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1、摘要矿山资源的开发对人类赖以生存的环境造成了极大的破坏和污染。随着信息时代的到来，数字化矿上的建设必将成为实现煤炭企业高产、高效、绿色、安全开采的有效途径，是当今采矿科学、信息科学、人工智能、计算机技术和3S技术高的结合的产物，它将深刻改变传统的采矿生产活动和人们的生活方式，因此如何在有限资源条件下，在生态系统包容能力允许的条件下，探讨矿产资源的开发与环境保护，实现经济的可持续发展是21世纪人类面临的重大课题。再加上近年来矿难不断发生，加快了数字化矿山健身的步伐。数字化矿山是矿山企业信息化过程中的一项重要环节，通过实施矿山企业的数字化工程，可以提高矿山企业的生产效率，提升安全生产的可靠性。本文
2、在对国内外已有的数字化矿山建设总结和分析的基础上，通过对比和分析数字化矿山的应用现状，提出了数字化矿山的应用模式和构成体系。通过分析蛤蟆山煤矿的现状，设计了蛤蟆山煤矿的高速以太网网络平台、3D GIS平台、安全生产监测系统。关键词：数字化矿山;高速以太网; 3DGISAbstractMine resource exploitation on the survival of the human environment caused great destruction and pollution. With the advent of the information age, the digita
3、l mine construction will become the implementation high yield, high efficiency of coal enterprises, green, safe mining an effective way, is the mining science, information science, artificial intelligence, computer technology and 3S technology combined with high product, it will deeply change the tr
4、aditional mining activities in production and peoples life way, so how to fall in condition of limited natural resources, the ecological system tolerance allowable conditions, explore the development of mineral resources and environmental protection, to realize the sustainable development of economy
5、 is the major task of human faces in twenty-first Century. Coupled with the recent disaster happens ceaselessly, accelerate the pace of digital mine fitness. Digital mine is mine in the process of enterprise informationization is an important link, through the implementation of mine enterprise digit
6、al works, can improve the mine enterprises production efficiency, improve production safety reliability.This paper in the domestic and foreign existing digital mine construction on the base of summary and analysis, through the comparison and analysis of the application status of digital mine, put fo
7、rward the application mode and digital mine system. Through the analysis of the status quo of toad hill mine, design the toad hill mine high speed Ethernet network platform,3D GIS platform, safety production monitoring system.Key wordsDigital mine; Ethernet;3DGIS 翻译结果重试抱歉，系统响应超时，请稍后再试 支持中英、中日在线互译 支持
8、网页翻译，在输入框输入网页地址即可 提供一键清空、复制功能、支持双语对照查看，使您体验更加流畅1 绪论11背景葫芦岛蛤蟆山煤矿位于辽宁省葫芦岛市连山区红螺县镇西北2km处，距葫芦岛市北部约40公km。东距锦州市30km，北距南票矿务局20km。蛤蟆山煤矿开发历史比较悠久，据史料记载，始于清朝嘉庆年间（1810年），至今已有200余年的历史。葫芦岛建市后，蛤蟆山煤矿规划葫芦岛市，录属于市重工业局，现在蛤蟆山煤矿归市国资委管理，其中1997年9月15日至1999年4月1日，蛤蟆山煤矿由葫芦岛市政府委托给南票矿务局管理共19个月。2006年下半年，蛤蟆山煤矿在葫芦岛市政府指导下改制为股份制企业。蛤蟆
9、山煤炭资源储量丰富。深部煤炭资源储量达3000余万吨。现在生产能力24万吨/年，现有三个生产矿井。由于煤矿井下作业处于地表深处，地质条件复杂，环境恶劣，瓦斯、粉尘、水害、顶底板事故、火灾隐患难以探测和辨识，大型事故时有发生，给我国煤矿生产造成了重大损失，也危及了煤矿工人的人身安全。尤其是对地面地物类和地下地质体对象掌握不清楚，了解不充分，并且对其变化规律没有充分的认识，所以，无论是开拓设计、巷道布置、采掘设计、接替安排，还是进尺计划都没有充分安全性、可靠性和合理性，由此也引发了象通风、防尘、运输、排水、支护、注浆、供电等系统的设计不合理、配套性不好、连动性不强、反映迟缓，造成避灾措施不利、系统
10、抗灾能力差。根据各学科的特点和发展现状，我们认为要想从根本上解决煤矿的安全生产和高效生产问题，除了技术更新和技术改造外，更重要的是建立一个完整的矿山数字化系统，以实现地面地下所有时间空间对象的透明管理，使得矿区的气象、地形、水文、建筑、道路、桥梁、地面设施以及地下的煤岩层、断层、裂隙、陷落柱、水体、瓦斯和各类地下工程和地下设施尽在掌握中，从而使整个矿山从设计、生产到管理都能很好地兼顾工艺的先进性、设备的可靠性和生产的安全性，大幅度地提高抗灾能力和生产效率。随着计算机技术、信息技术、通讯技术、自动控制技术、3S（GIS、GPS、RS）技术、网络技术的发展，及在社会经济其他行业应用研究的展开，在美
11、国前副总统戈尔提出“数字地球”概念以后，国内众多研究机构和学者相应提出了“数字矿山”的概念，对“数字矿山”建设的关键技术和建设方案从不同角度提出了各自的看法及思路。由于矿山是一个以资源为开发对象的离散生产系统，因此，数字矿山是一个包含二者部分特性的崭新概念。1总体来讲，数字化矿山就是矿山地面和井下的、人类从事矿产资源开采的各种动态、静态的信息都能够数字化，而且用计算机网络来管理，同时利用空间技术、自动定位和导航技术实现远程遥控和自动化采矿。虽然葫芦岛蛤蟆山煤矿近年来投资建设了一批自动化监测监控系统，在矿井自动化建设方面取得一定的成绩，但是存在以下问题： (1)早期的生产自动化监测监控系统少并且
12、处于相互独立的状态，各系统自成体系，信息不能互通，形成“信息孤岛”现象。 (2)通讯线路重复投资建设，费用过高，不仅系统维护量大，且整体可靠性差，维修、维护困难。 (3)早期的各生产自动化子系统无法实现网络共享，无法统一监测，无法统一调度，严重影响了生产力水平的提高。 (4)由于各自动化子系统采集信息不能综合利用，所以很难从系统工程的角度来整体对企业进行统一的自动化管理，难以有效的整合各种资源和发挥自动化的最大效益。 (5)企业业务管理各子系统没有统一数据标准、业务规范，不能有效整合底层自动化数据及企业管理数据为领导决策提供合理的依据。所以必须依托国内外信息和网络技术，解决以上这些长期困扰企业
13、安全生产的难题，将葫芦岛蛤蟆山煤矿煤矿建设成为一个的安全高效的数字化矿井。1.2 国外数字化矿山的研究现状美国、加拿大、澳大利亚等矿业发达国家在数字矿山方面的研究起步较早，美国首先提出“数字地球”的概念，随后被许多专家学者引用。之后，世界上许多国家结合各自的实际，分别进一步提出了数字矿山的发展规划和建设目标。目前，矿业发达国家建设数字矿山的重点是实现远程遥控和自动化采矿。20世纪90年代初，加拿大国际镍公司(Inco)开始研究遥控采矿技术，目标是实现整个采矿过程的遥控操作M J。美国已成功开发出一个大范围的采矿调度系统，采用计算机、无线数据通讯、调度优化以及全球卫星定位系统(GPS)技术进行露
14、天矿生产的计算机实时控制与管理，并成功应用于工业中，已使露天矿近乎实现了无人采矿。加拿大已制订出一项拟在2050年实现的远景规划，即在加拿大北部边远地区建设一个无人化矿山，通过卫星操控矿山的所有设备，实现机械破碎和自动采矿。20世纪90年代以来，世界上一些矿业发达国家已经开发出了许多数字矿山建设方面的软件，并且已经在很多矿山得到了成功应用。其中具有代表性的软件有：英国Datamine公司开发的Datamine采矿软件、澳大利亚Maptek公司开发的 Vulcan软件、澳大利亚Surpac公司开发的Surpac软件、美国Intergraph公司开发的Intergraph交互式图形处理系统、加拿大
15、Lynx公司开发的MINCAD系统、美国罗克韦尔(Rockwell)公司开发的Whittle FourD露天矿优化设计软件等。1.3国内数字化矿山的研究现状2001年以来，国内有关学术组织相继召开了一系列以数字矿山为主题的学术会议。2001年，中国矿业联合会组织召开了首届国际矿业博览会，其中包括一个以“数字矿山”为主题的分组会。2002年，以“数字矿山战略及未来发展”为主题的中国科协第86次青年科学家论坛召开，2006年，煤炭工业技术委员会和煤矿信息与自动化专业委员会在新疆乌鲁木齐召开了“数字化矿山技术研讨会”，提出了建设安全、高效、绿色、和谐的新型现代化矿井的目标。20世纪末以来，国家主要科
16、研资助机构和相关行业部门相继立项支持了一批数字矿山课题。包括2000年开始的一项国家自然基金课题、2006年开始的一项863课题和一项“十一五”支撑课题等。2000年以来，国内多所高等院校、科研院所、企事业单位相继设立了与数字矿山有关的研究所、研究中心、实验室或工程中心。主要有：2000年设立于中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院的“3S与沉陷工程研究所”、2005年设立于中南大学资源与安全工程学院的“数字矿山实验室”、2007年设立于东北大学资源与土木工程学院的“3S与数字矿山研究所”和2007年设立于中国矿业大学(徐州)计算机科学与技术学院的“矿山数字化教育部工程研究中心”等。山东新汶矿
17、业集团泰山能源股份有限公司翟镇煤矿是我国第一座数字矿山，与北京大学遥感与地理信息系统研究所合作，在国内首开数字化矿井技术应用之先河。在数字矿山建设方面，煤炭行业比非煤矿山投入的力度大，广泛应用各种先进适用的信息技术，有效提升了全行业的生产效率和管理水平，数字化建设已经取得了一些喜人的成果，如：神华集团神东公司的综合自动化采煤系统、开滦集团的企业信息化与电子矿图系统、枣庄柴里矿的生产与安全集中监测监控系统、伊敏露天矿的卡车调度系统等。潞安集团漳村煤矿综合自动化与信息管理数字化在国内、甚至在国际上都处于领先地位。非煤矿山近几年一些大型企业集团已经具备了相当高的信息化水平并取得了一定的成果，如：首钢
18、矿业公司的GIS-MESERP-OA集成系统和山东招金集团的三维地测采生产辅助决策系统等。此外，中国矿业大学等单位相继开展了采矿机器人、矿山地理信息系统、三维地学模拟、矿山虚拟现实、矿山定位等方面的技术开发与应用。国内的高等院校和研究设计单位也都在不同程度上开展了矿业软件的开发研究工作，但仍处于起步阶段。1.4指导思想党的十六大提出工业化带动信息“工业化带动信息化、信息化促进工业化”（即“两化融合”）， 国家信息化发展战略（2006-2020提出“用信息技术改造提升能源、矿业传统产业”，信息化在采矿业开始全面推广应用，“数字化矿山逐渐成为我国矿业信息化的主要内容，采矿企业正在由经验型、传统型向
19、科学型、定量分析与处理、自动化控制方向发展。一科学技术为先导，充分利用先进的自动控制技术、计算机技术、网络通信技术和现代管理技术，结合管理流程的优化改造，进一步优化企业的资源配置，全面提升煤矿在安全生产、经营管理等方面的科学化、现代化水平。1.5建设目标随着计算机技术在采矿业的不断应用，采矿业正由经验型、传统型向科学型、定量分析与处理、自动化方向发展。随着计算机技术在采矿业的不断应用，采矿业正由经验型、传统型向科学型、定量分析与处理、自动化方向发展。我们根据蛤蟆山煤矿生产的实际情况，将下一步数字化矿山建设目标定位于：以3DGIS、计算机及其网络技术为手段，把矿山的所有空间和有用属性数据实现数字
20、化存储、传输、表达和深加工，建设各种安全生产监测系统，并应用于各个生产环节的管理和决策之中，以实现矿山生产的系统优化，达到提高资源的综合利用率、降低生产成本、实现利润最大化的目的。高效快速的推进矿山网络化、数字化、智能化、信息化、综合自动化在煤矿的整体应用。建设目标整体框架如图1-1所示。图1-12 数字化矿山内涵2.1数字化矿山的概念 数字化矿山是数字地球在矿山开发中的应用。所以定义数字化矿山首先要了解数字地球。 数字地球是指“一个多钟分辨率、三维的表达方式，是我们能嵌入巨大数量的地理坐标系数据系统”，就是指在全球范围内建立一个以空间位置为主线，将信息组织起来的复杂系统，即按照地球坐标整理并
21、构造一个全球的信息模型，描述地球上每一点的全部信息，按地理位置组织，存储起来，并提供有效、方便和直观的检索手段和显示手段，使每一个人都可以快速、准确、充分和完整地了解及利用地球上各方面的信息。在这个意义上，数字地球就是一个全球范围的以地球位置及其相联系为基础而组成的信息框架，并在该框架内嵌入我们所能获得的信息的总称。5因此，我们可以从两个层次上来理解数字地球，一个层次是将地球表面每个点上的固有信息（即与空间位置直接有关的相对固有信息，如地形、地貌、植被、建筑、水文等）数字化。按地理坐标组织起来一个三维的数字地球，全面、详尽地刻画我们居住的这个星球，亦即我们通常所指的那样，是地球本身；另一个层次
22、是在此基础上再嵌入所有相关信息（既与空间位置间接有关的相对变动的信息，如人文、经济、政治、军事、科学技术乃至历史等）组成一个意义更加广泛的多位数字地球，为各种应用目的服务。数字化矿山的特征与数字地球是一致的，知识尺度和范围不同。所谓数字化矿山就是指在矿山范围内建立一个以三维坐标为主线，将矿山信息构建成一个矿山信息模型，描述矿山每一点的全部信息，按三维坐标组织，存储起来，并提供有效、方便和直观的检索手段和显示手段，使有关人员都可以快速准确、充分和完整地了解及利用矿山各方面的信息。在这个意义上说，数字化矿山就是一个矿山范围内的以三维坐标信息及其相互关系为基础而组成的信息框架，并在该框架内嵌入我们所
23、获得的信息的总称。因此，可以从三个层次上来理解数字化矿山：一个层次是将数字化矿山中的固有信息（即与空间位置直接有关的固定的信息，如地面地形、井下地形、地质、开采方案、已完成井下工程等）数字化，按三维坐标组织起来形成一个数字化三维空间，全面。详尽描述矿山及采掘工作体。另一个层次是在此数字化三维空间上再嵌入所有相关信息（即与空间位置间接有关的相对变动的信息网络化离散的管理信息数据，如井下监测监控、供电管理、通风管理、排水管理、生产管理、调度管理等等）。第三个层次是数字化的空间的动态性和业务、管理的多元化。数字化矿山是个动态的概念。因为新的数据不断更新，采掘面不断更新，数字化三维空间和空间中的数据都
24、在发生变化。从这个角度来讲，数字化矿山首先是资源的数字化，以大量信心构成的资源量可直观显示出来，其次是信息资源是立体化的，而不是平面化的；最后，业务在这个数字化空间是多层次、多角度的；管理也是多层次、多角度的，这个数字化空间是多元的。我们用一些场景来真是感受一个数字化空间：矿局领导可以使用鼠标在模拟的三维的矿井中下矿，逼真地感受矿井的工作现场和查看现场数据，如现场安全监测设备处于矿山中的哪个位置，发挥什么作用，设备工作状态如何，井下每个矿工的工作状态和位置在大屏幕下一目了然，瓦斯浓度到达一定程度自动报警，如何使设备在矿山中获得最佳配置等信息资源。把认识管理可以嵌入数字化空间中，人事管理从此可以
25、实现扁平化、透视化。矿山中的人力资源分布，各种人员的流动性图标，获得最佳劳动力组合。财务管理、营销管理也可以嵌入到这个数字化空间。在矿井设计、建设开采过程中，模拟三维矿井条件，进行有效地表述，不再要求非要亲自深入井巷工作面，办公室内就可以触摸工作面矿床，不再非要矿井建设成后再去体验，“矿井未建先下井巡视一番”已是可能，可以把矿井建设的更科学。2.2数字化矿山体系结构2.21数字化矿山体系结构的提出无论是从数据层面，业务层面还是基础层面，数字化矿山都是一个庞大的复杂系统，它所涉及的是多方面知识的融合，多科学的交叉。通过总结以前数字化矿山建设的经验之上，设计了数字化矿山体系结构。系统体系结构图如图
26、2-1所示。2.22数字化矿山体系结构分层描述（1）高速宽带网络支撑体系数字化矿山的建设与矿山业务运行时以高速企业网为基础，在数字化体系中所处理的业务不但有语音、视频、数据业务，还有大量的与模型库交互的三维数据。建立宽带、高速和双向的通信网络，确保海量矿山数据在企业内部、甚至是与IP网络快速传递都是十分必要的。高速宽带网络是数字化矿山的基石。因此高速企业网基石是数字化矿山建设的关键之一。（2）三维数据原库和应用模型 结合煤矿安全生产数据标准，整合安全监测数据和现场GIS信息。并采用虚拟现实技术、建立三维数据模型库，将各类管理为矿业工程、生产、安全、经营、管理、决策等服务的各类专业应用模型应用模
27、型库，为矿山数字空间提供原库调用服务。在三维的矿山3D原库中，用关联和拓扑的方式组织相关的原库。主要提供矿山信息的拓扑查询、分析与应用及许多采矿安全问题和模拟、分析与预测等，均以矿山3D实体的属性、几个与拓扑数据的统一组织为基础，因此，可以立足矿山3D数据的矢栅集成，完成矿山3D拓扑描述、表达、组织与维护。安 全 体 系 3D数字化矿山空间 基础3D模型库、应用模型库、数据挖掘 VR、3DGM、虚拟仪器、MGIS. 高速网络支撑体系 中间应用层、数据嵌入、3D合成运营体系GIS信息安全生产数据业务管理业务管理图2-1 (3)数据挖掘数据挖掘是利用基于知识的工程（KBE）技术和人工智能，从矿山海
28、量数据中为用户挖掘有用数据、获取决策信息，以及建立求解各类具体工程、生产、管理与经营等问题的应用模型，是本系统的实用化工具。只有当数字化矿山能够方便、快速地从其数据仓库中提取用户所需的显示数据与模型，智能、快速地从其数据仓库中重新组织并生产用户所需的隐式数据与模型的能力时，数字化矿山的海量矿山信息才能被未经过特别培训的用户和各业务部门所共享。 （4）中间层处理 中间层处理是空间和应用数据的合成基地，负责统一管理数据和模型，即空间数据原库和应用模型库，提供数据资源的载入。完成空间拓扑建立与维护、空间查询与分析、制图与输出等GIS基本功能，并进行数据访问控制、开放接口。分析组织各个空间原库，将离散
29、动态数据库载入空间。 中间处理层同时还完成三维数字化空间试图，即在同一的空间参照下进行采矿动态组织与管理，并调度和控制各类三维原库和应用模型的使用和运行，完成业务数据的管理与封装等系统功能。为统一的OA、CDS一体化中心，提供各种应用功能空间载体；如在此空间可设计实时开采模拟、作业安排与检测、资源动态管理、通风网络体系模拟、排水系统模拟、开采沉陷动态模拟、地表数据整合、生态恢复和矿区可持续发展多目标决策等。（5）三维基础数据及业务环境提供者：VR（虚拟现实）、3DGM（三维地学模型）、虚拟仪器、MGIS（矿山GIS）。 在煤矿企业应用系统中已经形成了不同用户层次、具有不同功能的煤矿应用系统和软
30、件模块，已经形成了海量数据与海量模型，采用三维地学模拟进行数据与模型的过滤和重组。通过三维地学模型，把采掘资料、地震资料、开挖设计数据及各类物探、化探资料，来建立矿井、矿体与采矿区巷道及开挖空间矢栅整合的真3D模型库，将海量的矿山地物的几何信息、拓扑信息和属性信息虚拟的再现。运用VR（虚拟实现）和并行计算技术，并嵌入虚拟仪器，各类专业应用模型，并开采沉陷计算、开采沉陷预计、顶板垮落计算、围岩运动模型、储量计算、通风网络解算、瓦斯聚集模型、涌水计算等。经过上述处理，对矿山采矿活动造成的地层环境影响进行大规模模拟与虚拟分析。形成各个基础的三维模型库，应用模型库。为同一的OA、CDS一体化中心提供业
31、务视图环境和业务管理方式。 （6）数字矿山业务处理（OA）和指挥调度系统(CDS)一体化的信息管理中心 数字矿山的根本目标还为企业高效管理决策提供支持，在数字化矿山中，把办公自动化和指挥调度系统作一定的绑定。在可视化的环境中，形成全矿山、全过程、全周期的数字化管理、作业、指挥与调度，做到信息数据，管理业务流程，相互协调、相互融合。 （7）安全体系 整个应用体系都是在构建在安全体系中的，具有良好的安全保障体系。整个系统的安全的设计从两个方面考虑，一是硬件平台；即提供三维空间网络QOS的同时， 如何保证系统服务的可靠性和稳定性，二是软件平台：即身份的统一认证，授权，加密，审计和监测等方面。 （8）
32、管理业务体系 在应用处理过程中又分为三个层面：数据层、业务层、业务管理层，为企业的业务管理、高层决策提供服务。在系统的构成中，整个系统是采用分层的结构，每一层向上一层提供服务，各层之间按照运用管理体系的规范交互。运营管理系统是数字化矿山的运营管理额支撑体系。 在三个层次贯穿于整个四级网络体系中，并形成三个系统。个业务管理层相互协调、相互促进。在业务管理层面中，其中网络数据层是监测和诊断中心的数据源，为矿局两级的相关专家人员，工程人员提供信息服务，而决策层是在这些数据的共享平台中高度共享和利用这些信息。矿局两级网络中的专家支持和决策所形成的数据又加入到网络数据层中，而被充实的网络数据层又为各级专
33、家支持、决策提供更为丰富和完备的数据。43 综合网络平台建设3.1目前国内应用于煤矿的三种网络传输传输平台（1） GEPON无源光网络传输系统主要优点：价格便宜，树状结构，无源（2） 基于多业务的MCTP系统主要优点：基于多业务的，接入方便（3） 工业以太网传输系统主要优点：工业级产品，技术成熟，开放性好3.2基于网络化的数字化煤矿 数字化矿山空间是整个系统的核心，在统一的空间参照下进行采矿动态组织与管理，并调度和控制各类三维原库和应用模型的使用和运行，完成业务数据的管理与封装等系统功能。在该空间中，如果加入时间的维度就可提供基于4D时空信息的动态模拟、可视化、分析与决策支持的庞大系统，在3D
34、数字化矿山空间表面上叠加影像、图片、监测监控数据、采掘资料、掘进及其它数据。它具有3D空间网络分析、多目标决策分析、采掘过程模拟等基本功能，并能实现辅助采掘勘探、交互式采矿设计与规划、实时开采模拟、作业安排与监测、资源动态管理、通风网络体系模拟、排水模拟、开采沉陷动态米你、地表数据整合、生态恢复和矿区可持续发展多目标决策等应用功能。这些庞大的数据交换需要一个高速的网络传输平台。数字化矿山的根本目标还为企业高效管理决策提供支持。在数字化矿山中，把办公自动化和指挥调度系统作一定的绑定，在可视的环境中形成全矿山、全过程、全周期的数字化管理、作业、指挥与调度，做到信息数据与管理业务流程相互协调、相互融
35、合。在应用处理过程中又分为数据层、业务处理层和业务管理层三个层面，为企业的业务管理和高层决策提供服务。在系统的构成中，整个系统是采用分层的结构，每一层向上一层提供服务，各层之间按照运营管理体系的规范交互。运营管理系统是数字化矿山运营管理的支撑体系。整个矿山的各个体系都需要以高速的网络平台为基础。3.3高速工业以太网建设工业以太网是基于IEEE 802.3 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)，以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应
36、用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。是一种标准的开放式通信网络，不同厂家的设备很容易互联。这种特性非常适合解决控制系统中不同厂商设备的兼容性和互操作等问题。并且与计算机、服务器等接口十分方便。还可以与Internet连接，任何地方都可以通过Internet对企业生产进行监视控制实现企业管控一体化。综上所述，蛤蟆山非常适合
37、建设工业以太网。蛤蟆山三个矿井巷道共分三层：1层、2层、3层，搭建公司办公楼、综合生产调度指挥中心和矿区信息管理数据骨干局域网络：采用千兆以太网技术，再实现百兆到用户办公桌面，满足用户数据传输的宽带要求。矿区建设工业控制数据骨干网络：采用千兆工业以太网技术，在井下及地面建设工业控制以太网。在三个巷道铺设工业控制骨干网络，传输介质采用光纤，采用环网形式，地面和井下工业以太网控制环分别将各个数字化系统连接。将井下瓦斯监测系统、水泵自动控制系统、束管监测系统、电机车信、集、闭系统等各个井下数字化系统接入该网络，将地面提升数字化系统、自动配电系统等各个数字化系统接入该网络，一并接入综合生产调度指挥中心
38、。综合调度指挥中心可对整个矿区进行实时监测和远程控制。整个矿山数字化的进行都以高速以太网为基础。网络平面图如图2-2所示。平安一号井综合生产调度指挥中心办公楼平安二号井平安三号井图2-2使用先进的高性能路由设备，解决企业信息网网络出口问题，实现与Internet 及与集团公司的联网。利用防火墙实现内生产管理控制网络与办公管理网络，和办公管理网络与到互联网Internet 的隔离，满足矿企业办公管理和生产安全的需求。在网络设备（交换机、防火墙等）设置安全策略，严格控制办公网进出业务的各种访问；在网内部署防火墙系统、防毒杀毒系统及应用网络设备安全策略与安全配置，杜绝非法及越权访问；同时有效预防、发
39、现、处理异常的访问，确保网络安全。工业以太网拓扑图如下图2-3所示。大屏幕显示系统核心交换机核心交换机工程师站操作员站数据库服务器安全服务器Web服务器地面1000M单模光纤工业以太网控制环井下1000M单模光纤工业以太网控 制环主提升机房副提升机房压风机房水泵控制系统地面变电所机电设备管理矿井瓦斯监测配电微机保护绞车房采区变电所采区变电所采区变电所图2-33.21网络传输平台电源设计（1）UPS电源地面综合生产调度指挥中心：安装一套APC UPS，为三进三出全数字在线式智能交流不间断电源系统，电池延时时间不低于4小时，内置D级防雷装置。地面环网交换机和井下环网交换机连接图分别如图2-4图2-
40、5所示。地面环网交换机UPS电源：每台交换机安装一台山特UPS，1KVA不间断电源，可延时四小时。井下环网交换机UPS电源：每台交换机安装1套井下矿用隔爆型不间断电源，供电时间不低于4小时。（2）电源接入设计蛤蟆山煤矿地面交流用电是220V/127V交流，工业以太网交换机所需的是24V直流电，因此应用了220V交流转24V直流的赫斯曼RPS30模块。井下交流用电是127V、380V/660V交流，同样工业以太网交换机所需的是24V直流，井下127V或660V交流接入井下防爆UPS电源，变压为24V直流，再连接到交换机的电源模块。保证了交换机的双路供电，在有一个电源模块坏损的情况下，交换机设备科
41、正常工作，不影响工业以太环网的传输。图2-4图2-53.3井下无线电漏泄通信系统建设矿井巷道为带状的非自由空间，破坏了地面上无线电电波在自由空间的传播规律，地面无线电波通信在井下巷道中传播受到限制，从而矿井巷道被视为无线电波传播的禁区。利用泄漏电缆及中继放大器技术，解决了无线电波在井下巷道非自由空间不能远距离传输的难题。泄露通信系统就是在巷道中铺设一条开放式的射频同轴电缆，射频电磁波信号沿着它一边传输一边想周围空间辐射，从而该电缆起着传输线和天线的作用，在电缆周围形成一个连续无线电波漏泄场，使巷道任何截面都有足够的无线电波场强。实现漏泄电缆长天线和流动天线之间的双向逆耦合。使流动台和基站之间复
42、杂的远距离电磁波传播转化为流动台与漏泄电缆之间简单的近距离传播。无线电漏泄通信技术完全适应煤矿矿井下巷道、装备和作业的特点，所以必须在井下应用无线电漏泄技术来解决井下移动人员的无线通信等问题。无线电漏泄通信系统基站传输通道移动台漏泄电缆双向中继放大器终端器（手持话机）图2-6该系统由基站部分、传输通道部分（漏泄电缆、双向中继放大器、终端器（手持话机）和移动台组成。如图2-6所示。该系统以基站为中心树状组网，每500米一个标准段，用双向中继器连接，三向中继器实现树型分支，系统可以像积木一样构成“圣诞树”通信网络。每个基站有四路输出，可实现双向通信。井下人员随身携带的无线电泄露手机通过无线电泄露系
43、统可以随时跟地面综合生产调度指挥中心联系，保证在遇到突发事情时井下人员可随时呼叫综合生产调度指挥中心管理人员。3.4网络信息资源的特点存储数字化：信息资源由纸张上的文字变为磁性介质上的电磁信号或光介质的信息，使信息的存储、传递和查询更方便，而且所存储的信息密度高、容量大，可无损耗重复使用。以数字化形式存在的信息，既可在计算机内高速处理，又可通过信息网络远距离传送。 表现形式多样化：字或数字形式表现的信息，而网络信息资源则可是文本、图像、音频、视频、软件和数据库等多种形式存在，涉及领域从经济、科研、教育、艺术到具体行业和个体，包含文献类型从电子报刊、电子工具书、商业信息、新闻报道、书目数据库、文
44、献信息索引到统计数据、图表、电子地图等。 以网络为传播媒介：统信息存储载体为纸张、磁带和磁盘；而在网络时代，信息的存在是以网络为载体，以虚拟化的姿态展示的。人们得到的是网络上的信息，而不必过问信息是存储在磁盘上还是磁带上，体现了网络资源的社会性和共享性。 数量巨大迅速增长，提供的大量数据库有万余个，通过发达的网络向机关、团体、学校、公司以及个人提供各类科技、金融、商业和文化等信息。但从目前的状况看，我国可供服务的信息资源显得比较匮乏。3.5综合生产调度指挥及控制中心规划蛤蟆山山煤矿将建立综合生产调度指挥控制中心，负责全生产的总监视和控制。生产调度指挥中心由大屏幕显示墙、12台显示器、工程师站和
45、操作员站组成。中心安装的DLP箱式背投显示单元拼接而成的大屏幕拼接墙，可选择显示矿山的工艺流程，生产过程监控信息、矿床模型信息、主要生产指标完成信息、瓦斯经济活动分析以及各生产关键部位的数字视频信息等，显示信息可随意切换。平面图如图2-6所示。在大屏幕拼接墙两侧，设置12台21寸的液晶显示器，用来实时显示生产关键部位的视频信息，对作业进行实时监视。操作员站和工程师站包括工业控制计算机、高性能数字硬盘刻录机、矩阵切换主机、各种信号切换和控制设备等；分别对通风、排水、供电、束管、瓦斯浓度、提升、人员定位系统、工况工作面监控系统、微机供电保护、信集闭等系统进行监控和控制；控制选择需要在电视墙上显示的
46、信号。监控网络同矿山的管理信息网无缝连接，反映到电视墙上的信息，也可以显示到有授权的计算机上，领导和有关人员可以方便快速地查询。大屏幕显示墙工程师站操作员站6台显示器6台显示器图2-64 基于3DGIS系统的数字化矿山基础信息平台4.1 3DGIS数字化矿山基础信息平台综述GIS(Geographic Information System)是用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科。以GIS为平台，构建数字矿山DM（Digital Mine）是对所有与矿山有关的数据信息进行数字化，可以实现信息处理、检索
47、、输出的自动化、可视化、与地理关系的一体化，以便矿山进行计算机辅助设计、矿产资源预测和矿山生产的动态管理等，以达到充分合理开发利用资源，谋求矿山开发的最佳社会经济效益和环境效益的目的。“3DGIS数字矿山基础信息平台”是整个数字矿山软件的核心。3DGIS是一个工具箱，其中包含一套用于采集、存储、管理、处理、分析和显示地理数据的计算机软件工具。该平台负责矿井基础信息的存储、组织管理以及专业表现算法封装。平台为可视化表现提供专业的算法支持，为上层专家系统及专业分析提供矿用对象数据支持。3数字矿山基础信息平台必须以3DGIS的数据规范为基础组织管理数据，以3DGIS可视化平台为数据的集成支撑平台，利用专用的空间建模算法，实现矿井的可视化表现。这一块主要实现矿井基础信息的可视化表现，通过2D矢量图和3D模型实现矿井的直观表现。因此，数字矿山基础信息平台、3DGIS可视化支撑平台和专业分析软件包构成了数字矿山基础信息平台的主要核心内容，基本搭建成数字矿山的基础应用框架，基于该框架可以开发各类应用系统的开发，所以数字矿山建设必须构建数字矿山基础信息平台。4.2基础信息的内容和层次矿井生产系统的各专业子系统都包含设备的属性信息、空间信息、系统运行过程的工况信息，数字矿山要构建所有子系统所包含基础信息的数据模型，
