論面向數(shù)字礦山的信息系統(tǒng)整合技術(shù)解決方案

1、面向數(shù)字礦山的信息系統(tǒng)整合技術(shù)解決方案北京中科啟信軟件技術(shù)有限公司1. 信息整合需求礦山企業(yè)數(shù)字化的實(shí)質(zhì)就是借助計(jì)算機(jī)軟硬件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、GIS等技術(shù)手段將企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)營管理業(yè)務(wù)流程數(shù)字化并加工成新的信息資源，及時(shí)準(zhǔn)確地提供給各層次的管理者及時(shí)掌握動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)中的一切信息，以做出有利于生產(chǎn)要素組合優(yōu)化的決策，使企業(yè)資源合理配置，從而使企業(yè)能夠適應(yīng)瞬息萬變的市場經(jīng)濟(jì)競爭環(huán)境，求得最大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，許多礦山企業(yè)在不同層次上已經(jīng)建立了一些面向不同業(yè)務(wù)或者管理需求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。例如，在生產(chǎn)過程控制層上建設(shè)了工作面生產(chǎn)監(jiān)測、瓦斯監(jiān)測、礦壓監(jiān)測、視頻監(jiān)控等自動(dòng)化系統(tǒng)，在經(jīng)營管理層建立了許多面向不同

2、業(yè)務(wù)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，如設(shè)備管理系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、運(yùn)銷管理系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)對(duì)于企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)營管理的正常運(yùn)營起到了一定的支撐作用。但是，由于系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)分散，系統(tǒng)之間存在信息無法共享、業(yè)務(wù)流程與管理流程不連貫等問題。如果信息系統(tǒng)與業(yè)務(wù)流程和管理流程達(dá)不到完整統(tǒng)一、系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳遞不一致，往往會(huì)形成眾多的“信息孤島”，從而使信息系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)一個(gè)真正全面共享的有機(jī)體，這勢必會(huì)阻礙企業(yè)數(shù)字化建設(shè)的進(jìn)程，無法很好地與企業(yè)這樣一個(gè)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的整體協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。進(jìn)一步，分散的信息資源勢必影響決策的效率與準(zhǔn)確性，不利于礦山企業(yè)對(duì)于安全生產(chǎn)中的存在的問題以及隨時(shí)可能出現(xiàn)的緊急事件進(jìn)行及時(shí)

3、、有效地處理。2. 系統(tǒng)整合技術(shù)體系為了實(shí)現(xiàn)礦井信息的高度集成與整合，煤炭企業(yè)信息化在其實(shí)現(xiàn)過程中應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，采用先進(jìn)的工藝、設(shè)備與管理方法，在實(shí)現(xiàn)以現(xiàn)場控制為主的局部控制基礎(chǔ)上，擴(kuò)展到以地面集中操作、分布控制為主的全生產(chǎn)過程監(jiān)控。通過生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備層與控制層、信息層的集成，實(shí)現(xiàn)控制與管理的數(shù)據(jù)通信與共享，通過管理信息系統(tǒng)軟件的應(yīng)用與整合，實(shí)現(xiàn)管理信息系統(tǒng)和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的集成，達(dá)到通過生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)控制生產(chǎn)過程、管理信息系統(tǒng)控制管理過程，并使兩個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測和控制能力通過網(wǎng)絡(luò)高度集成，并能夠最終實(shí)現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行異地遠(yuǎn)程監(jiān)測與維護(hù)，為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營提供決策支持。礦井信息系統(tǒng)整合體系結(jié)構(gòu)圖

4、整合體系建立門戶（統(tǒng)一展現(xiàn)平臺(tái)）、數(shù)據(jù)整合平臺(tái)、應(yīng)用整合平臺(tái)和信息整合平臺(tái)，為消除信息或應(yīng)用的孤島奠定統(tǒng)一的整合基礎(chǔ)。整合體系包括門戶整合、信息整合、數(shù)據(jù)整合和應(yīng)用整合四類內(nèi)容的整合。信息整合主要整合公文、圖片、音視頻等非結(jié)構(gòu)化信息；數(shù)據(jù)整合主要是通過數(shù)據(jù)集成平臺(tái)建設(shè)為數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)集市和數(shù)據(jù)倉庫提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；應(yīng)用整合主要基于企業(yè)應(yīng)用集成（EAI）技術(shù)，以內(nèi)嵌的礦山內(nèi)控業(yè)務(wù)流程模型為整合原則，建立基于SOA架構(gòu)的應(yīng)用集成平臺(tái)，支持各應(yīng)用間的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)邏輯的共享和應(yīng)用間的協(xié)同工作，將孤立的應(yīng)用過程集成起來形成一個(gè)協(xié)調(diào)的運(yùn)行系統(tǒng)，并為進(jìn)一步的開發(fā)其它管理和應(yīng)用系統(tǒng)提供一個(gè)

5、統(tǒng)一的平臺(tái)。3. 數(shù)據(jù)整合數(shù)據(jù)集成平臺(tái)建設(shè)近年來，礦山企業(yè)自動(dòng)化與信息化水平提高的同時(shí)，信息孤島問題也日益突出。對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行更加安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行分析，建設(shè)維護(hù)/應(yīng)用/共享的統(tǒng)一資源平臺(tái)，消除信息孤島問題，是進(jìn)行數(shù)據(jù)整合、建設(shè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)的目標(biāo)。數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的建設(shè)與數(shù)據(jù)中心和礦山信息模型緊密關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)中心是企業(yè)數(shù)據(jù)資源與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的物理集合，數(shù)據(jù)集成平臺(tái)是建設(shè)數(shù)據(jù)中心的手段，而礦山信息模型是進(jìn)行數(shù)據(jù)整合、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)。Ø 礦山信息多維建模在礦山信息模型的建設(shè)上，建議采用企業(yè)多維建模方法體系。這種建模方法體系是一種基于過程的模型結(jié)構(gòu)ARIS（集成信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即Archit

6、ecture of Integrated Information System），貫穿業(yè)務(wù)流程分析、需求分析、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)等各個(gè)建模層次。多維建模方法中，信息資源規(guī)劃是核心，建立礦山信息模型是目標(biāo)，而系統(tǒng)的功能需求分析與設(shè)計(jì)是進(jìn)一步應(yīng)用功能開發(fā)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。基于多維建模方法的信息資源規(guī)劃的主要分為以下三個(gè)過程：業(yè)務(wù)流程分析與建模、統(tǒng)一數(shù)據(jù)建模、基于XML的數(shù)據(jù)描述與交換規(guī)范。Ø 綜合數(shù)據(jù)集成與整合綜合數(shù)據(jù)集成建設(shè)的目的在于數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)的優(yōu)化存儲(chǔ)與共享。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見下圖所示。礦井?dāng)?shù)據(jù)集成平臺(tái)架構(gòu)數(shù)據(jù)整合的基礎(chǔ)是統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，而數(shù)據(jù)軟總線是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整合的途徑。數(shù)據(jù)整合是根據(jù)數(shù)據(jù)模型從

7、應(yīng)用系統(tǒng)或者相關(guān)數(shù)據(jù)源中抽取數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理，生成目標(biāo)數(shù)據(jù)，加載到數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)整合工作通過數(shù)據(jù)軟總線負(fù)責(zé)，過程如下圖所示：數(shù)據(jù)整合工作流程數(shù)據(jù)優(yōu)化存儲(chǔ)的關(guān)鍵在于建立及優(yōu)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，強(qiáng)調(diào)從自動(dòng)化系統(tǒng)（例如：煤礦的各類安全生產(chǎn)系統(tǒng)、監(jiān)控檢測系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)采集自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，以準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)作為監(jiān)控、協(xié)調(diào)、指揮的依據(jù)；按照“數(shù)出一門、分類采集、集中存放、授權(quán)共享”的數(shù)據(jù)管理原則，通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)為數(shù)據(jù)共享提供技術(shù)基礎(chǔ)。為保證實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的技術(shù)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按數(shù)據(jù)應(yīng)用屬性分為若干主題庫，可以結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)按主題庫分步實(shí)施?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要目的在于按照業(yè)務(wù)職能劃分?jǐn)?shù)據(jù)

8、庫，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)整合在同一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)上；進(jìn)一步，在建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，將來建立數(shù)據(jù)集市和數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫按數(shù)據(jù)類型能夠分為：實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫、事件數(shù)據(jù)庫、管理數(shù)據(jù)庫。（數(shù)據(jù)庫的分類要統(tǒng)一）所有這些數(shù)據(jù)庫必須基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)共享是建設(shè)數(shù)據(jù)中心的主要目的之一。數(shù)據(jù)的共享是通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口來完成。下圖給出了統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口的管理與使用方法。統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口的管理與使用方法4. 統(tǒng)一信息整合平臺(tái)信息整合以內(nèi)容管理為基礎(chǔ)，對(duì)各種文本、圖像、聲音和視頻信號(hào)等非結(jié)構(gòu)化信息進(jìn)行收集、確認(rèn)、批準(zhǔn)、整理、定位、轉(zhuǎn)換、分發(fā)、更新、存檔等管理，形成非結(jié)構(gòu)化信息資源的管理體系，從

9、而實(shí)現(xiàn)礦山各部門的各種非結(jié)構(gòu)化信息的存儲(chǔ)、共享、應(yīng)用和更新。Ø 內(nèi)容搜索引擎 這是內(nèi)容管理系統(tǒng)的核心功能模塊，幫助用戶快速查找所需內(nèi)容。Ø 內(nèi)容管理模塊 提供對(duì)內(nèi)容管理過程的支持，如下幾個(gè)主要功能子模塊：（1）內(nèi)容創(chuàng)建和編輯，包括實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)、信息、文檔和程序的獲取并提供創(chuàng)建內(nèi)容的協(xié)作工具，如文檔和網(wǎng)頁制作工具、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具等；（2）內(nèi)容的個(gè)性化。這是內(nèi)容管理區(qū)別于傳統(tǒng)文檔管理的重要特征，包括根據(jù)用戶喜好進(jìn)行操作的“用戶控制個(gè)性化”、根據(jù)內(nèi)容相關(guān)性的“數(shù)據(jù)控制個(gè)性化”等；（3）存檔管理：實(shí)現(xiàn)安全存貯、管理各種形式的內(nèi)容；（4）工作流模塊：實(shí)現(xiàn)用戶自定義的流程和基于角色的流程

10、控制、流程審批等；（5）安全控制：主要完成數(shù)據(jù)庫安全控制、加密、拷貝和傳播限制等功能；（6）生命周期管理：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)容版本的控制，如多版本控制、版本跟蹤功能。Ø 信息發(fā)布建立礦山的信息集成、管理、發(fā)布、訪問、使用的統(tǒng)一信息發(fā)布共享機(jī)制，對(duì)礦山的信息資源實(shí)施整合，形成統(tǒng)一的信息資源體系。Ø 協(xié)作交流建立BBS、在線討論、即時(shí)消息、視頻會(huì)議等實(shí)時(shí)溝通工具；提供包括電子郵件在內(nèi)的諸如信息發(fā)布通知、會(huì)議通知、網(wǎng)上文件共享等協(xié)作工具。5. 基于業(yè)務(wù)流程的應(yīng)用整合基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)整合礦山的孤島自動(dòng)化系統(tǒng)，建設(shè)綜合一體化的礦井安全生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，這是礦山企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的基礎(chǔ)；

11、進(jìn)一步，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與礦井經(jīng)營管理數(shù)據(jù)的整合，提升關(guān)鍵應(yīng)用系統(tǒng)，基于統(tǒng)一的礦山信息門戶實(shí)現(xiàn)企業(yè)的應(yīng)用集成與門戶集成。Ø 礦山應(yīng)用整合技術(shù)數(shù)字礦山建設(shè)的另一個(gè)重要方面就是把所有的要素和所有業(yè)務(wù)流程中涉及的資源都連接起來，以保證工作流程無縫執(zhí)行，并更有效率。我們把礦山業(yè)務(wù)流程中的控制部分提取到業(yè)務(wù)流程層，這樣它就可以重新建模、重復(fù)使用，從而協(xié)調(diào)所有的人員、應(yīng)用程序和系統(tǒng)組件更高效的工作。這也是礦山信息系統(tǒng)整合的重要驅(qū)動(dòng)力。業(yè)務(wù)流程的建立涉及四大要素：第一是建模，分析并捕捉業(yè)務(wù)流程；第二是管理，管理流程與員工和系統(tǒng)連接的手段；第三是執(zhí)行引擎，執(zhí)行定義好的業(yè)務(wù)流程；最后是報(bào)表。通過業(yè)

12、務(wù)流程參考標(biāo)準(zhǔn)給出礦山企業(yè)主要業(yè)務(wù)的流程與系統(tǒng)集成規(guī)范，解決流程問題由計(jì)算機(jī)部門而不是業(yè)務(wù)部門處理的現(xiàn)狀。Ø 礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)整合隨著國家對(duì)煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求的不斷提高和企業(yè)自身發(fā)展的需要，大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井都裝備了礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并且在開采設(shè)備、提升以及運(yùn)輸、洗選等方面也加強(qiáng)了自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)。系統(tǒng)的裝備大大提高了礦井安全生產(chǎn)水平和安全生產(chǎn)管理效率，但是對(duì)系統(tǒng)的選擇、使用、維護(hù)提出了更高的要求，這必須從監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的軟件技術(shù)和功能、硬件及接口技術(shù)的可靠性和兼容性、傳感器技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性諸多方面進(jìn)行綜合考慮與分析?？偟膩碚f，目前礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中存在的主要問

13、題包括：（1）通信協(xié)議不規(guī)范由于現(xiàn)有廠家的監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都采用各自專用通信協(xié)議，所以，很難找到兩個(gè)相互兼容的系統(tǒng)。目前，信息傳輸系統(tǒng)的兼容性已成為裝備監(jiān)控系統(tǒng)的各集團(tuán)公司、礦井進(jìn)一步擴(kuò)展和擴(kuò)充系統(tǒng)功能的制約因素，主要是用戶在裝備了某廠家的系統(tǒng)后，在眾多型號(hào)、價(jià)格不同、功能各具特色的監(jiān)控系統(tǒng)的軟件、硬件（如分站）的擴(kuò)展以及服務(wù)等方面，就別無選擇地依賴于這個(gè)廠家。有些礦井為了安全生產(chǎn)的需要，在系統(tǒng)存在嚴(yán)重問題和得不到技術(shù)服務(wù)的條件下，不得不廢棄原有系統(tǒng)而另外選擇其他的系統(tǒng)。因此，通信協(xié)議不規(guī)范的后果是造成設(shè)備重復(fù)購置、系統(tǒng)擴(kuò)展受制于人和不能隨意進(jìn)行軟硬件升級(jí)改造。（2）井下傳輸設(shè)備物理接口協(xié)議不規(guī)范

14、井下傳輸設(shè)備物理接口協(xié)議不規(guī)范也是制約用戶進(jìn)一步擴(kuò)展和擴(kuò)充系統(tǒng)功能的關(guān)鍵因素。如KJF2000和KJ4/KJ2000系統(tǒng)，盡管兩種系統(tǒng)均采用FSK技術(shù)，以及信息傳輸波特率均為1200bps或2400bps，但其傳輸信息的調(diào)制頻率不同和傳輸信息的收發(fā)電壓幅值不同也造成這兩種系統(tǒng)的分站不能兼容。（3）現(xiàn)場管理和維護(hù)困難一方面部分煤礦由于缺乏專業(yè)技術(shù)人員而不能正常使用和維護(hù)已裝備的系統(tǒng)，甚至對(duì)系統(tǒng)配接的傳感器根本不進(jìn)行調(diào)校。另一方面，部分系統(tǒng)管理與維護(hù)功能較弱，也是關(guān)鍵因素。由于礦井的工作面不斷變化，要求對(duì)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行定期的維護(hù)與管理，并且互不兼容的多個(gè)系統(tǒng)更加造成維護(hù)與管理的難度。（4）廠家升

15、級(jí)服務(wù)水平有待提高大大小小的系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的不斷出現(xiàn)，出現(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)的系統(tǒng)研發(fā)后勁不足、技術(shù)支持能力降低，最終將影響產(chǎn)品用戶的正常使用。此外，由于煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)涉及計(jì)算機(jī)的軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化管理技術(shù)、系統(tǒng)傳輸設(shè)備的軟硬件技術(shù)、各種傳感器技術(shù)、系統(tǒng)的完善和升級(jí)改造技術(shù)、技術(shù)支持和服務(wù)能力等綜合性技術(shù)，國內(nèi)的很多廠商還不具備這種全面的能力。從以上的分析我們確定監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)整合的關(guān)鍵是統(tǒng)一的監(jiān)測監(jiān)控平臺(tái)軟件建設(shè)。礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的中心站軟件平臺(tái)是礦井自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展、易維護(hù)的基礎(chǔ)。因此，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)對(duì)于解決礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的不兼容、難維護(hù)、平臺(tái)混亂、不易擴(kuò)展具有重要意義。此外

16、，軟件平臺(tái)不僅能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)控，而且研究開發(fā)根據(jù)監(jiān)測環(huán)境地點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行有效的危險(xiǎn)性判別、分析和決策支持。6. 統(tǒng)一信息呈現(xiàn)門戶數(shù)字礦山的門戶建設(shè)是面向礦山各類信息系統(tǒng)的展現(xiàn)的整合，利用門戶技術(shù)向礦山下屬員工提供統(tǒng)一用戶管理、統(tǒng)一的界面、統(tǒng)一的風(fēng)格的一體化辦公平臺(tái)；從而通過門戶實(shí)現(xiàn)對(duì)分散的信息源和應(yīng)用系統(tǒng)的集中管理。數(shù)字礦山的統(tǒng)一信息呈現(xiàn)門戶技術(shù)特點(diǎn)如下：Ø 一站式訪問將分散異構(gòu)的信息孤島資源通過統(tǒng)一的門戶界面整合到統(tǒng)一的訪問入口，實(shí)現(xiàn)各種信息資源的跨數(shù)據(jù)庫、跨系統(tǒng)平臺(tái)的無縫接入和集成；通過門戶界面，訪問礦山范圍內(nèi)的授權(quán)信息。Ø 單點(diǎn)登錄用戶可以用單點(diǎn)登錄的方式訪問自己得到授權(quán)的信息源和應(yīng)用系統(tǒng)，無需記憶多種登錄過程、ID或口令，提高工作效率。Ø 個(gè)性化定制根據(jù)用戶的特點(diǎn)、喜好和角色的不同，為特定用戶提供量身定做的訪問關(guān)鍵業(yè)務(wù)信息的安全通道和個(gè)性化應(yīng)用界面。Ø 安全門戶系統(tǒng)作為用戶唯一的系統(tǒng)入口，用戶的各種信息基本都在網(wǎng)上進(jìn)行交互，需要建立訪問安全，數(shù)據(jù)安全、接入安全和管理安全。此外，礦山信息系統(tǒng)應(yīng)在統(tǒng)一的安全支撐、服務(wù)支撐、標(biāo)準(zhǔn)支撐和管理支撐平臺(tái)上開發(fā)運(yùn)行，