數字化礦山建設建議書

1、河北鋼鐵集團礦業(yè)公司數字化礦山建設一期工程礦山信息集成管理平臺開發(fā)方案建議書河北鋼鐵集團礦山設計研究院東北大學系統(tǒng)工程研究所東北大學秦皇島分校2010 年 11月 10 日目錄1 項目提出的背景及意義 - 1 -2 建設數字礦山的作用和意義 23 數字化礦山的總體方案及其建設進程 - 4 -3.1 數字礦山建設的目標 43.2 數字化礦山的邏輯結構 43.3 河北鋼鐵集團礦業(yè)公司數字化礦山的總體需求 -63.3.1 數據中心功能 - 7 -3.3.2 三維礦業(yè)軟件應用功能 73.3.3 企業(yè)管理功能 - 9 -3.3.4 生產動態(tài)過程管控一體化功能 93.3.5 礦山信息管理系統(tǒng)的實時更新 -

2、 10 -336 與ERP系統(tǒng)的兼容 -10 -3.4 河北鋼鐵集團礦業(yè)數字化礦山建設進程安排 104 礦山信息集成管理平臺系統(tǒng)需求分析 -11 -4.1 河北鋼鐵集團礦業(yè)礦山信息管理平臺研發(fā)內容 -11-4.1.1數字礦山建模與 GIS平臺開發(fā) -114.1.2 GIS 平臺開發(fā)環(huán)境 - 14 -4.1.3 GIS 平臺開發(fā)的原則 - 14 -4.2 礦山信息集成管理平臺的數據流程 155 礦山信息集成管理平臺系統(tǒng)設計方案 1.55.1 系統(tǒng)開發(fā)的總體思路 155.2 系統(tǒng)架構（硬件軟件） 165.3 應用軟件系統(tǒng)的主要功能 175.4 應用軟件系統(tǒng)數據庫總體設計 175.4.1 礦山信息的

3、結構特征 175.4.2 數據庫設計方案 195.5 系統(tǒng)開發(fā)的關鍵技術 226 系統(tǒng)開發(fā)的可行性 2.3.6.1 技術可行性 236.2 經濟可行性 24系統(tǒng)開發(fā)流程、進度計劃安排 2.4- 1 -河北鋼鐵集團礦業(yè)公司數字化礦山建設一期工程礦山信息集成管理平臺系統(tǒng)開發(fā)方案建議書1 項目提出的背景及意義河北鋼鐵集團礦業(yè)公司目前正以“新礦業(yè)、大礦業(yè)”的發(fā)展要求，努力打造 “國內最大、國際一流”的礦山企業(yè)。礦業(yè)公司以科學發(fā)展觀為指導，以服務鋼 鐵主業(yè)為宗旨，以打造鋼鐵糧倉為目標，按照集團公司“掌控資源、增產增效、 做大做強”的總要求，高起點謀劃，高品質打造，高效率推進，加快實施“雙一 體兩翼一補充

4、”發(fā)展戰(zhàn)略，力爭到“十二五”末，使鐵精礦產能達到3500 萬噸規(guī)模。公司以四個一流即 “管理一流、 隊伍一流、 產品一流、 環(huán)境一流”為目標， 重點加強精細管理。 礦業(yè)公司最近根據省委省政府和集團公司 “十二五” 發(fā)展規(guī) 劃編制視頻會議精神， 研究部署了礦業(yè)公司“十二五”發(fā)展規(guī)劃編制和公司當前 及明年重點工作。 礦山設計研究院按照礦業(yè)公司的部署， 目前正在研究編制科技 創(chuàng)新和科技發(fā)展方面的發(fā)展規(guī)劃。 在編制科技發(fā)展規(guī)劃的同時， 礦山設計研究院 根據四個一流的精細管理目標，提出了數字化礦山建設的思路，其主體思想是： 緊緊圍繞公司的發(fā)展要求和總體目標，以數字礦山建設為技術平臺和重要手段， 切實落實

5、精細管理方針，實現精細管理目標?！皵底只V山” (Digital Mine) 是隨著計算機技術、微電子技術、信息技術 和網絡技術的迅速發(fā)展近幾年提出來的新概念。 “數字化 礦山 ”是對真實礦山整 體及其相關現象的統(tǒng)一認識與數字化再現， 是一個能夠真實反映礦山本體、 礦山 開發(fā)與運行過程的“虛擬礦山”。數字礦山是以計算機及其網絡為手段，把礦山 的所有空間和有用屬性數據實現數字化存儲、 傳輸、表述和深加工， 應用于各個 生產環(huán)節(jié)與管理和決策之中， 以達到生產方案優(yōu)化、 管理精細化和決策科學化的 目的。數字礦山的特點為基礎信息數字化、生產過程虛擬化、管理控制一體化、 決策處理集成化。礦業(yè)公司的數字化

6、礦山建設以精細化管理為中心任務，在礦山技術、管理標 準、規(guī)范、制度的建立與執(zhí)行的約束環(huán)境下，建立礦山系統(tǒng)的數據庫、三維地質信息模型、礦山地理信息系統(tǒng)、礦山安全監(jiān)測系統(tǒng)、采礦技術、計劃和設計服務 系統(tǒng)、選礦工藝流程監(jiān)控、管控系統(tǒng)、礦山生產經營管控系統(tǒng)。本項數字化礦山建設與ERP系統(tǒng)相結合，與ERP系統(tǒng)相銜接。數字化礦山建 設主要以礦山地質、資源儲量、采礦技術計劃、設計、礦業(yè)公司各礦山地理信息 和礦山全息數據信息、 礦山安全監(jiān)測、礦山生產工藝監(jiān)控等項目為主要管控目標， 實現公司對各礦山資源、采選生產工藝、安全系統(tǒng)的可查、可控、可追逆、可優(yōu) 化，實現領導對礦山系統(tǒng)信息的在線即時掌控，達到即時、全面、

7、準確地管控礦 山的安全與生產經營狀況，從而實現精細化管理的目標。數字化礦山概念包含三個層次：(1) 將礦山中的固本信息(即與空間位置直接有關的相關固定的信息，如地 表地形地貌 , 水文地質及地質構造、礦山地質儲量、開拓開采方案、已完成的 采礦工程等)數字化，按三維坐標組織起來一個數字礦山，全面、詳盡地刻畫礦 山的整體面貌；(2) 在礦山固本信息數字化基礎上， 進一步嵌入礦山開發(fā)與運行相關信息 (即 空間位置間接有關的相對變動的信息，如儲量、安全、機電設備、人事、生產、 技術、營銷等等)組成一個意義更加廣泛的多維的數字礦山。(3) 在多維數字礦山基礎上，融合現代計算機控制技術、管理決策技術，自

8、動控制技術等對整個礦山的開發(fā)與運行進行科學的預測、規(guī)劃、計劃、組織、控 制和檢測， 提高礦山資源利用水平、 提高礦山企業(yè)生產運作效率， 提高礦山企業(yè) 安全生產水平、增強礦山企業(yè)的競爭力，使之實現可持續(xù)的發(fā)展。2 建設數字礦山的作用和意義數字礦山的主要研究內容包括礦山科學技術發(fā)展戰(zhàn)略、共享礦山數據資源、 礦山可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、礦山經濟發(fā)展、礦山安全和礦山科學技術創(chuàng)新的需要等， 它把關于礦山系統(tǒng)的原始數據流轉換成可以理解的信息， 轉換成具有礦山經濟價 值的知識。數字化礦山是在測量、地質、采礦、選礦、安全等各個專業(yè)知識和技術資料 比較完備的基礎上 , 結合相應軟件建立起來的三維模擬圖形 , 可以相當真

9、實地立 體展示地質形態(tài)和生產現場實際情況。礦業(yè)數字礦山模型是把地質勘探、資源估 計儲量、測量數據收集等導入成三維視圖 , 同時融合了露天采礦和地下采礦設計 等, 它涵蓋了地面狀況、礦體賦存、斷層、水文地質等從地表到地下的、完整的、 具體的地質數據 ; 還能設計多種現場生產方案及采區(qū)閉坑復墾方案、模擬方案實 施效果 , 模擬再現生產現場的調度指揮。管理者不僅可以通過不同設計方案的比較 , 實現最優(yōu)化的管理 ; 站在整個礦 山或公司的角度 , 整體評價和管控各個礦山、礦區(qū)、作業(yè)面的生產計劃 , 合理調配 生產所需的各種資源 ; 還可以在整體設計平臺之上 , 進行動態(tài)技術信息交流 , 及時 改進測量

10、、采礦、地質工作和生產管理過程中出現的不足和漏洞。各生產單位也 可借助整體設計平臺 , 根據生產現狀科學合理地進行日常生產計劃安排。數字化礦山還可以作為檢驗監(jiān)測手段 , 將礦山邊坡、排土場、尾礦庫、地下 采場和采空區(qū)等已發(fā)生危險的部位所設置的監(jiān)控設施統(tǒng)一進行在線監(jiān)控， 進行安 全的監(jiān)控預防；將其他合作單位提交的測量、勘探、設計等技術資料進行復核 , 找出其需要進一步完善的部分 , 提高項目成果的精確度 , 使設計能和礦山實際生 產活動相結合 , 科學推動礦山長遠發(fā)展。數字化礦山的意義主要體現在以下兩個方面：（1）改變礦山的生產方式，在礦山設計、施工、開采、安全、管理、教育、 可持續(xù)發(fā)展、 土地

11、利用規(guī)劃以及科學決策等方面產生廣闊的社會和經濟效益， 促 進大型產業(yè)的增長，提供更多的產業(yè)機會、安全監(jiān)測及決策管理服務等；（ 2）為礦山科學技術的發(fā)展提供了強大的動力。 使礦山規(guī)劃管理具有更高的 效率、更豐富的表現手法、更多的信息量、更高的分析能力和準確性，從而提高 礦山生產和管理的時效性、有效性、資源優(yōu)化配置水平、綜合實力，促進礦山的 可持續(xù)發(fā)展， 在有準確坐標、 時間和對象屬性的多維虛擬環(huán)境中進行規(guī)劃、 決策 和管理，在處理礦山復雜系統(tǒng)問題時幫助人們更好地建立直觀感和全局觀念。對于采礦業(yè)來說 , 要走科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、 人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化道路

12、 , 數字化、信息化是其發(fā)展的必然 趨勢。3 數字化礦山的總體方案及其建設進程數字化礦山的基本特征是以高速企業(yè)網為“路網”、以采礦 CAD（MCA）D 、 虛擬現實（VR、仿真（CR、科學計算（SC與可視化（VS為“車輛”、以 礦業(yè)數據和礦業(yè)應用模型為“貨物”、以真三維地學模型擬（ 3DGM 和數據挖掘 為“包裝”、以多源異質礦業(yè)數據采集與更新系統(tǒng)為 “保障”和以礦山 GIS（MGIS 為“調度”。數字化礦山的最終表現為礦山的高度信息化、自動化、智能化與高 效安全開采，直至遙控采礦和無人采礦模式。數字化礦山建設是一個典型的多學科技術交叉的新領域，涵蓋了礦山企業(yè) 生產經營的全過程。由于礦山企業(yè)普

13、遍具有生產對象（資源 的不確定性、生產 過程的動態(tài)性、 生產環(huán)境的惡劣性， 因此， 數字化礦山既不是 GIS 概念的簡單延 伸，也不是一般加工企業(yè)ERP既念的簡單復制，而是一個包含兩者特征的嶄新的 概念。所謂數字化礦山是采用現代信息技術、 數據庫技術、 傳感器網絡技術和過 程智能化控制技術， 在礦山企業(yè)生產活動的三維尺度范圍內， 對礦山生產、安全、 經營與管理的各個環(huán)節(jié)與生產要素實現網絡化、數字化、模型化、可視化、集成 化和科學化管理，使礦山企業(yè)生產呈現安全、高效、低耗的局面。3.1 數字礦山建設的目標（ 1 應用計算機技術、網絡技術、信息技術、控制技術、智能技術和礦山生 產工藝技術， 實現企

14、業(yè)的經營、 生產決策、 安全生產管理和設備控制等信息的有 機集成。（ 2 通過應用軟件，實現經營管理科學化，生產計劃、生產安全調度、生產 過程控制最優(yōu)化。（3 保證礦山生產安全，提高產量和質量，提高企業(yè)經濟效益和競爭能力。（4 促進礦山標準化、規(guī)范化、示范化目標的實現。 數字化山最終表現為礦山的高度信息化、 自動化、高效率、高安全和高效益。3.2 數字化礦山的邏輯結構數字礦山是以計算機及其網絡技術為硬件環(huán)境支撐， 以計算機操作系統(tǒng)、 數 據庫和各類工具軟件為軟件環(huán)境支撐的， 融合礦山管理流程、 工藝流程和自然情 況的大規(guī)模綜合型應用軟件系統(tǒng)。 數字礦山自下而上可分為四個主要級層， 分別 為：基

15、礎信息化、作業(yè)信息化、管理信息化和決策信息化，每個級層中，根據處 理的任務不同，又可細化為不同功能層面。(1) 基礎信息化級層 主要包含基礎數據管理和模型管理。 基礎數據庫即實現各類數據的獲取、傳遞與存儲功能。數據獲取包括利用各 種技術手段獲取各種形式的數據及其預處理； 數據存儲包括各類數據庫、 數據文 件、圖形文件庫等。該層為后續(xù)各層提供部分或全部輸入數據。模型管理即實現各種數據的形象表述。 如空間和礦物屬性的三維和二維塊狀 模型、礦區(qū)地質模型、采場模型、地理信息系統(tǒng)模型、虛擬現實動畫模型等。該 層不僅將數據加工為直觀、 形象的表述形式， 而且為優(yōu)化、模擬與設計提供輸入。(2) 作業(yè)信息化層

16、級 主要包括模擬與優(yōu)化、設計規(guī)劃和執(zhí)行與控制。 模擬與優(yōu)化即實現如工藝流程模擬、參數優(yōu)化、設計與計劃方案優(yōu)化等。 設計規(guī)劃即實現計算機輔助設計， 為把優(yōu)化解轉化為可執(zhí)行方案或直接進行 方案設計提供手段。執(zhí)行與控制是生產方案的執(zhí)行過程， 實現如自動調度、 流程參數自動監(jiān)測與 控制、遠程操作等。(3) 管理與決策支持信息化層級包括辦公自動化、 ERP 與企業(yè)外部環(huán)境(供應鏈與客戶關系)管理。依據各 種信息和以上各層提供的數據加工成果， 利進行相關分析與預測， 用決策支持軟 件工具為決策者提供各個層次的決策支持。數字化礦山的基本邏輯層次結構如圖 1 所示：- 5 -決策信息化（經營決策模型與算法）決

17、策支持與商務智能DSS+BI管理信息化（管理流程模 擬，管理模型， 方案設計與優(yōu)化算法）辦公自動公自動化CA方案設計作業(yè)信息化（工藝流程模 擬，方案設計與 參數優(yōu)化等）生產計劃企業(yè)資源計劃ERP支撐息信生產工藝供應鏈與客戶關系管理SCM+CRMK-支撐生產調度生產設備圖1數字化礦山的邏輯結構令、信.基礎信息化（數據庫，圖形 文件，二/三維 地質模型，采場 模型等）4支撐計算傳感器支撐機,通信網絡，控制器3.3河北鋼鐵集團礦業(yè)公司數字化礦山的總體需求數字化礦山是將數字礦山中的固有信息數字化， 按三維坐標組織起來一個數 字礦山，全面、詳盡地刻畫礦山及礦體的基礎上再嵌入所有相關信息組成一個意 義更加

18、廣泛的多維的數字礦山。礦山系統(tǒng)是一個復雜的、動態(tài)的、開放的巨型系 統(tǒng)，各部分之間互相影響、互相制約。對于這樣的系統(tǒng)，只有快速、準確地了解 各個系統(tǒng)的運行情況，并使各個子系統(tǒng)配套、一致，再在此基礎上予以優(yōu)化，才 能實時、科學地做出決策，發(fā)揮數字礦山系統(tǒng)的最大能力和最佳效益。圍繞數字礦山建設的具體目標和基本內容有： 礦山地質信息系統(tǒng)、礦體三維 模型展示系統(tǒng)、地測地理信息系統(tǒng)、采礦技術、計劃、設計系統(tǒng)、安全監(jiān)測監(jiān)控 系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)、井下通風及風機監(jiān)測系統(tǒng)、井下人員定位和管理系統(tǒng)、 井下采礦實況仿真監(jiān)視系統(tǒng)、礦壓監(jiān)測與分析系統(tǒng)、水文監(jiān)測與分析系統(tǒng)、礦井 火災束管監(jiān)測系統(tǒng)、輸配電地理信息系統(tǒng)、智

19、能化礦井通防系統(tǒng)、給排水地理信 息系統(tǒng)、綜合管線管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、設備及物資、資產管理系統(tǒng)、礦山 生產成本管理系統(tǒng)、系統(tǒng)集成平臺建設、礦山綜合管理系統(tǒng)等；數字礦山建設是一個復雜的系統(tǒng)工程，不可能一蹴而就，需要各學科、高校、 科研院所和礦山企業(yè)的科技人員協同作戰(zhàn)、長期奮斗才能實現的。基于數字礦山 建設的目標和主要內容，對現代先進技術進行集成創(chuàng)新，根據不同的礦山企業(yè)的 特點制定符合企業(yè)實際的數字礦山建設總體技術方案。通過對企業(yè)現有技術應用情況的調查和對國內一些大的礦業(yè)公司的數字化 建設的分析對比，確定了河北鋼鐵集團礦業(yè)公司數字化礦山系統(tǒng)所要具備的主要 功能。3.3.1 數據中心功能數據中心按

20、數據倉庫概念進行設計與開發(fā)。 對于地質、 測量、采掘等礦山對 象的幾何基礎數據、 空間拓撲規(guī)則和幾何網絡信息分別按地段、 時間、資源類別 等關鍵字段進行組織和管理； 對于礦山生產作業(yè)設備、 作業(yè)狀態(tài)、 安全等數據對 象按發(fā)生時間、 地點，性質分類進行組織與管理， 并與基礎地礦信息進行有機融 合，形成三維可視化實體信息。 在實現海量的地礦、 生產作業(yè)數據管理的基礎上， 進一步實現數據的分專題深層次利用，為深入分析與決策提供輔助支持。(1) 基礎空間信息的組織管理：對礦山的各種資料匯總、分類存儲，主要包 括礦山勘探報告、設計方案、平面圖、剖面圖、設備、設施、配件、井巷、材料、 工作面、區(qū)域等對象及

21、其相互關系構成， 該功能完成基本對象的空間信息的結構 定義、編碼及其新增、更新、刪除、查詢等數據庫操作。(2) 礦用對象管理：數據中心支持設備、設施、配件、井巷、材料、工作面、 區(qū)域等礦用對象及其關系面向對象的管理功能?；?DGIS平臺，按照地圖、圖層組、圖層的結構，以采、掘、機、運、通等礦山生產系統(tǒng)圖為地圖對象，以構 成生產業(yè)務系統(tǒng)的礦用對象為圖層組織管理礦山的生產系統(tǒng)， 使礦山各業(yè)務系統(tǒng) 圖以 GIS 圖的格式直觀地表現出來， 構建礦山分布的數字地圖， 實現屬性信息與 空間分布的實時查詢與管理， 并實現地圖的放大、 縮小、 平移等常規(guī)的查詢?yōu)g覽 操作，實現對河北鋼鐵礦業(yè)礦山的統(tǒng)一管理。(

22、3) 數據中心管理包括了礦用對象空間基礎信息的數據庫操作管理和面向對 象的管理， 其他生產系統(tǒng)可對數據進行二次開發(fā)， 實現其專業(yè)系統(tǒng)及其專業(yè)分析 功能。3.3.2 三維礦業(yè)軟件應用功能系統(tǒng)應與三維地理建模軟件(3DGIS進行無縫融合，利用三維地理建模軟件 進行礦用對象的表述與存儲， 并在此基礎上實現礦山、 作業(yè)狀態(tài)、 生產設備的可 視化監(jiān)控與跟蹤。(1) 地質部分建立空間和礦物屬性的礦山實體數字地質、 礦床模型、 采場模型、 地理信息 系統(tǒng)模型、 虛擬現實模型等， 用以表征礦床中礦、 巖的空間分布和相應部位的屬 性數據，數字地質模型子系統(tǒng)。 其功能是根據鉆探或遙感、 遙測信息建立礦床地質構 造

23、模型，如礦巖體、斷層、破碎帶、巖性、構造等。數字礦床模型子系統(tǒng)。 這一子系統(tǒng)的功能是建立有關礦巖屬性的空間數字模 型。國際上使用最多的是數字塊狀模型， 因為大部分優(yōu)化算法以此為基礎。 這一 模型現階段的主要數據來源是鉆孔、 探槽和炮孔取樣。 對礦山生產最重要的是品 位模型、雜質含量模型及價值模型，它們是礦巖圈定、礦量品位計算和設計、計 劃的基礎。(2) 采礦部分以地質及礦床模型為基礎， 結合其它關鍵信息構造虛擬礦山， 進行數字模擬 開采，完成礦山長、中、短期開采計劃編制、露天礦穿爆設計、地下礦巷道標準 斷面設計、峒室設計、開拓設計、采礦方法設計、穿爆設計、通風設計、災變應 變預案等工作。以優(yōu)化

24、開采為目標，因此系統(tǒng)對礦山開采能否充分的利用資源、 減少礦石的損失率和貧化率、以及取得最大效益都具有重要意義。(3) 測量部分導入全站儀、GPS等設備或南方CASS格式的測量數據，自動生成地形、采 場現狀等表面建模；對于AutoCAD MapGis文件，可以直接導入3DGIS環(huán)境(如： 3DMine)利用其點線和屬性數據構建三維表面模型；還可以應用于工程量的驗 收計算，通過任意兩個面或面與實體的的交并布爾運算， 精確計算其封閉體的體 積和表面積。如，計算排土場的體積，計算填方，挖方工程量。(4) 3DGPS 監(jiān)測輸入廣播協議地址與 GPS動態(tài)信息鏈接，實現對礦山生產或設備的實時監(jiān) 測；保存歷史

25、GPS網絡數據，對礦山設備進行現場調度，以便不用親臨現場就能 更真實地了解施工時情況；礦山數據信息的動態(tài)查詢與監(jiān)測；能夠實時顯示 GPS 設備傳送的位置信息； 自動演示并記錄設備的運行路線； 視圖縮放可以詳細查看 單個設備，以及設備類型、 編號以及當前所在地質屬性信息的實時查詢； 保存單 個設備當前的運行軌跡?；?DGIS(3DMine)的地質資源數字化處理、基于局域網的數字化儲量管理 與應用等，實現地質資源信息在地測采環(huán)節(jié)間的無縫流轉， 為基于礦業(yè)軟件實現 開采優(yōu)化設計提供地質基礎保證。3.3.3 企業(yè)管理功能企業(yè)管理為企業(yè)數據管理配置中心，系統(tǒng)完成的功能主要有：(1) 礦用對象數據目錄：

26、 基于數據中心所定義的礦用對象按目錄樹的模式組 織數據， 通過對象目錄樹可以查詢對象類， 可以定義對象屬性數據結構， 可以新 增、修改、刪除、配置對象。(2) 生產系統(tǒng)數據目錄： 實際上生產系統(tǒng)是由各種礦用對象按照一定的拓撲 網絡關系構成的，比如供配電設備和電纜及其相互的連接關系構成了供電網絡， 所以生產系統(tǒng)目錄中的對象數據包含了相應業(yè)務信息， 用戶可通過相應生產系統(tǒng) 查詢、配置某一對象包含的信息。圖屬互查數據： 系統(tǒng)包含基于采掘工程圖的所有生產業(yè)務系統(tǒng)布置圖， 并且實現 了礦用對象屬性信息與生產業(yè)務系統(tǒng)布置圖空間位置的關聯， 任何對象通過屬性 信息定位其空間位置， 通過選擇地圖要素在列表中定

27、位其屬性信息， 從而實現圖 屬互查功能。(3) 對象屬性結構自定義： 對任一對象用戶可以自定義屬性結構，并且可以 根據需求增加、 修改、刪除屬性字段， 這些由用戶自定義的屬性字段通過系統(tǒng)支 持的訪問機制。( 4) 測點配置管理： 系統(tǒng)與全礦山綜合自動化系統(tǒng)平臺無縫集成，對于全礦 山綜合自動化系統(tǒng)平臺所包含的監(jiān)測點信息與對象屬性字段進行綁定， 可以實時 獲取綁定測點信息，支持一個對象屬性綁定多個字段。(5) 數據字典管理： 數字字典是支持系統(tǒng)運行的基礎信息，通過數據字典管 理可以對諸如設備類型、設備型號、巷道用途、廠家信息、服務訪問路徑等信息 進行維護管理以支持其他系統(tǒng)對基礎數據的平滑使用。3.

28、3.4 生產動態(tài)過程管控一體化功能應用可視化技術實現生產過程、工藝、設備、儀器的自動監(jiān)測與控制，包括 如下幾個方面。(1) 基于GPS勺露天礦采場生產調度監(jiān)控系統(tǒng)(2) 安全生產管控：通過對人員設備的定位跟蹤來實現安全生產和通過優(yōu)化 方法實現設備勺有效利用。(3) 提升、供電、通風、排水等系統(tǒng)勺自動監(jiān)測與控制(4) 礦用對象庫管理：系統(tǒng)提供礦用對象信息庫，可以對不同廠家生產勺礦 用裝備、配件、材料進行管理。3.3.5 礦山信息管理系統(tǒng)勺實時更新把各個礦山勺信息系統(tǒng)包括三維礦業(yè)軟件作為終端勺數據接口，每個礦山只 掌握自己礦山勺數字化管理系統(tǒng)， 人員、設備等定位信息在信號自動采集勺基礎 上可實現同

29、步實時更新， 地測采、礦山生產調度部門可每隔一定時間及時更新礦 體、巷道變化和生產現狀等資料， 暫定研究院勺礦山勺數字化管理系統(tǒng)為中心系 統(tǒng)，讓中心系統(tǒng)和終端系統(tǒng)保持同步， 這樣就可以真正實現礦山地質資源、 生產 動態(tài)勺實時準確掌握與管理。336與ERP系統(tǒng)的兼容公司的ERP系統(tǒng)已經上線了生產、銷售、財務、供應等四個模塊，該信息系 統(tǒng)要和ERP系統(tǒng)有機的結合起來，充分利用現有資源，并在此基礎上將資源的應 用最大化、最優(yōu)化。本信息系統(tǒng)更加側重礦山生產的技術層面，而ERP系統(tǒng)更佳 突出經濟層面的生產經營管理， 通過對接將技術和經濟兩者完美的結合起來， 真 正在信息化、數字化上做到“精細化”管理。3

30、.4 河北鋼鐵集團礦業(yè)數字化礦山建設進程安排數字化礦山建設是一個典型的多學科技術交叉的新領域， 涵蓋了礦山企業(yè)生 產經營的全過程，是一項投資較大、時間持久、復雜的系統(tǒng)工程。因此必須結合 企業(yè)的實際情況，采取“總體規(guī)劃、分步實施”的原則逐步進行建設。結合礦山的現狀，以及目前信息技術的發(fā)展水平，數字礦山建設初步按照以下幾個階段開展實施： 第一階段：數字礦山建模與 GIS 平臺開發(fā)階段 第二階段：數字礦山模型在礦山地質、測量、采礦、計劃等方面的應用階段 第三階段：建設、完善礦山綜合通訊系統(tǒng)階段 第四階段：設備監(jiān)測、控制和安全預警系統(tǒng)建設階段 第五階段：基于完善的網絡系統(tǒng)和先進的生產設備的高度自動化的

31、實時管理階段 此次開發(fā)考慮到系統(tǒng)建設階段性和穩(wěn)妥性，首先集中開展前兩個階段的工 作，即進行礦山信息集成管理平臺的研發(fā)， 滿足礦山生產建設開發(fā)中的需要， 提 高現階段的礦山技術管理水平。數字化礦山建設將首先以司家營鐵礦為首期建設任務， 首先將司家營鐵礦建 成數字化礦山的示范礦山，進一步帶動建設公司其他礦山。4 礦山信息集成管理平臺系統(tǒng)需求分析4.1 河北鋼鐵集團礦業(yè)礦山信息管理平臺研發(fā)內容4.1.1 數字礦山建模與 GIS 平臺開發(fā) 主要構建礦山從歷史到現狀的地形、 地質、工程模型，滿足實際使用的要求， 這是數字礦山建設的基礎階段。 礦山生產對象是埋藏在地下的礦體， 還有影響開 采的圍巖和地質構

32、造， 用真三維軟件工具將這些對象表達出來， 可以為后續(xù)的地 質、測量、采礦、計劃等工作提供了基礎。具體的主要工作內容包括：（ 1） 礦山地、測、采資料的收集； 鉆孔數據以及探槽數據 鉆孔數據以及探槽數據是礦山資源評估和采礦設計的基礎， 是礦山生產管理 的重點。地質數據的完善性和可靠性，直接影響一個礦山生產經營和決策。 現場采集鉆孔數據包括：鉆孔開口位置數據測斜數據 礦山鉆孔樣品分析數據 地質巖性分析數據 井巷工程數據井巷工程是礦山生產中運輸人員、 礦石、 材料等的主要通道。 井巷工程數據 主要為礦山開拓系統(tǒng)布置圖， 即為所要建模的中段平面圖， 及各種巷道斷面尺寸。 地表測量數據地表模型是建立三

33、維地質實體模型的重要組成部分。 一些地表工程的設計和 施工包括排土場、選場、井口等位置都是以地表模型為參考的；同時，地表模型 作為邊界約束條件， 還直接影響到技術經濟指標和工程量的計算， 因此，為了達 到最好的實際效果， 地表模型必須滿足精度要求。 地表測量數據包括礦區(qū)地質地 形圖以及各礦體區(qū)域地質地形圖（包括散點信息）或MapGis、AutoCAD 矢量化地形等高線圖。 平剖面圖平面地質圖： 主要是中段平面布置圖， 中段平面圖除在建立井巷開拓工程模 型過程中使用外， 在建立礦體模型中也可做為重要參考， 另外還需有勘探線總體 分布平面圖， 方便圖形矢量化的校驗。 地質勘探線剖面圖： 包括所要建

34、立礦體模 型區(qū)域的勘探線剖面圖（地理坐標信息附帶） 。以上圖形可以是 AutoCAD 格式或 MapGis格式的數據，數據采集后可導入 3DMi ne進行編輯，實現存儲和建模。（2）礦山現有各種資料的數字化礦區(qū)地形圖、及地質勘探平剖面圖和地質勘探鉆孔信息的數字化； 鉆探、 生產勘探資料（報告和圖紙）的數字化；露天坑現狀實測資料的數字化；據對預 建模礦區(qū)的了解，目前的主要數據，如鉆孔數據、各種剖面數據都已經數字化， 所以該項工作已經具備相當的基礎。（3）數據的導入將各種數字化的礦山資料導入到軟件數據庫中， 分類集中管理， 主要包括以 下三方面的數據：鉆探、生產勘探地質數據的導入；地質平剖面圖的導

35、入；實測現狀圖的導入；（ 4） 資源與開采環(huán)境模型構建對資源和開采環(huán)境進行建模是三維軟件的基礎和核心， 通過對礦體、 主要構 造、地表等進行三維模型的構建， 并通過地質統(tǒng)計學的方法進行精準的估算儲量， 為下一步采礦工程的實施奠定基礎。 建立地質數據庫 在對導入數據進行校驗的基礎上， 通過鉆孔數據的開孔文件、 測斜文件、 樣 品分析文件和巖性文件建立地質數據庫，并可以在三維環(huán)境下顯示地質數據。 樣品數據基本統(tǒng)計分析和變異函數分析 地質數據庫中的數據是塊體模型內所有單元塊參數估值的依據， 也是礦床儲 量計算的依據， 根據地質統(tǒng)計學原理， 統(tǒng)計樣品的值與空間分布情況， 了解礦體 分布規(guī)律，并為確定特

36、高值和塊體模型估值作準備。 在進行各樣品參數的基本統(tǒng)計分析外， 還需要進行變異函數分析， 以確定各參數 在空間上的相關性、結構性。由于礦體分布具有一定的方向性， 區(qū)域化變量在不同方向可能會具有不同的 結構性和變異性， 即具有空間各向異性特征。因此，在進行變異函數的計算和 分析時將針對不同的方向分別進行。 在進行各個方向的變異函數計算分析時， 一般是分布于某個方向一定范圍內的樣品點參與進行該方向的變異函數計算。 需 要指定的參數包括：圓錐體的容差角、容差限、滯后距，計算的最大距離。因為理論變異函數參數取值的正誤對品位估值結果的準確性具有非常大的 影響。所以要進行交叉驗證， 目的就是對理論變異函數

37、參數的取值進行檢驗， 判 斷應用這些參數進行品位估值時的估值效果。 地質實體模型構建三維實體模型是由一系列相鄰三角面， 包裹成內外不透氣的實體， 是建立在 矢量化圖紙的基礎上的。 通過中段圖和剖面圖， 利用軟件提供了多種方法選擇本 適合本礦山的建模方法自動建立實體模型。地質模型還包括地表模型， 地表模型一般由若干地形線和散點生成， 根據每 個點的坐標值，將所有點（線亦由散點組成）聯成若干相鄰的三角 面，然后形 成一個隨著地面起伏變化的單層模型，因此需要首先用AutoCAD 矢量化地形等高線圖，然后導入軟件中，再用創(chuàng)建 DTM指令生成地表模型。 打開導入的等高 線和散點文件，執(zhí)行“創(chuàng)建 DTM

38、模型”指令。 塊體模型構建塊體模型是礦床品位推估及儲量計算的基礎， 建立塊體模型的基本思想是將 礦床在三維空間內按照一定的尺寸劃分為眾多的單元塊， 然后對填滿整個礦床范 圍內的單元塊的品位根據已知的樣品進行推估，并在此基礎上進行儲量的計算。 首先針對礦床的基本模型建立空白模型， 后續(xù)產生的所有塊體模型都是在原型的 基礎上進行賦屬性值。塊體建模的一個更重要的目的是對礦床的品位進行推估， 以實現礦床儲量的 計算及管理。 3DMine 提供了距離冪次反比法、克里格法、最近距離法等幾種品 味估值方法。估值后的模型在“三維設計”窗口打開，使用“三維配色”命令根 據塊體模型的品位字段配色， 可以直觀的看到

39、塊體的品位分布。 利用邏輯約束引 擎，可實現不同約束條件下的礦石資源 / 儲量和品位報告。4.1.2 GIS 平臺開發(fā)環(huán)境在 Windows XP/2000 操作系統(tǒng)和 SQL Server 數據庫軟件環(huán)境下，以 C#、 3DMi ne及Mapl nFor為開發(fā)工具進行河北鋼鐵礦業(yè)礦山資源管理系統(tǒng)的GIS平臺開發(fā)，主要包括數據采集、分析、處理、建庫、檢索、輸出等功能，系統(tǒng)預計實 現以下功能：文件操作、圖形圖像操作、屬性操作、數據庫查詢、數據管理、信 息更新、決策分析、圖、文、表信息輸出等功能。4.1.3 GIS 平臺開發(fā)的原則根據礦山的特點以及開發(fā)工具的特點，吸取以往開發(fā)經驗，結合最新的 GI

40、S 發(fā)展現狀，本著實用、方便、安全、穩(wěn)定的角度進行設計，主要遵循以下幾個原 則:（1）實用性原則實用性是系統(tǒng)設計的主要原則， 是衡量系統(tǒng)建設成功與否的基本準則， 從管 理部門的需求出發(fā)， 開發(fā)功能實用， 符合管理人員工作特點、 工作習慣和業(yè)務流 程的系統(tǒng)。（2）標準化原則系統(tǒng)的設計符合軟件工程以及 GIS 的基本要求，從數據、編碼、圖形圖像 符號等符合國家和行業(yè)標準。（ 3）操作簡便- 13 -系統(tǒng)應以簡潔為主，在保證功能齊全的情況下，做大友好大方、簡單易懂、容易上手，功能設計根據管理要求貼近用戶，提供詳細的幫助功能。（4）易于維護系統(tǒng)涉及到河北鋼鐵礦業(yè)所有礦山， 數據規(guī)模龐大，數據結構復雜，

41、圖、文、 表結合緊密，數據庫要充分考慮易于維護、擴展以及其它軟件的擴充。（5）安全穩(wěn)定系統(tǒng)涉及到河北鋼鐵礦業(yè)的資源信息， 屬于公司內部使用，系統(tǒng)的設計應確 保數據庫的安全穩(wěn)定，確保公司商業(yè)機密安全。4.2礦山信息集成管理平臺的數據流程數據流程體現了計算機信息處理過程的本質，是描述計算機應用軟件系統(tǒng)需求和開發(fā)內容的重要工具，可全面地刻畫應用軟件系統(tǒng)的邏輯處理流程和功能5礦山信息集成管理平臺系統(tǒng)設計方案5.1系統(tǒng)開發(fā)的總體思路河北鋼鐵集團礦業(yè)礦山信息集成管理平臺是在計算機網絡硬件與軟件環(huán)境的支撐下，采用C#開發(fā)的基于 WEB的數據倉庫應用管理軟件平臺，提供用戶權限管理、數據備份、各類數據包括文檔，

42、圖象的編碼、導入、傳輸、存儲、按 專題檢索、統(tǒng)計與分析功能。系統(tǒng)采用的計算模式為B/S結構，其優(yōu)點是客戶端 無需安裝任何應用軟件，只要通過瀏覽器以訪問網站的形式即可進行使用，使用 簡捷，便于管理和維護，同時系統(tǒng)具有良好的兼容性和可擴展性。5.2系統(tǒng)架構(硬件軟件)(1) 系統(tǒng)的網絡支撐環(huán)境與拓撲結構數據服務器工作站礦業(yè)公司主干網中心路由器防火墻節(jié)點路由器節(jié)點路由器交換機交換機工作站數字攝像機數據 服務器WEB服務器6人員信息卡工作站 數字攝像機廣域網(互聯網或礦業(yè)網)應用 服務器應用 服務器廠L礦山/礦區(qū)骨干干網、無線基站數采接口手臺/手機井下分支網圖3數據 服務器WEB服務器WEB服務器應用

43、 服務器Q人員信息卡無線基站防火墻防火墻數采接口手臺/手機露天礦分支網河北鋼鐵集團礦業(yè)數字化礦山系統(tǒng)網絡拓撲方案示意(2) 軟件開發(fā)與支撐環(huán)境操作系統(tǒng)：Win dows 2000/XP 數據庫系統(tǒng)：SQL Server 軟件開發(fā)工具：Visual Studio C#三維地質圖形支撐軟件：3DMi ne(3)應用軟件系統(tǒng)架構圖4河北鋼鐵集團礦業(yè)礦山信息集成管理平臺軟件架構示意5.3應用軟件系統(tǒng)的主要功能河北鋼鐵集團礦業(yè)礦山信息集成管理平臺軟件功能如圖5所示河北鋼鐵礦業(yè)集團礦產資源信息集成管理平臺三維建模分析專題數據服務引擎 與接口E RP 與 OA 接 口圖5河北鋼鐵集團礦業(yè)礦山信息集成管理平臺

44、軟件功能示意作業(yè)監(jiān)控與調度安全監(jiān)測后期開發(fā)5.4應用軟件系統(tǒng)數據庫總體設計5.4.1礦山信息的結構特征(1) 礦山數據特點礦山是一個復雜的動態(tài)時空巨大系統(tǒng)，其地理空間要素、資源環(huán)境信息和生 產經營信息的內容廣泛、綜合、復雜、變化迅速，這就決定了礦山數據具有如下 特點：海量數據由于礦山的生產經營管理，涉及到經濟、生活、生態(tài)環(huán)境、資源、工程技術-17 -等各大領域，僅工程技術就又涉及到測量、地質、采礦、選礦、機械、電氣等方 方面面，其數據必然是海量的。數據的多樣性與多源性礦山數據來源廣泛， 既有內部生產運營數據， 又有外部相關數據， 既涉及技 術，又涉及經濟等等 ; 數據表現形式有的是以數據文件形

45、式存儲，有的是以文本 形式存儲， 有的是以圖形形式存儲等。 這就要求在進行礦山信息系統(tǒng)集成時對數 據進行規(guī)范和統(tǒng)礦山數據的動態(tài)性礦山數據對礦山地質體的表達是一個由模糊到精確的過程， 是一個動態(tài)的積 累程，從礦山資源勘探、礦井開拓到生產，礦山數據量越來越大，反映礦山實體 的層次逐步細化， 反映地質體客觀現象、 規(guī)律的準確程度逐步提高。 如在資源勘 探階段，主要是通過鉆探、物探、野外地質調查獲取D級、C級地質儲量；在礦井開拓階段，通過補充勘探和開拓工程，可以獲取 C級、B級地質儲量。數據的關聯性礦山所面對的地質體存在相互作用關系， 礦體和圍巖、 兩個相鄰或不相鄰地 層間、構造與礦層具有關聯性。 同

46、時礦山各生產部門之間的信息聯系緊密， 如地 質、測量、采礦、充填、通風等部門均需使用同一采場的空間坐標數據。(2 ) 礦山數據源的數據格式礦山數據倉庫數據源來源非常廣泛， 既有地質勘探部門的原始勘探資料， 設 計部門的設計資料， 還有礦山在生產經營過程中的生產經營資料， 以及礦業(yè)市場 的供求信息等。 礦山數據倉庫的數據源主要包含業(yè)務數據、 歷史數據、辦公數據、 WEB據、外部數據。這些數據源的數據格式包括：數據庫隨著各種管理信息系統(tǒng)在礦山的廣泛應用， 數據庫己成為礦山數據存儲和管 理的主要技術， 但由于系統(tǒng)開發(fā)和數據庫選型的不規(guī)范， 在礦山企業(yè)內采用了各 種不同的數據庫管理系統(tǒng)， 形成了即使是

47、管理相同的業(yè)務數據， 也采用了不同數 據庫的情況。 這對礦山數據倉庫進行數據抽取和集成帶來了困難， 使數據抽取接 口和協調比較復雜。文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)是礦業(yè)領域早期應用最多的一種數據記錄格式， 記錄了大量的礦山信息。1) 數據文件數據文件是礦業(yè)領域應用最多，而且最廣的數據記錄方式。如鉆孔數據庫包括孔口坐標、鉆孔測斜、樣品分析化驗值和地質代碼4個數據文件。各數據庫主 要數據項分別為：孔口坐標數據文件：鉆孔編號，X、Y、Z三維坐標及孔深。鉆孔測斜數據文件：鉆孔編號、測斜深度、方位角、傾角。樣品化驗數據文件：鉆孔編號、取樣起始深度、終止深度、取樣間距、巖礦 芯長。地質代碼數據文件：鉆孔編號、起始深度、

48、截止深度、巖礦心長、巖石類型2) 文本文件各種格式的報表、技術資料、數據和參數列表等，常采用Word Excel等格-19 -# -3) 圖形文件礦山計算機捕助設計CAM普及，產生了大量DWG&式的圖形文件；掃描輸 入的BMP格式的圖形等。(3) 礦山數據的多維度特征從邏輯層面上對礦山信息進行分析，可以清楚認識到其具有時間維度、空間維度、業(yè)務分類維度圖6給出了礦山數據的多維度視圖由此可以對礦山進-# -# -行有效地組織與管理。地質 測量 米礦 設備 人員 安全作業(yè)狀態(tài)數據 文檔 圖形-# -# -5.4.2數據庫設計方案(1)地質礦產數據庫的概念模型設計概念結構設計是將需求分析得到的

49、用戶數據需求進行抽象并轉換為信息界 結構的過程。 信息世界結構又稱為概念結構或概念模型 （ConcePtMedel） ，是按用 戶觀點對數據和信息建模， 是現實世界到機器世界的一個中間層次， 獨于機器和 具體的數據庫系統(tǒng)，是各種數據模型的基礎，是數據庫設計的關鍵。實體一聯系模型即E一 R模型是目前表示概念結構的最有效的方法之一，它過抽取實體 （Entity） 和實體之間的聯系 （Relationship） 來表達概念結構。地質礦產資料的成果主要有四類基本形式 :（l） 目錄薄， （2） 文檔（ 文字資料 ） ， （3） 圖件， （4） 表格。在現代礦床勘探過程中，由于計算機運用，有時可能包括電

50、 子文檔 （Word 文檔） 、電子表格 （Excel 表格） 、電子錄像等電子介質資料和遙感影 像、圖片、聲音、圖像、幻燈片等多媒體資料。除了包含地質礦產資料的成果以外， 為了保證數據庫的安全， 地質礦產基數 據庫還必須包含一些用戶資料。 對于不同的用戶使用資料的權限必須受到制， 因 此 ， 對 于 各 個 資 料 均 需 要 數 據 庫 管 理員 或 者 部 門 管 理 員 （DBA、 DataBase Administrator） 來設置用戶的權限，這種設置是允許讀、寫等。以上資料成果可以抽象為下述實體 :（1）目錄條目實體 : 資料分類體系樹形結構中的結點可以抽象為目錄條目， 稱為目錄

51、條目實體 （DirectoryItem ，記為 DirItem） 。（2）文檔數據實體 : 紙介質文檔 （勘探報告、研究報告等 ） 、電子文檔 （Word、PDF PPT等文檔）、電子表格（Excel表格等）、多媒體資料（遙感影像、圖片聲音、 圖像、幻燈片等 ） 、軟件包等數據的表示和存儲，統(tǒng)一抽象為文檔數據稱為文檔 數據實體（DoeumentData,記為 DoeDat）。（3）文檔特征實體 : 對文檔數據的特征 （名稱、日期等 ） 進行描述的條目，稱為文檔特征實體（DoeumentCharacterization ，記為 DoeCha。文檔特征實體為 文檔數據的元數據 （Metadata）

52、 。（4）圖件數據實體 : 紙介質圖件 （ 綜合地質圖、 剖面地質圖、 中段地質圖等 ） 、 電子圖件（各類地測圖件的掃描光柵文件、 M即GIS、Maplnf。、ArcGis的矢量化 文件等 ） 等數據的表示和存儲，統(tǒng)一抽象為圖件數據，稱為圖件數據實體（MapData，記為 MapDat）。（5）圖件特征實體 : 對圖件數據的特征 （名稱、日期、比例尺等 ） 進行描述的 -21 -條目，稱為圖件特征實體(Mapeharaeterizatio n ，記為Map Cha。圖件特征實體 為圖件數據的元數據。(6) 表格數據實體 :可以用二維表格表示的數據 (如樣品化驗分析數據 )，統(tǒng) 稱為表格數據實

53、體 (TableData ，記為 TabDat)。(7) 表格特征實體 :對表格數據的特征 (名稱、日期等 )進行描述的條目，稱 為表格特征實體(TableCharaeterization ，記為TabCha)。表格特征實體為表格 數據的元數據。(8) 孔數據實體 : 礦床勘探工程 (如鉆孔、坑道、探槽等 ) 在幾何形狀上均為 線狀，均具有工程位置、軌跡形態(tài)、地質編錄、樣品化驗等數據，具有相同的或 相似的數據構型， 都可用二維表格來表示。 這些勘探工程的數據是地質分界、 礦 體圈定的主要數據來源， 由于其相似的數據構型， 統(tǒng)一抽象為孔數據 (HoleData) 。 孔數據包括孔口坐標數據實體

54、(HoleCollarData ，記為 HoleCollarDat) 、孔跡測 量數據實體(HoleSurveyData ,記為 HolesurveyDat)、地質編錄數據實體 (HoleCodingData，記為 Ho1eCodingDat)、樣品化驗數據實體(HoleSampleData， 記為 HolesampleDat) 。(9) 用戶實體 : 用來描述使用本系統(tǒng)的用戶信息的數據 (如所在部門、密碼、 名稱等 ) ，稱為用戶實體。(10) 權限實體 :為了維護系統(tǒng)數據的安全， 對每個條目和用戶都賦予了不同 的權限(如: 只能瀏覽、允許所有操作等 )，稱為權限實體。這些實體之間的聯系如下 :(1) 目錄條目實體可以是某個目錄條目實體的子條目， 也可以是其它目錄條 目實體的父條目，即目錄條目實體與其子條目之間的聯系為一對多聯系，同時， 目錄條目實體是有分層級別的。 由目錄條目實體集及其上的聯系構成的結構是資 料分類體系的概念模型。(2) 一個末級目錄條目實體可以包含多個文檔特征實體、 圖件特征實體、 表 格特征實體，即目錄條目實體與特征實體之間的聯系為一對多聯系。(2)地質礦產數據庫的邏輯結構設計數據庫邏輯