面向煤矿集团的一体化综合管控平台研究

汪 杰，李晓华，万一帆，向剑平，王建楠

(1.贵州省矿山安全科学研究院有限公司，贵州 贵阳 550025；2.贵州省煤矿设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550025)

近年来，随着贵州煤矿智能化建设不断深入，大多数煤矿企业根据自身的需求结合煤炭行业相关政策指导，自行建设了生产经营系统、煤矿信息管理系统、自动化控制系统、安全监控系统、人员定位系统、视频监控系统等系统，这些系统基本上都是独立建设[1，2]，所涉及的生产管理数据、设备运行数据、现场视频监控数据等，都分散到煤矿企业生产现场，煤矿企业层级未进行有效集成，同时没有汇集到煤矿集团公司层级，进而导致煤矿集团公司层级不能及时、精准掌握下属煤矿企业生产情况、安全管控等信息，不利于煤矿集团公司层级对下属煤矿企业监管和辅助决策，不利于指导下属煤矿企业安全高效生产，因此煤矿集团公司层级迫切需要建立统一的数据采集、数据分析、综合展示、协同调度、集中管控于一体的综合管控平台。

目前众多学者已对智能煤矿综合管控平台进行探索研究，大都是集中在面向煤矿企业层级的平台总体架构、关键技术及应用的探索研究，取得了一定研究成果[3-8]，但极少从煤矿集团层级进行顶层设计，实现集团公司层级对下属煤矿企业的一体化综合管控。有部分学者开展煤矿集团层面综合管控平台研究，文献[9]以大型煤矿企业的集团层级为背景，从顶层设计和统筹规划角度，提出了煤矿集团三级架构情况的智能化综合管控平台设计，详细阐述了平台总体架构、功能框架及采用关键技术，为综合管控平台建设提供了整体架构思路，但针对地质条件较为复杂的多中小型煤矿企业集团层级应因地制宜制定数据交换及建设标准进行管控平台设计实现，更有利于综合管控平台建设的实施落地，进而降低建设成本；文献[10]提出了一种大型煤矿集团管理智能化系统，主要从煤矿集团层级集中对下属煤矿企业安全监测系统、综合自动化系统及工业视频集成展示分析，平台在集团公司层级应用有较好的效果。

基于此，笔者结合贵州煤矿智能化系统建设情况，提出了面向煤矿集团的一体化综合管控平台，以煤矿集团数据中心为支撑，深度融合煤矿企业生产经营、视频监控、智能化生产系统等数据资源，以数字化手段重构末端生产到顶层决策的统一工作流程，构建出煤矿集团全面、独特的“企业画像”，实现统一监控、统一调度和统一决策。煤矿集团公司层级通过平台可准确、及时、全面地掌握各下属煤矿生产、安全、经营等情况，有效破解集团层级和下属煤矿企业的“信息孤岛”问题，全方位支撑煤矿集团层级对下属煤矿企业各业务板块的协同调度和集中管控，助推煤矿集团公司数字化转型，促进煤矿企业高质量发展。

1 平台总体架构设计

平台以煤矿企业生产经营及现场生产数据为基础，以煤矿集团公司数据中心为支撑，基于B/S体系架构进行设计[11]，平台总体架构自下而上分为接入层、基础设施层、支撑层、应用层及标准规范和安全运维保障体系，总体架构如图1所示。

图1 平台总体架构Fig.1 Overall platform architecture

1)接入层。主要负责煤矿企业生产经营及现场生产系统数据接入，包括煤矿信息管理系统、辅助生产智能化系统、人员定位系统、安全监测系统数据及视频监控等数据。人员定位系统、安全监控系统数据接入方式，采用通用FTP方式进行文件的传输，协议规范满足煤安监办﹝2019﹞42号文件关于感知数据接入细则的要求[12]，在此需要独立的数据引擎软件，对协议文件数据进行实时的读取、解析、处理，并最终存入关系数据库、非关系数据库等，进行海量数据存储，为实时监测、统计分析及大数据分析提供数据来源[13]；煤矿企业辅助生产自动化控制系统数据接入方式，利用矿端原有数据采集服务器进行智能化系统数据采集，按照“贵州省煤矿智能化数据交换技术要求”规范[14]采用MQTT推送方式将采集到的数据通过矿端原有防火墙虚拟专线VPN隧道进行加密传输到煤矿集团公司数据中心，在集团公司进行数据存储并进行组态界面的二次开发(需要厂家提供接口)；煤矿信息管理系统[15]主要为下属煤矿企业的填报系统，主要采用接口调用的形式进行数据接入。

2)基础设施层。提供支撑平台运行的基础，主要包括网络、存储及计算等基础设施资源。煤矿集团公司数据中心主要作为下属煤矿企业数据处理和备灾中心，提供存储、相关业务数据融合分析及异地备灾等工作。煤矿企业数据中心目前大多数主要采用超融合一体机或华为服务器集群建设主要用于各智能化系统数据的采集、接入、存储及计算等工作。

3)数据资源层。整合煤矿集团公司层级及下属煤矿企业基本信息、智能化辅助生产系统设备运行、视频监控等数据，将这些多源异构数据采用分布式汇聚在统一的煤矿集团公司数据中心，建立数据共享、协同与利用机制。

4)业务支撑层。主要为用户提供数据导入的管理服务、平台软件开发服务等，为平台上层业务应用系统所需的基础支撑能力。主要包括单点登录、工作流引擎、报表工具、日志管理、GIS平台服务、数据可视化平台服务等。

5)应用层。提供统一的用户登录入口，主要包括业务子系统、可视化大屏展示、手机APP应用等多功能于一体的综合管控应用服务。

6)标准规范体系。遵照国家的各项煤矿安全生产信息化相关标准规范，为系统间信息交换和共享提供技术规范，便于互联、共享、互操作和扩展。

7)安全运维保障体系。主要为平台提供统一的信息安全、运行维护和运行管理等服务，保障系统的安全运行。

2 平台功能设计

综合管控平台是一个多用户、复杂业务的大型系统，配置有业务子系统、大屏可视化及移动应用APP等功能模块，主要服务对象为集团公司层级及下属煤矿企业，用户通过浏览器即可访问、使用平台应用服务。

2.1 业务管理子系统

业务管理子系统功能主要包括生产经营、辅助智能化、视频监控、安全管控、报表统计、应急管理、文件管理、证照管理、资料管理、设备管理、资讯管理等功能。

1)生产经营。主要对煤矿企业填报的生产信息进行采集、汇总分析及总结。下属煤矿企业根据煤矿集团要求填报各类报表信息(包括生产发电日报、销存日报、瓦斯治理周报、投资月报等生产经营关键指标)，平台通过配置的相关人员对填报内容进行审核，审核通过后将统一进行多维度的数据统计和分析，通过数据分析总结平台将给出最佳经营方案，进一步的提升煤矿集团生产效率。该模块包含各类报表的数据上报、生产计划管理、采面管理、掘面管理、钻孔信息、项目管理、电煤长协任务、填报计划管理等。

2)辅助系统智能监测。通过接入下属煤矿企业智能化辅助生产系统设备数据，结合组态软件实时对各系统运行状态、开关量、模拟量等数据进行实时监测，通过丰富的图表进行直观展示，让管理者直观掌握设备故障诊断情况、故障分布、点位上传情况、故障趋势等情况，实现智能化设备线上巡视。该模块主要包括监测总览、设备运行监测、远程故障诊断、故障处理等。①监测总览：展示下属所有煤矿辅助智能化数据上传情况、下属煤矿智能化辅助生产子系统联网状态、点位上传情况(已上传/未上传情况)、未解决故障统计分析(条形图)、故障类型统计分析(饼形图)、辅助智能化系统故障统计分布、故障原因频次展示、远程诊断故障趋势分析(折线图)等；②设备运行监测：按照《贵州省煤矿智能化数据交换技术要求》数据上传标准，实现对煤矿企业辅助生产系统智能化设备运行状态数据上传，基于组态技术形成一套集成化辅助生产系统的在线监测系统，实现对下属煤矿企业智能化辅助生产系统运行状态实时可视化远程监测、线上远程巡查；③远程故障诊断：平台后端针对煤矿智能化辅助各子系统分别设置有故障诊断算法模型对辅助生产系统智能化数据远程诊断[16]，故障诊断结果需煤矿工作人员到现场确认，点击“查看”故障详情，现场确认故障为有效故障，点击“确认”，选择确认结果，点击“提交”，完成故障确认；④故障处理：将现场确认结果推送给第三方运维服务机构(智能化专业团队)进行维修处理。包括有新工单、安排维修员、维修及维修结束、评价等运维全流程管理。

3)视频监控。展示煤矿企业生产现场视频监控情况。将下属煤矿企业工业视频接入统一平台，监控界面具备4分屏、9分屏、16分屏功能，方便多画面实时展示，同时开发一键语音功能，从集团公司层级可以实现对下属煤矿企业的不同区域实时语音(摄像头需支持语音功能)[17，18]。

4)安全管控。按照特定标准协议接入下属煤矿企业人员定位系统、安全监控子系统及电子封条系统数据[19]，并对煤矿基础信息、测点基本信息、分站基本信息、测点实时数据、分站实时数据以及各类报警信息等进行综合分析。①瓦斯监测监控：针对测点以及分站的基本信息数据、实时监控数据以及报警数据构建，包含监测总览、实时数据、历史数据、报警数据管理等；②井下人员定位：包含监测总览、感知实时数据、超时信息、超员报警信息、进入限制区域报警信息、人员求救、基站实时数据等，具备三维可视化展示的煤矿企业，支持三维展示下属煤矿企业人员情况。

5)应急管理。主要提供对应急救援物资及应急救援队的管理。①应急救援物资：包含应急救援物资的基本信息、储备单信息以及储备单详情的管理；②应急救援队：提供对应急救援队信息的管理，包含应急救援队基本信息、应急救援队成员信息等。

6)资料管理。对煤矿企业档案资料实现标准化、透明化的管理，集团管理人员可查阅、下载下属煤矿企业上传资料。模块内配置有公开资料、资料上传、定期更新资料以及资料类型管理等。

7)设备管理。实现对下属煤矿企业机电设备档案、保养、维修、巡检等一系列设备管理。包含对机电设备档案管理、保养管理、维修管理、巡检管理、巡检模板管理。

8)煤矿信息管理。实现对下属煤矿企业基本信息管理，主要包括煤矿基本信息(煤矿概况、组织机构、人员信息、生产能力及证照信息等)、地质煤层信息、开拓开采信息、辅助生产系统、煤矿安全六大系统、三图信息、基础设计资料、煤矿专项设计等信息管理。

9)资讯管理。实现对集团公司层级新闻信息的推送管理，平台首页新闻轮播图信息的管理。

2.2 可视化大屏子系统

可视化子系统整合下属煤矿企业的基础信息、生产调度、辅助智能化监测、瓦斯和人员数据等数据进行统计分析，按首页、生产经营、安全管控、智能化系统、辅助智能化、视频监控、应急指挥、煤矿档案八个主题可视化展示集团公司及下属煤矿企业总体情况。

1)首页。以地图为载体展示煤矿集团及下属煤矿企业地理位置分布和下属煤矿企业基本信息情况，以大屏为载体对下属煤矿企业主要生产经营指标、值班信息、监测系统等核心数据进行数据分析。

2)生产经营。基于下属煤矿企业填报的业务系统生产经营数据，在集团层级可视化分析展示下属煤矿企业生产经营指标信息，包括产掘统计、煤炭销售、煤炭库存、瓦斯抽采和瓦斯发电五个分析主题。

3)安全管控。可视化分析展示下属煤矿企业瓦斯监控和人员定位等情况，当有报警发生时，系统会弹窗通知，点击报警弹窗打开报警页面具有报警详情。

4)智能化系统。通过接入下属煤矿企业现有智能化系统，实现智能化系统实时在线展示。

5)辅助智能监测。可视化分析展示下属煤矿企业智能化辅助生产系统远程故障诊断、联网状态、建设情况、点位上传、故障频次、故障趋势等情况。

6)视频监控。可查看下属煤矿企业视频监控情况，具备对下属煤矿摄像头在线和离线数据统计，可切换单屏、四分屏、九分屏等视图，方便多画面实时展示查看。

7)应急指挥。通过接口调用形式接入第三方公司开发的应急会议系统，当有紧急情况，集团层级将发出一键呼叫给下属煤矿企业调度室，通过该模块组织开展线上会议。

8)煤矿档案。可视化分析展示下属煤矿企业煤矿基本信息及系统监测情况。信息主要来源是下属煤矿企业生产填报、系统接入和煤矿信息管理的数据。

2.3 移动应用APP子系统

移动应用APP端配置有Android、iOS两个版本应用软件，主要功能有首页、应用中心、数据中心、消息、个人中心5个模块。主要包括：新闻资讯、新闻轮播、常用功能快捷入口、业务应用、数据统计可视化分析、消息提醒、个人中心等功能。集团层级管理人员通过手机APP可随时对下属煤矿生产现场及生产经营情况进行监管。

3 平台实现及应用分析

3.1 平台实现

平台依托煤矿集团公司数据中心，采用6台服务器(1台服务器配置CPU8核、内存32G、1T硬盘，2台服务器配置CPU8核、内存16G、3T硬盘，3台服务器配置CPU8核、内存16G、1T硬盘)集群部署。平台基于CentOS7.6操作系统，采用B/S、微服务架构、前后端分离等技术开发。系统前端开发基于Java Script脚本语言，采用Vue技术开发框架，运用HTML和CSS做前端页面效果，JS做页面交互逻辑，数据可视化展示主要采用Echart技术；后端开发采用J2EE、Spring Cloud技术、Spring Boot技术、MyBatis技术等技术开发框架，采用Docker容器化集群部署，支持负载均衡。数据库主要采用MySQL、Elasticsearch和Redis等并做集群，其中MySQL主要存储实时及业务数据，Elasticsearch集群主要存储辅助生产系统设备、安全监控及人员定位历史数据，Redis主要存储用户及业务高频访问数据。平台安全监控、人员定位数据基于JSON数据格式采用FTP方式进行数据上传，保存为TXT文件；智能化数据上传基于JSON数据格式采用MQTT协议规则进行数据上传，数据上传采用VPN加密单向传输模式，支持断网续传功能，采集和断网续传程序相互独立；视频监控采用EasyNVR流媒体服务器推拉方式进行。平台前端和后端基于JSON数据格式及RESTful接口进行数据交互。Android和iOS系统手机端App开发都是采用原生结合H5技术开发技术路线，Android系统手机端App基于Framework技术开发框架，采用Java语言开发；iOS系统手机端App基于UIKit技术和Foundation技术开发框架，采用Object C语言开发。

3.2 平台应用分析

目前，平台已在贵州某煤矿集团公司成功应用，集团层级可通过线上流程管控精确掌握下属煤矿企业生产情况、智能化系统设备运行状态等，平台打通了煤矿集团层级与下属煤矿企业之间的沟通桥梁，为全面保障煤矿集团公司稳定生产供应和数字化转型提供了可靠技术和管理手段。平台应用确保了煤矿集团层级能及时、精准掌握下属煤矿企业安全生产情况、系统运行情况、安全管控等信息，提升了煤矿集团层级对下属煤矿企业的监管和辅助决策水平，煤矿企业层级的安全生产效率；有效节约了集团公司及下属煤矿企业安全生产管理成本，真正实现了“降本、提效、增安”。总体而言，平台在集团公司使用取得了良好的效果，助力煤矿集团公司数字化转型具有一定的推广作用。

4 结 论

本研究依托煤矿集团公司数据中心构建了面向煤矿集团公司的一体化综合管控平台，有效解决了煤矿集团公司及下属煤矿企业数据孤岛及管控孤岛现象，提升了集团公司层级对下属煤矿企业辅助决策和管理水平。由于平台建设工作需根据煤矿集团公司具体需求开发，工作量大、涉及面广，部分功能未能按照相关智能煤矿建设标准完善。基于此，后续将在平台的基础上，接入智能化综采、综掘工作面系统、智能环保系统等系统数据，开展更深层次的数据分析，同时将引入3D GIS、AI等技术实现矿井透明地质可视化、灾害智能分析(瓦斯突出、水灾、火灾、顶板等)和应急避灾分析等，以期更好的为煤矿集团层级及下属煤矿企业提供更全方位精细化服务。