基于网络的三维数字矿山综合监控系统建设方案.docx

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基于网络的三维数字矿山综合监控系统建设方案

基于网络的三维数字矿山

综合监控系统建设方案

北京威远图易数字科技有限公司

2009年3月

目录

一、项目背景3

1.1系统建设背景3

1.2技术背景5

二、实现目标6

三、设计原则8

3.1整体性8

3.2先进性8

3.3开放性9

3.4安全性9

3.5成熟性10

3.6柔软性11

四、项目建设12

4.1功能需求分析12

4.2系统功能设计12

4.3系统初期建设19

4.4系统建设依据19

五、项目实施步骤21

5.1第一阶段：

资料整理阶段21

5.2第二阶段：

搭建硬件、软件环境21

5.3第三阶段：

系统开发21

六、项目可行性22

6.13S技术的大力发展在技术上做到有力支撑22

6.2测绘基础数据保障22

6.3矿山测绘数据保障22

6.3计算机硬件及网络带宽保障23

6.4系统的软件及硬件选型23

一、项目背景

1.1系统建设背景

随着煤矿安全生产新技术的不断推广应用和管理水平的不断提高，矿井安全生产综合监控已经不只是考虑加快生产过程中某一环节的速度和效率，而是将整个生产过程作为一个整体来考虑，形成全生产过程的综合监控。

考虑到各业务子系统都处于相互独立的状态，各成体系，维护量大，整体可靠性差，维修、维护困难，信息不能互通，信息资源共享和利用效率低下，很难从系统的角度对矿山自动化进行统一管理，形成了“信息孤岛”现象，现有信息资源无法有效整合。

如何做到“共建共享”、“分建共享”?

因此建设统一的综合信息管理系统平台，使设备工况、控制及环境参数在统一的平台传输和集成，实现信息资源的综合利用，提高安全生产调度管理水平，实现对工矿设备及安全环境的集中监测与控制迫在眉睫。

本系统定位在综合监控上。

主要在安全监测、人员定位、工业视频监视、束管监测已经基础通信等取得广泛的应用，综合监控系统在基于上述专业子系统的基础上，总结既有经验，全面推广，并在子系统的基础上搭建综合监控主控系统。

综合监控系统可以实现集团各矿井安全生产有关的远程集中监控。

保证煤矿的安全生产，及时发现事故隐患，提供事故抢修应急指挥，实现企业的有序高效运营。

对子系统比较完善的煤矿建设一套综合监控系统，可以接入下列专业子系统：

1）生产自动化系统

实施监测主要生产环节管设备的运行状况，通过调度席位上工作站的显示屏，可以实时显示各生产环节和设备的运行状态，以便生产调度随时指挥生产。

生产过程出现异常，可以自动报警，弹出异常画面显示异常地点，可以对井下设备进行远方开停。

2）供电监控系统

实现包括开关状态及电流、电压、温度、功率、功率因数、电度等数据的上传显示和控制。

3）安全监控系统

连续监测煤矿井下的瓦斯、风速、一氧化碳、温度、负压、水位等安全参数及设备开、停、供电状态及煤仓煤位等生产参数，实时检测煤矿井下生产环境。

系统对异常采用最高等级告警形式提示操作员。

4）人员定位系统

为人员、车辆的生产管理、考勤系统提供可靠的依据。

能够对煤矿井下人员的超时超员缺勤违规路线等各种异常信息进行上报、统计分析，趋势分析，以检查人员管理情况。

5）束管火灾预报监测系统

对井下任一地点的CO、CO2、O2、N2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等气体含量实现24小时连续循环监测，及时预测发火点的温度变化情况。

6）煤炭计量管理系统

实现对各环节煤炭产量管理,通过每个节点煤量的计量，系统可以按班按日自动统计出煤炭产量，自动形成产量日报。

配合电能消耗计量，汇总到ERP后，结合其他消耗，人员出勤等，掌握当天的经济效益情况。

7）工业电视监测

利用光纤作为传输介质，将井下、井上的主要生产环节、重要设备及关键场合的实时图像传送到矿调度指挥中心和矿领导办公室。

使调度指挥人员和矿领导能够直观、快捷地了解生产一线情况，掌握井上下重要设备的实时工况，提高科学调度指挥和管理的现代化水平。

1.2技术背景

随着二十一世纪的互联网技术、计算机技术、3S（GIS/RS/GPS）技术、虚拟现实、航空与航天技术等的飞速发展，给地理信息技术手段带来前所未有的变革，利用高分辨率卫星影像以及航空像片，通过对影像的平面、高程、结构、色彩等的数字化处理，按照统一坐标无缝拼接而成可以迅速建立基于真实影象的三维数字矿山，人们可以直观的从三维矿山上判读处山川、河流、道路。

借助传统平面地图的概念，叠加空间矢量数据，地物兴趣点数据、以及三维模型数据形成可视化三维数字矿山展示系统。

与传统二维GIS系统相比，三维数字矿山展示系统突破平面地图对空间描述二维化、三维空间尺度感差、没有要素结构与纹理信息等诸多限制，通过对真实地形、地物、建筑的数字化三维模拟和三维表达，提供给使用者一个与真实生活环境一样的三维矿山环境，通过对三维矿山的数字化管理，为矿山建设、企业管理、险情监控提供可持续发展的信息化服务，减少信息孤岛，大力提高矿山空间信息共享和利用水平，提高矿山整体信息化管理和经营管理水平。

系统核心是综合利用计算机虚拟现实技术、仿真技术、GIS技术和数据库技术，建立统一的、基础性的、可扩展的空间信息服务平台。

二、实现目标

建设一整套具有煤矿企业管理特色，实用、易用、可靠的信息化集成系统。

一、是以安全生产为中心的煤矿综合监控。

综合监控系统是应用现代电子技术和自动化技术对矿井生产过程实现全面监控的系统，把采掘生产设备监控系统、皮带运输监控系统、辅助生产设备监控系统等子系统数据进行集中监控，实现生产及辅助生产各运行参数的统计并上传至矿区局域网，使得煤矿生产和管理更加科学高效。

同时将一些主要生产数据和安全情况向上一级管理部门进行汇报，上一级管理部门可以通过这些数据对煤矿进行远程实时监视。

出现紧急情况发出告警信号。

二、是把各种相对分散、独立的信息组成一个整体，使员工能通过信息平台访问所需信息实现协同工作。

三、是满足煤矿集中管理需求，建立企业完整的组织及层次关系，通过信息平台解决企业内部人、财、物、产、供、销等集中控制和管理。

四、提供煤矿统一管理模式下生产安全、有序和高效的运营。

矿级综合监控系统建成后，可实现各矿井主要生产环节如：

原煤生产、原煤主运输、提升、地面生产系统、辅助安全等各个生产环节的集中监控。

保证煤矿的安全生产，及时发现事故隐患，提供事故抢修应急指挥，实现企业的有序高效运营。

五、实时、系统化解煤矿生产安全突发事件。

综合监控系统建成后，各矿的各专业子系统应用不再是孤立的应用，是整个煤矿生产中的重要组成部分。

这样任何一方紧急突发事件，尤其是与安全生产相关的事件，都可以在综合监控系统的技术平台上，从整个煤矿的角度和高度实现信息共享资源共享，实时处理突发事件，及时、准确、系统性化解生产过程的各项突发事件。

六、管控一体化。

结合煤矿安全生产综合应用的企业级要求，按照“一体化”整体解决方案的设计思想，采用分层分布的体系结构，实现煤矿综合监控应用对既有子系统的融合和后续专业子系统应用的分步实施。

为以后整个集团的管控一体化建设提供基础。

七、提升集约化经营。

通过各矿级综合监控的建设并使各专业子系统的统一标准，规范管理，集中维护，避免不必要的重复建设和减少人力成本，提升企业市场竞争力，增加经济效益。

为以后集团的集约化管理提供基础。

系统建成后，使各自动化子系统数据在异构条件下可进行有效集成和有机整合，实现相关联业务数据的综合分析，集控中心人员或相关专业部门人员通过相应的权限对安全和生产的主要环节设备实时监测和进行必要的控制，实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化，为矿井预防和处理各类突发事故和自然灾害提供有效手段。

总之：

系统运行后，设备稳定，传输可靠，系统安全，实现三网合一，达到监、管、控一体化及减员增效的目的，建成本质安全型的数字化矿井。

三、设计原则

3.1整体性

矿级综合监控系统实现主要生产环节如：

原煤生产、原煤主运输、提升、地面生产系统、辅助安全等各个生产环节的远程集中监控。

保证煤矿的安全生产，及时发现事故隐患，提供事故抢修应急指挥，实现企业的有序高效运营。

煤矿综合监控系统方案设计摒弃传统的面向工业现场监控软件――组态软件，而是采用大型综合监控应用系统的专业软件――实时综合监控平台软件。

方案紧密结合煤矿安全生产综合应用的企业级要求，按照整体解决方案的设计思想，采用分层分布的体系结构，实现煤矿综合监控应用对既有子系统的融合和后续专业子系统应用的分步实施。

3.2先进性

本系统方案借鉴国内外先进的系统设计、开发、建设的理念，借鉴其它行业综合监控项目成功经验，采用先进的控制技术、计算技术、网络技术和信息管理技术等，满足煤矿综合监控的应用需要。

采用基于先进的实时综合监控软件平台，采用多数据库和C/SB/S相结合技术，提供综合监控整体解决方案，高可行性的实施方案、透明化的接口定义、柔性设计思路、管控分离实现的安全理念。

1）整体解决方案

采用基于实时监控软件平台，采用多数据库和C/SB/S相结合技术，架构集团煤矿综合监控整体解决方案；

2）高实时性

实时监控软件平台技术、实时数据库和商用关系数据库结合使用，极大提高系统的实时性指标；

3）高安全性

在遵循行业安全规范的前提下，特别是从方案设计源头提供系统安全的有效机制；

4）高可行性

结合自身的行业经验和产品研发的经验，方案的每一个环节体现工程的可实施性；

5）持续可扩可用性

柔性系统设计，不仅支持规模可扩，更是支持应用可扩，特别是平台技术的引入，支持企业未来发展和行业规范对监控要求，达到可持续发展的先进系统目标。

3.3开放性

开放性的核心是标准性。

方案遵循开放性系统的设计原则，遵循行业的各项标准，完全采用标准的硬件和基础软件，应用软件采用平台理念，内外部模块接口透明标准，便于系统的扩展。

不仅硬件选型遵循互换原则，而且操作系统、网络、数据库、中间件等均采用开放标准，同时应用软件系统也遵循开放系统的设计，平台化架构、模块化应用组织，确保各个软件模块的互操作性，易于同其它系统进行集成互联。

对于各专业子系统采用规范应用功能，标准化接口操作，采用集成的思路融合既有子系统和扩展新子系统。

标准性除了遵循系统相关的标准外，还体现在以下几个方面：

1）各子系统、主控系统硬件选型遵循互换原则；

2）操作系统、网络、数据库、中间件等均采用标准或事实标准；

3）平台化架构，应用软件内外接口透明；

4）对于应用层的标准，在目前还没有标准的情况下，按照开放性要求进行设计；

5）对各子系统功能规范化、接口标准化设计。

3.4安全性

系统安全性是一种策略及管理，而不仅仅是某一种产品，是一个系统工程，它包括了物理层、网络层、应用层等一系列安全措施和策略。

系统安全包括五个基本要素：

●机密性：

确保信息不暴露给未授权的实体或进程

●完整性：

只有得到允许的人才能修改数据，并且能够判别出数据是否已被篡改。

●可用性：

得到授权的实体在需要时可访问数据，即攻击者不能占用所有的资源而阻碍授权者的工作。

●可控性：

可以控制授权范围内的信息流向及行为方式。

●可审查性：

对出现的系统安全问题提供调查的依据和手段。

综合监控系统在设备层提供用户的认证，提高网络设备的认证能力，提高网络管理的严密性，确保密码等安全数据的保密性，关闭不必要的网络服务，采用更高级的访问控制，物理上使用专用线路等。

在系统之间的数据访问上，采用按照系统的安全等级进行有效划分，不同等级的系统按照数据通道特性设置相应的安全隔离等设备，从系统的方案设置安全机制。

从管理上，则建设统一的安全策略和管理使用制度，保证使用安全。

具体到本项目本系统，主要强化以下安全措施：

●网络安全；

●数据库安全；

●应用系统