验收管理办法（试行）（国能发煤炭规2 0 2 1 6 9 号）5 为指导，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统。按照整体规划、数据融合、分步实施要求，构建梁北二井智慧矿区的整体架构，通过管理对象全联接、数据全融合实现矿区可视、可管、可控，初步建成井上智慧矿区大脑。通过数字平台，将原本孤立的周界、门禁、消防、车辆、楼宇等业务子系统统一接入、汇聚、建模，形成综合分析展示、集成联动和统一服务的能力。同时，在平台基础上为矿区运营管理构建智能应用系统，包括智能运营中心IOC、安全管理、人员管理、车辆管理、环境管理、资产定位和疫情防控应用系统。3设计原则模块化建设原则：对矿区各业务进行抽象建模，业务数据与业务逻辑解耦,平台和应用解耦，实现模块化、积木化。可将平台和应用产品聚合，数据、业务和管理分平面设计，平台和应用分层设计；平台按功能聚合为不同产品，应用按场景聚合为不同产品。服务化组件化原则：以服务、数据为中心，构建矿区数字平台的服务化、组件化架构，具备灵活、按需组合的能力。平台服务可交付、可维护、可演进、可二次开发；平台服务由应用场景抽象而来，需独立于应用场景,具有一定通用性。以“平台+生态”策略进行构建，产品/模块可插拔，不依靠独家厂商。统一性原则：采用矿区数字平台构建一套综合文章编号：10 0 8-0 15 5(2 0 2 3)10-0 0 5 2-0 3管理运营系统，接入所有业务子系统，集成所有业务数据，提供统一的数据湖和业务服务，支撑所有综合业务应用。所有传感器的接人、子系统的接人均采用IoT平台，平台的业务服务和数据服务通过API网关提供给上层应用系统使用。标准化及兼容性原则：矿区数字平台提供标准化的南向接人和集成接口，兼容各主要子系统的主流技术；提供标准化服务接口，方便快速地构建综合应用系统。符合标准或兼容的新的接人子系统或应用系统应能够无缝对接已经部署的矿区业务平台，提供更多业务功能。可扩展性：构建云化架构，支持分布式部署，矿区数字平台服务具备横向扩展能力，支撑高性能、高吞吐量、高并发、高可用业务场景，可提供支持未来扩展的部署方式。安全原则：构建物理安全、网络安全和应用系统端到端综合安全体系，确保矿区方案中系统、网络和数据的机密性、完整性、可用性、可追溯性。4整体架构梁北二井智慧矿区整体架构分为四层：智能指挥中心及应用层、矿区数字平台层、信息通信技术基础设施层和终端及子系统层，如图1所示。矿区智能指挥中心IOC智慧中心智戴矿区统APP/小程序（矿区总微、环境状况多安全态势统计、人员统计、运营智便捷设施瓷产业务应用安防通行管理管理管理监测矿区核心服务统一按入智慧矿区PaasOROMA数字平台联接端4.1智能指挥中心及应用层面向矿区执行层面管理人员，提供集中的安防管理、资产和设施管理等应用功能；面向访客、员工，提供集中的安全、舒适的环境和便捷的智能化服务；面向高级管理者、决策者,提供统一的门户界面和大屏与矿区总体的数字化运营分析服务，量化呈现业务的关键指标。4.2矿区数字平台层矿区数字平台是智慧矿区解决方案的核心，包括AI智能分析、智能边缘子平台、物联网子平台、GIS子平台、位置服务子平台、数据集成子平台、业务子平台和数据服务等子系统，提供数据接入、数据分析存储、通用工具、业务逻辑服务和开发服务，达成汇聚公共能力、支撑上层业务能力、支撑水平业务扩展能力的目标。云平台提供高可靠的云服务，用于部署数字平台和应用系统。4.3信息通信技术基础设施层（联接层）信息通信技术基础设施层包括矿区专网、电信公网和边缘节点等。矿区通信网包括矿区办公网、视频专网、WFi、运营商通信网等网络基础设施。边缘节点可以根据矿区实际情况，部署边缘侧的物联网关、边缘视频管理和智能分析。4.4设备子系统改造和接入已有的设备/子系统，既包括视频监控系统、门禁系统等安防子系统，还包括空调、照明等楼宇子系统，实现矿区子系统的数据融合及协同高效运营，执行平台下发的控制指令，进而实现联动。5典型应用场景智慧矿区的应用场景大致可分为两种：一是以具体场所实现功能为主的应用场景，一种是以职工为中心的应用场景。5.1以具体场所为主的应用场景根据场所自身特点实现相应的功能。比如，矿区大门口以人脸识别通行、车辆车牌识别、外部人员来访管理、黑名单布控等功能为主；物资材料库以物资定位润皮室/展厅大屏智慧/&PC英产统计.车辆统、设备态势环境智能信息人车无人智菜浴室智意宿舍发布定位统一服务大效城4云平台（公有云/混合云/云边协同）5GWi-Fi6口监控门禁用界手机空调照明车位停车付费闸机瓷产工位会议室图1智慧矿区总体架构管理、区域入侵检测、烟火报警检测等功能为主；办公会务态房）互联互通矿山员工.餐饮管理仓储 管理 管理健康“：统一运维GIS定位AppcubeNB-lOTEthernet楼以外部人员来访管理、会议室管理、考勤管理等功能为主,如图2 所示。主要业务场景示意图边缘网关PLC田日区停车场考2)图2 智慧矿区以具体场所为主的应用场景示意图5.2以职工为中心的应用场景以职工一天的主要活动步骤展开。从职工起床后的用餐、考勤、班前会、人井、升井、洗浴、洗衣、党建学习、文体活动等整个流程，加人智慧餐厅、无感考勤、智慧会议、智慧浴室、智慧洗衣、AR培训和运动等功能，全方位提升职工的参与度、感知度、幸福感，如图3所示。5312文体活动（二期）早上起床，阳光灿烂免员加强学习公寓管理智草党建（二期）：享受美味早餐6定期身体检查雪意银厅健康小屋（二期）无威知老勤智慧考勤（二期积分管理，智慧阅读AR/VR运动13员工学习培训（二期）在线学习平台、AR培训平台下并作业早上部门会议8智慧考勤（二期）4无纸化办公、智慧会议0洗浴7下井准备井口安全管理智慧考勤、闸机智慧浴室11洗衣管理洗衣/送衣图3智慧矿区以职工为中心的应用场景示意图6研究创新点智慧矿区数字平台提供“三统一”的服务。智慧矿区数字平台能同时提供统一接入、统一服务和统一运维三大核心服务。通过矿区数字平台，将原本孤立的周界、门禁、消防、车辆、楼宇等业务子系统统一接人、汇聚、建模，形成综合分析展示、集成联动和统一服务的能力。从垂直方向看,打通离散子系统信息孤岛，实现数据全融合；统一数据出口，将数据调用化繁为简，应用开发更敏捷；缩短开发上线周期，以最高效率扩展新业务。从水平方向来看，新业务的能力通过云服务平台向分支矿区快速复制分发，减少各分支矿区的重复投资，统一运维，降低一线作业对复杂技术的应用难度和资源投人，以最低成本实现最高效率的多矿区部署。实现视频云化，资源共享。通过视频的全面云化实现视频联网和资源共享、人脸和车辆等的智能分析，实现视频的全生命周期管理，让视频发挥更大的价值。实现矿区设备的海量联接，即插即用。通过多场景的无线接人方案和统一的物联网平台，实现矿区内万物互联和业务联动、设备全联接和管理及海量接入，上线时间从3d缩短到即插即用。实现矿区的精准定位和导航。建设室内GIS，从空间维度整合各业务数据，形成矿区一张图。通过室内外定位与导航实现快速精准找人和资产。充分利用大数据技术提升效率。通过大数据实现数据集成、数据格式统一、数据全连接，提供面向矿区主题的数据服务。量化数据质量，让数据产生价值，提升企业运营效率。7结语7.1统一的平台聚合了各种资源，减少人力和资金投入智慧矿区平台打破了孤立的子系统之间的藩篱，通过建立统一的数据规范和标准，实现各业务融合，满足矿区数据分析和应用需求。尤其是周界、门禁、矿区定位及资产管理功能的联动，实现了人员和资产的精54准掌控，增加了矿区的安全指数，减少了雇佣安保人员的数量，减少了支出。7.2标准化的数据提供了更有效的信息，提高了运营效率在标准化的数据格式下，搜集综合安防、人员通行、一卡通、停车管理、能耗管理等子系统的数据，集中建模进行管理和使用，实现矿区基础数据整合，统一规划数据语言。对数据进行清洗、加工、计算，提取对生产经营有效的数据,为管理者提供真实可靠的决策依据。7.3贴近实际的应用提供了各种便利，提升了煤矿职工的幸福感智能安防系统让矿井乃至职工的财产和人身安全得到保障。智能洗衣房、智能餐厅、智能宿舍的投用让职工的衣、食、住更方便和舒适，让忙碌的矿区更有温度，更具人文关怀，让员工体会到企业“以人为本”的思想和“企业发展，职工共享”的理念。参考文献：1华为技术有限公司.2 0 2 2 未来智慧园区白皮书R0OL.(2022-6-15)2023-2-8.https:/ 0 2 2,3(11):2 6-33.3王璇.新型智慧城市模式下的煤矿智慧园区规划与建设J.智能矿山,2 0 2 2,3(0 7)：12 6-130.4国家能源局，国家矿山安全监察局.煤矿智能化建设指南（2 0 2 1年版）R/0L.（2 0 2 1-6-5）2 0 2 3-2-8 .h t-tp:/ _5619502.htm.5国家能源局.智能化示范煤矿验收管理办法（试行）R/0L.(2021-12-7)2023-2-8.http:/ 8 6-），男，河南宝丰县人，工学硕士，从事矿山安全及智能矿山建设工作。