“一张图”“一张表”在煤矿信息化建设中的应用研究

闫启宏 骆弟华 胡连勇

（贵州黔西能源开发有限公司，贵州 黔西 551500）

随着国家对于煤矿行业信息化建设力度的加强和计算机网络技术的发展应用，我国的煤矿信息化建设逐步完善。但是纵观当前已有的煤矿信息化系统，不难发现基于煤矿各专业建立的系统都是相对独立的存在，系统标准不一，呈现效果差别大，没有形成体系，虽然煤矿是一个多部门协作性较高的产业，但是现代化专业系统之间的信息关联和信息共享、信息协作却极少。煤矿的领导和决策者难以实现从宏观角度，准确获取煤矿的全部信息，也无法对突发事件进行统一调度和管理，从而造成重大风险隐患事故和经济损失。

1 系统概况

所谓一张图[1-2]就是以煤矿采掘工程平面图为基础，综合展示煤矿的安全监测、人员定位、工业视频、重大设备等各方面信息。一张表就是以大数据统计的方式实现煤矿人员、产量、水文、矿压等各方面的报表统计信息，将基本信息、监测监控、安全信息、隐患信息、人员定位、风险分级管控、安全检查、矿压监测、井田范围等主要专业的系统整合。通过建设安全风险智能监测系统，让煤矿拥有“一张图”、“一张表”，如同互联网企业改变人们的出行方式、支付方式一样，“一张图”、“一张表”不仅可以让管理人员在大屏幕、电脑、手机上随时查看井下安全生产状况，出了多少煤，人员、作业、设备、环境情况，通风设施是否正常，瓦斯是否超限等，还能实现煤矿安全风险研判“智能化”、应用系统“平台化”、数据交换“标准化”的目标，真正为煤矿管理、安全生产、事故分析决策提供技术支撑。

2 “一张图”“一张表”系统架构

黔西能源公司在公司级层面进行了统一的统筹规划，从煤矿集团实际情况出发，融合煤矿的各专业各种数据，从层级上进行叠加显示，基于GIS 平台实现“一张图”、“一张表”的层级架构。

（1）源数据层

主要接入各煤矿企业的基础数据、生产管理数据以及在线监控监测数据，包括实时流数据、结构化和非结构化数据。

（2）数据接入层

数据接入层包括数据接入系统和设备管理系统提供多源异构数据接入、与云端的交互和采集前置机全周期管理。前置机通过专线或互联网将数据传输到数据中心。数据中心的流式计算系统和质量核查系统对采集数据依据标准化规则进行质量检查、清洗、入库。

数据接入系统：提供设备与云端的双向连接的云服务和各类数据源的接入接口，同时，提供丰富的设备认证与权限管理功能，保证数据安全传输。

设备管理系统：提供覆盖设备全生命周期的、一站式的设备管理服务，包括设备的云端接入、层级管理、监测、遥控、固件升级和维护保养等各种场景。

质量核查系统：灵活的数据处理平台，依据统一数据标准采集数据进行筛选、变形、转发，根据场景转发至关系型数据仓库、时序数据库。

流式计算：灵活强大的数据事件处理引擎，用来设置针对流式处理数据的实时分析计算工具。

（3）数据层

数据层包括数据存储平台和数据服务两部分，搭建在煤矿风险监测预警系统数据中心，保障信息安全。数据存储平台由Hadoop 大数据平台、关系型数据仓库、时序数据库组成，对结构化和非结构化数据分主题管理存储。

（4）支撑层

支撑层由用户及权限关联、日志管理、报表引擎、表单引擎、数据共享交换系统、地理信息系统等组成。

（5）应用层

应用层根据实际业务需求 ，由煤矿数据采集管理、风险指标模型管理、精准执法、大数据管理、预警信息的“一张图”展现、预警信息发布、安全生产应急处置、风险分级预警与研判和大屏、显示终端、移动终端等组成。

3 煤矿“一张图”技术融合

3.1 “一张图”GIS 技术融合

煤矿“一张图”GIS 系统为依托，基于地理信息系统提供的基础空间数据，在GIS 地图上直观展示煤矿，井下部分三维可视化管理，能够重点显示重大设备、监测监控、视频监控、提升系统、排水系统、通风系统等风险点的可视化一张图管理，为实现透明矿山奠定基础；建设人员精确定位系统（精确度达到0.3 m），与三维GIS 一张图系统融合，实时掌握人员在井下的具体位置，为下井人员管理、应急救灾提供硬件支撑。通过点击煤矿查看煤矿基本信息、监测监控、安全信息、隐患信息、人员定位、风险分级管控、安全检查、矿压监测、井田范围等信息。

3.2 底图快速导入

底图是“一张图”展示的基础，也是煤矿和系统间信息交互的窗口和桥梁。而且煤矿生产的多变性，也决定了底图必须紧跟煤矿变化而变化，具有时效性和全面性。煤矿“一张图”GIS 平台经数据转换，支持快速接入煤矿DWG 格式的采掘工程平面图，并可以图形方式标注测点，简单易用；管理数据和设备数据以图层的方式进行叠加。当采掘工程平面图更新后，不用重新更新数据。基于一张图的融合展示，基于GIS 一张图平台，以煤矿安全信息的监控为重点，实现与井下作业人员定位信息、产量信息等数据的关联分析，实现对煤矿安全生产的全面监控，实现煤矿的安全监控一张图以及各业务模块的专题展示。

4 煤矿“一张表”数据分析

煤矿一张表实现通风、压风、瓦斯抽采、排水、煤流运输、电力、架空乘人、井下饮用水、工业视频监控等系统的工业组态开发，直观显示来自生产现场的实时数据；自定义各种报警条件，对现场的异常情况及时报警；实现历史数据和实时数据的记录、显示和查询，并生成相关生产报表；完成煤矿基本信息、人员交接班分析、人员下井异常分析、矿领导下井分析、专业人员下井分析、探放水作业分析、产量变化分析、重点区域瓦斯分析、传感器异常分析、重大设备异常分析能功能；基于大数据解决方案，可以对采集到的实时数据进行流式计算，对实时数据以时间或空间的维度进行分析。

5 应用效果

（1）解决工业数据采集和分析能力不足

局域互联网网络体系产生的大量数据，限于服务器存储和数据算法的局限性，不能够被长期存储和即时运用，制约了煤炭安全生产的可靠性和可控能力。通过系统可实现工业数据的集成服务，帮助用户快速、简单的通过配置方式，完成监测监控及自动化控制系统的接入，完成原有管理系统的服务化改造。

（2）数字孪生

结合三维地质建模技术，以矿井采掘工程平面图为基础，实现GIS 与煤矿安全监测感知数据、安全管理数据的融合，准确反映监测点及风险点与周边采场、重要工作地点的空间位置关系，提供操作和展示平台。融合安全监测系统、人员定位系统、工业视频系统、重大设备在线监测系统、风险点数据、隐患排查数据、产量数据，实现基于一张图的融合展示，进行有效融合，并以图、文、声、数字影像等方式在地面实时展现。

（3）促进企业知识沉淀

通过主题分析工具、策略定制工具可以将企业现场安全管理人员的工业知识经验软件化，并促使在平台上不断沉淀。对数据的汇总分析固然重要，挖掘纷繁数据下面隐藏的规律更为重要，真正的大数据应用要服务于生产、安全和经营，辅助人来做决策。应结合现场专家经验，通过CAI 企业智能平台，可进行高度定制化和自定义的开发和展示。通过发掘→预测→验证→改进→完善的迭代循环，促进分析模型的不断演化。

（4）提供企业风险管控的新手段

通过建立必要的应对机制，采取一系列必要措施，应用科学、技术、规划与管理等手段，提升煤矿突发事件应急能力，建立完善的煤矿事故应急管理体系，是当前煤矿企业安全生产管理的重要保障。根据煤矿突发事件的事前、事中和事后3 个环节的预防、预测、控制和恢复等能力的研究，确定煤矿突发事件应急能力的影响因素，为灾害应急能力提供强有力的数据支撑及调度决策。

6 结束语

本文介绍了煤矿“一张图”、“一张表”的基本信息，从技术和应用两方面详细说明了“一张图”技术融合，“一张表”数据分析。在煤矿的实际应用中，整合多个子系统，形成体系，各系统既单独存在又能进行联动，实现系统与系统的相互协作，数据和数据间的信息共享，将冗杂变简单，减少不必要环节，提高生产效率。