一、 系统介绍

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智慧矿山生产调度管控系统是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上,综合考虑生产、管理、经营、安全、效益、环境和资源等各类因素,并运用计算机、网络、通信、虚拟仿真、自动控制及监测等技术对矿山各类信息资源进行全面、高效、有序管理的系统,改善企业经营管理模式,让经营管理更加公平、公正、安全、合理、高效。智能化生产调度系统是一个典型的多学科交叉的新领域,涵盖了矿山企业生产经营的全过程。其系统通过对矿山生产、经营与管理的各个环节与生产要素实现网络化、数字化、模型化、可视化、集成化和科学化管理,达到安全、高效、低耗生产的过程,

二、 项目意义及必要性

(一)降低矿山劳动强度,提高工作效率

通过智慧矿山生产调度管控系统,可以了解整个矿山所涉及的信息过程,特别是矿山系统多体之间信息的联系和相互作用的规律。以计算机为工具建立的原始资料数据库和矿床模型,可随时在计算机上高效、便捷查寻。利用这些数据建立地质模型;进行不同矿种不同品位的资源管理和资源评估,也可以利用地质模型进行矿山设计、井下测量、安排生产进度、优化参数等功能。

数字化矿山以开采生产计划编制为基础,依据实际的矿石开采量和矿石品质数据,调整计划目标和重新编制生产计划。针对实际生产过程中设备生产能力改变、突发故障等不确定情况,研究采矿设备调度优化方法,在无线网络的支持下,对现场开采生产进行监控并提出动态调整建议和措施,使得采矿生产满足计划要求以及采矿生产成本最小化,提高生产效益和社会效益。

(二)化解矿山风险隐患,增强安全体系

数字矿山建设的目的,就是要通过将矿山各种信息系统、计算技术和工业控制的有机整合,最大限度合理调配各种资源,最优化地控制与调度各种装备与设备,实现矿山管理的科学性和生产的安全、 高效、 经济和矿产资源利用的最优化。

数字矿山是对真实矿山整体及其相关现象的统一性认识与数字化再现,可以有效利用数字化的方式,对环境进行监测和监视。对生产空间的各种信息进行采集,建立各种分析模型。对采集的信息进行加工处理,化解开采过程中的高危险、高危害因素,预防可能发生的种灾害事故,做到重大事故的提前处理,把事故消灭在隐患之中。降低开采风险,降低工人劳动强度和保障生产人员的安全。通过智慧矿山生产调度管控系统,提高矿山安全生产管理能力,进一步提升矿山技术管理水平,为安全生产决策提供技术保障,最终实现基于数字化、信息化和管理现代化的本质安全型矿井。

(三)合理开发资源,减少资源浪费和环境污染

随着现在高品位的矿山、易采矿石越来越少,低品位矿石和埋藏深度大的矿石越来越多,越来越难采、难选。数字化矿山,一方面可以重新圈定矿体和计算储量,另一方面也可以为降低采矿成本提供有效的途径。智慧矿山生产调度管控系统后,可优化工业指标,根据不同产品的厂家对原料的要求,通过有目的、有计划地采矿,富矿石与中低品位矿石按一定比例配矿成为商品矿,也增加了中贫矿石的利用率。数字矿山有利于合理开发资源,充分利用中低品位矿石,综合利用多组分矿物资源,优化品位指标。同时,通过建立矿物模型,查明三维空间各矿物定量分布规律,通过定点采矿和按比例配矿,保持人选矿石中矿物含量有利配比,提高选矿回收率,降低选矿药剂的用量,减少资源浪费和环境污染。

三、 系统功能

(一)实时监控调度

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GPS/北斗定位技术、4G无线通讯网络、Google Map等前沿技术,应用于露天矿作业设备的动态实时跟踪,管理人员可实时掌握车辆的作业位置及矿区作业车辆分布情况。系统对车辆的作业区域及车辆的速度状态实时进行预警提示,大大提高采矿生产管理的管理水平。

立足于露天矿山生产车辆的优化调度,利用矿业系统工程、排队论等相关理论,将新一代物联网技术等高新技术和露天矿车铲调度进行有机结合,对露天矿车辆运输进行动态车流规划,对露天矿卡车和挖机进行实时科学调度,避免了车辆乱拉乱跑、长时间空等排队等现象,改变传统调度方式,使设备作业效率能够显著提高10%-15%。

(二)自动计量统计

利用先进的远距离RFID无线射频识别技术与高精度定位设备相结合,将自动化识别与车辆装载轨迹相结合,提出了自动计量算法,全程无需人工干预,实现了露天矿车辆运输矿岩量自动、快速、准确计量,消除了单靠历史轨迹的计量误差,撤销了计量员岗位,避免了传统的矿岩运输量人工计量的弊端,大大提高了露天矿车辆运输效率。

(三)装载量图像智能识别

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利用图像采集技术实时采集车辆的装车情况,利用AI图像智能识别算法,动态分析车辆矿石或矿渣的满载情况,将满载率情况实时反馈调度管理人员,并定期进行车辆满载率状况的智能分析,为优化车辆运输提供决策依据,实现了车辆运输的精细化管理。

(四)设备健康智能分析

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利用车辆数据采集接口和GPS定位跟踪技术,实时采集车辆运行的水温、油耗、发动机运行时间、电瓶电压等关键参数,利用作业设备故障诊断技术对异常情况及时进行智能分析和提醒。

(五)生产车辆无人驾驶

实现了井下电机车无人驾驶运行、自动放矿、轨道障碍物识别、防碰撞预警等无人驾驶系统的核心功能。减少井下作业人员,改善了一线工人劳动环境、增加了设备运行时间、提升了矿山管理水平、实现了本质安全。

(六)车辆智能调度分析

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立足于露天矿山生产车辆的优化调度,利用矿业系统工程、排队论等相关理论,将新一代物联网技术等高新技术和露天矿车铲调度进行有机结合,对露天矿车辆运输进行动态车流规划,对露天矿卡车和挖机进行实时科学调度,避免了车辆乱拉乱跑、长时间空等排队等现象,改变传统调度方式,使设备作业效率能够显著提高10%-15%。

(七)矿业大数据智能分析

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通过建立中心数据库等方式,强化了智慧矿山管理资源共享功能,实现数据更新及时化、集中化、高效化、构成完善的矿业大数据智能分析体系,实现数据化决策和信息化管理。

1)车辆运行状态分析:车辆通过定点的次数、停车等待时间、行驶速度、铲卡读取、空间定位等进行实时智能分析,得出运行的状态;

2)设备检修数据分析:针对挖机、卡车的报修类别、报修次数的合理制定维修排队序列,并指导维修部备品备件的存储。

四、 技术基础及优势

(一)搭建矿山传感硬件体系

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通过研发传感、处理、交互、嵌入式一体化硬件设备,将矿山的采掘机械、运输车辆、工作人员、采场、堆场、库房等进行有机链接,将数据自动采集传输到服务器,为下一步运算提供基础数据支持。

(二)构建矿山信息管理系统

在硬件采集的大数据基础上,建立结构化信息处理系统。

(1)不停车计票系统

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计票系统是一种基于分布式MESH网络的记录方案,不依赖与位置信息和公共网络,具有很好的实时性、准确性和稳定性。另外本计票系统还能够通过北斗定位系统对每一趟的距离进行计算,从而做到对驾驶员的工作量的精确考勤和记录。

(2)矿石分类运输和堆砌记录系统

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矿车能够在采掘点通过高速无线通信技术获取挖掘机的矿石类型信息,装载完成之后携带矿石类型信息到指定的堆场。当矿车进错场之后会收到错误提示,并要求司机改正。

(3)采掘-运输匹配的智能调度系统

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由于采掘和运输能力的不匹配,会造成矿山车辆机械的闲置,从而降低生产效率。针对此问题,设计了采掘-运输匹配的智能调度系统。本调度方案与基于位置服务的方案有极大的不同。基于位置服务的调度方案多是提供最佳路径的规划,这对于中小型矿山作用不够明显。在中小型矿山中,路径的选择并不富余,因此路径规划的效果不明显。另外,影响矿山生产能力的关键在于采掘和运输的匹配,本系统从这一点着手,可以极大的提高矿山生产效率。

(三)数字化管理平台

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在系统分析智慧矿山生产调度管控系统各系统应用现状和功能效果的基础上,通过建立中心数据库等方式,强化数字化矿山管理资源共享功能,实现数据更新及时化、基础数据和重要生产数据管理集中化、信息与数据流向高效化、数据流动访问与使用权限科学化功能系统全面发展,构建完善的共享管理信息系统。

建立矿山资源数据库,在确保数据安全的基础上,为相关企业开放API接口,完成矿山行业的大数据平台的建设,集多企业的力量设计适用于矿山使用情景的软件体系。

(四)矿山生产与过程控制技术

目前国内的多数矿山的信息化建设只采用了视频监控、车辆定位等应用。这类应用较为简单,对生产力提升也较为有限。

参考国外Dispatch公司的矿用软硬件系统,结合国内矿山生产经营实践,我们在综合通讯系统平台上建立了生产调度与过程控制。通过生产与过程控制技术,我们不仅实现了对人员、设备、车辆的跟踪定位,更实现了设备运行即时状态的同步更新,工作内容远程控制、工作结果的数据采集及统计、生产资料的进销存等。未来陆续结合人工智能实现大数据辅助决策、及通过视频监控及VR实现对矿山采掘的生产调度与过程控制,这是数字矿山建设的高级阶段。

(五)工业自组网技术

矿山由于设备类型多样、地质条件复杂、所需数据不同等多种原因,各种数据需要使用不同传感器进行采集。我们采用自组网技术,将无线传感器网络WSN(Wireless  Sensor  Network),将大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统,实现数据量化采集、处理融合和传输。目前,WSN是目前世界上最先进的网络技术之一,我们率先将之应用于矿业,对矿山智能化进程将具有巨大推动作用。

(六)安全传感应用

矿山生产过程中,可能会产生滑坡、车祸、有害气/液体、火灾、飞石等事故。因此,必须建立起有效的综合安全监控与预警系统矿山综合安全监控与预警系统。我们采用前述的各种技术,将传感器安置于各事故易发地点,全自动采集各种数据,辅以人工智能判断,在主控中心采用专用的分析及预警软件进行分析,及时发现和预测灾害。使采矿在更加安全、高效、低耗的条件下进行。

(七)矿业大数据平台

与现有的信息调查公司、行业协会所采用的传统问卷或登记的调查方式不同,我们每个矿山客户在生产过程中都会由传感器和计算机产生大量数据。随着客户积累,系统平台上也会积累海量数据,这种数据具有数据量大、即时性强、真实性强等特点,这是传统企业甚至行业协会和政府都不具有的优势。

我们在确保用户数据安全和隐私安全的前提下,设计出专业的API和SDK,供专业的工业软件开发商开发基于平台的各种模块。在大数据平台上,客户的复杂需求可以通过科技企业间的协作得到低成本解决,更可以为政府、行业协会、投资机构等提供决策依据,更有效利用社会资源,为资源利用、生产力提升和经济发展做出贡献。

五、 性能指标

项目通过应用满足矿山生产需要的研发软件,实现矿山生产的远程控制,实现矿山信息的获取、存储、传输、表述、深加工,实时采集各种生产指标数据,解决矿山生产动态管理、矿山生产规划、方案优化决策、资源的合理开发利用等问题,减少资源的浪费,提高矿业开发的社会经济效益;实现公司管理的全面提升。

1. 安装硬件性能指标:

GPRS数据上传稳定;GPS定位精度<3m、速度<0.2m/s;终端扩展接口6个;系统故障率小于十万分之一;供电直流12V—36V;工作环境温度-30℃—85℃、湿度95%不冷凝;防震IP66防护等级。

2. 应用软件性能指标:

可运行云服务器;手机客户端功能;实景地图实时监测;生产数据实时展示;生产数据实时分析;语音消息提醒。

六、 系统优势                                   

(一)软、硬件技术方面

智慧矿山系统在硬件上通过车辆自组网技术,各种无线通信技术,卫星定位技术,雷达测距技术,各种传感技术,扩展接口技术,人机交互技术,以及图像抓取识别等多项技术,可以有效地帮助矿业企业实现机械车辆和设备的监控调度管理。

在软件上通过HTML5,JSP,CSS,PHP,C++、SQL、Apache、Nginx、Linux、数据挖掘、算法优化等技术,智能软件可以和智能硬件终端进行实时稳定的数据交互;经过用户体验设计师的优化,将数据转换成科学易读的图表,并自动给出管理建议。

综上所述,智慧矿山生产调度管控系统产品在按预期计划全部完成后,在以采用重型机械(挖机、推土机、钻机、装载机、矿车等)露天开采的矿山,在机械车辆管理上可做到随时随地、自由化的监控调度管理,抛弃传统人盯人的疲劳战术。

并且,在本系统的多种软件辅助下,整个矿山的实时动态及实时数据(生产数据、耗油、耗材等)都能完美的以图表体现出来,在很大的程度上能给管理者的决策提供数据支撑。

(二)安全角度方面

安全生产现在是企业的头等大事,只有控制事故无发生企业才能安心的生产。本系统通过图像识别、声音识别、无线通信等技术,并结合危险源视频识别监控、危险品运输跟踪管理系统、危险品进出库流转跟踪系统等技术,提前对危险源给出警报,防止事故的发生。

(三)现今矿山行业的状态分析

现今资源大幅度下降的时代,高效的、智能化的管理系统可降低企业生产成本,提高生产效率。而矿山智能化系统在按预期目标完成后,通过全维度数据的存储,多角度、多方面的对比分析,智能化的分配任务。

要提高企业是市场竞争力,相应的管理系统是必不可少的!而智慧矿山生产调度管控系统系统在终端存储的大数据库,可为企业实行绩效考核奠定基础。

七、 后期服务

项目验收通过之日进入运行阶段起,我公司将保证满足系统运行和维护管理的需要,提供全面的技术支持,售后服务和保修服务,后期服务的形式通常有合同有效期内的无偿服务和工程合同结束后的后续有偿服务两种,保修期限可以按双方合同约定提供标准免费服务或延长收费服务。

后期服务形式:合同有效期服务是指在合同条款中由客户明确提出的在一定期限内为该项目提供技术支持服务和项目验收后一定期限内的无偿维修服务。