論面向數(shù)字礦山的信息系統(tǒng)整合技術解決方案措施

1、面向數(shù)字礦山的信息系統(tǒng)整合技術解決方案北京中科啟信軟件技術有限公司1. 信息整合需求礦山企業(yè)數(shù)字化的實質(zhì)就是借助計算機軟硬件、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、GIS等技術手段將企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)營管理業(yè)務流程數(shù)字化并加工成新的信息資源，及時準確地提供給各層次的管理者及時掌握動態(tài)業(yè)務中的一切信息，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)能夠適應瞬息萬變的市場經(jīng)濟競爭環(huán)境，求得最大的經(jīng)濟效益。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)務或者管理需求的計算機系統(tǒng)。例如，在生產(chǎn)過程控制層上建設了工作面生產(chǎn)監(jiān)測、瓦斯監(jiān)測、礦壓監(jiān)測、視頻監(jiān)控等自動化系統(tǒng)，在經(jīng)營管理層建立了許多面向不同

2、業(yè)務的應用軟件系統(tǒng)，如設備管理系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、運銷管理系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)對于企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)營管理的正常運營起到了一定的支撐作用。但是，由于系統(tǒng)建設相對分散，系統(tǒng)之間存在信息無法共享、業(yè)務流程與管理流程不連貫等問題。如果信息系統(tǒng)與業(yè)務流程和管理流程達不到完整統(tǒng)一、系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳遞不一致，往往會形成眾多的“信息孤島”，從而使信息系統(tǒng)無法實現(xiàn)一個真正全面共享的有機體，這勢必會阻礙企業(yè)數(shù)字化建設的進程，無法很好地與企業(yè)這樣一個連續(xù)運轉(zhuǎn)的整體協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。進一步，分散的信息資源勢必影響決策的效率與準確性，不利于礦山企業(yè)對于安全生產(chǎn)中的存在的問題以及隨時可能出現(xiàn)的緊急事件進行及時

3、、有效地處理。2. 系統(tǒng)整合技術體系為了實現(xiàn)礦井信息的高度集成與整合，煤炭企業(yè)信息化在其實現(xiàn)過程中應以網(wǎng)絡技術為核心，采用先進的工藝、設備與管理方法，在實現(xiàn)以現(xiàn)場控制為主的局部控制基礎上，擴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)場的設備層與控制層、信息層的集成，實現(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)軟件的應用與整合，實現(xiàn)管理信息系統(tǒng)和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的集成，達到通過生產(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，并使兩個系統(tǒng)的監(jiān)測和控制能力通過網(wǎng)絡高度集成，并能夠最終實現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)絡進行異地遠程監(jiān)測與維護，為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營提供決策支持。整合體系門戶礦山礦山礦山礦

4、山應用,礦山本系礦山規(guī)劃安全生產(chǎn)應急經(jīng)營辦公設計生產(chǎn)調(diào)度救援管理自動應用管理指揮指揮信息化系系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)統(tǒng)安全支撐標準支撐服務支撐系管理支撐礦井信息系統(tǒng)整合體系結(jié)構圖整合體系建立門戶（統(tǒng)一展現(xiàn)平臺）、數(shù)據(jù)整合平臺、應用整合平臺和信息整合平臺，為消除信息或應用的孤島奠定統(tǒng)一的整合基礎。整合體系包括門戶整合、信息整合、數(shù)據(jù)整合和應用整合四類內(nèi)容的整合。信息整合主要整合公文、圖片、音視頻等非結(jié)構化信息；數(shù)據(jù)整合主要是通過數(shù)據(jù)集成平臺建設為數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享建設基礎數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)集市和數(shù)據(jù)倉庫提供基礎數(shù)據(jù)；應用整合主要基于企業(yè)應用集成（EAI）技術，以內(nèi)嵌的礦山內(nèi)控業(yè)務流程模型為整合原則，建立

5、基于SOA架構的應用集成平臺，支持各應用間的數(shù)據(jù)、業(yè)務邏輯的共享和應用間的協(xié)同工作，將孤立的應用過程集成起來形成一個協(xié)調(diào)的運行系統(tǒng)，并為進一步的開發(fā)其它管理和應用系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一的平臺。3. 數(shù)據(jù)整合一一數(shù)據(jù)集成平臺建設近年來，礦山企業(yè)自動化與信息化水平提高的同時，信息孤島問題也日益突出。對企業(yè)生產(chǎn)過程進行更加安全、經(jīng)濟的運行分析，建設維護/應用/共享的統(tǒng)一資源平臺，消除信息孤島問題，是進行數(shù)據(jù)整合、建設統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺的目標。數(shù)據(jù)集成平臺的建設與數(shù)據(jù)中心和礦山信息模型緊密關聯(lián)。數(shù)據(jù)中心是企業(yè)數(shù)據(jù)資源與數(shù)據(jù)庫服務器的物理集合，數(shù)據(jù)集成平臺是建設數(shù)據(jù)中心的手段，而礦山信息模型是進行數(shù)據(jù)整合、實現(xiàn)數(shù)據(jù)

6、集成的基礎。礦山信息多維建模在礦山信息模型的建設上，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)構一ARIS（集成信息系統(tǒng)結(jié)構，即ArchitectureofIntegratedInformationSystem）,貫穿業(yè)務流程分析、需求分析、系統(tǒng)功能設計等各個建模層次。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，而系統(tǒng)的功能需求分析與設計是進一步應用功能開發(fā)實現(xiàn)的基礎?；诙嗑S建模方法的信息資源規(guī)劃的主要分為以下三個過程：業(yè)務流程分析與建模、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。綜合數(shù)據(jù)集成與整合綜合數(shù)據(jù)集成建設的目的在于數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)的優(yōu)化存

7、儲與共享。其系統(tǒng)結(jié)構設計見下圖所示。I新應用功能開發(fā)計量管理系統(tǒng)井下人員管理系統(tǒng)機車定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問層(UniversalDataAccessLaye)實時/歷史數(shù)據(jù)庫事件數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)整合基礎應用介數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫孤島系統(tǒng)瓦斯監(jiān)控設備監(jiān)控統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)軟總線其它系統(tǒng)接口適配器礦井數(shù)據(jù)集成平臺架構數(shù)據(jù)整合的基礎是統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，而數(shù)據(jù)軟總線是實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合的途徑。數(shù)據(jù)整合是根據(jù)數(shù)據(jù)模型從應用系統(tǒng)或者相關數(shù)據(jù)源中抽取數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理，生成目標數(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)軟總線負責，過程如下圖所示:SCADA:EMS抽取的源數(shù)據(jù)源XML數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)軟總線目標XML數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)整合工作流程

8、數(shù)據(jù)優(yōu)化存儲的關鍵在于建立及優(yōu)化基礎數(shù)據(jù)庫，強調(diào)從自動化系統(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)采集自動采集數(shù)據(jù)，以準確的數(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、授權共享”的數(shù)據(jù)管理原則，通過基礎數(shù)據(jù)庫的建設為數(shù)據(jù)共享提供技術基礎。為保證實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的技術基礎，基礎數(shù)據(jù)庫按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型進行結(jié)構設計，按數(shù)據(jù)應用屬性分為若干主題庫，可以結(jié)合應用系統(tǒng)建設按主題庫分步實施?；A數(shù)據(jù)庫主要目的在于按照業(yè)務職能劃分數(shù)據(jù)庫，將基礎數(shù)據(jù)、應用數(shù)據(jù)整合在同一個數(shù)據(jù)平臺上；進一步，在建設基礎數(shù)據(jù)庫的基礎上，將來建立數(shù)據(jù)集市和數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)?；A數(shù)據(jù)庫按數(shù)據(jù)類型能夠分為：

9、實時/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)模型進行設計。數(shù)據(jù)共享是建設數(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。L開覽人員母黑越心議管裝、務式化，并需整口福述M統(tǒng)一就囂誼塚接U曾理注冊權限U理3梅牛釧承統(tǒng)的開芨人員以及遺圍應陽加蔭人罰報掛箔定旌按口迪杠應出廉統(tǒng)的開笈2.運行爵護人員對斷海訪叼接口逍打班一的配電，包換訪話權躍、樓口描述M準化以N搖LI釜證覆據(jù)幣求調(diào)用懵荒旳鎖交揍開發(fā)完說的應用至竦極據(jù)荷求*用描定的搔口進（獻訪問和載嶽交換統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口的管理與使用方法4. 統(tǒng)一

10、信息整合平臺信息整合以內(nèi)容管理為基礎，對各種文本、圖像、聲音和視頻信號等非結(jié)構化信息進行收集、確認、批準、整理、定位、轉(zhuǎn)換、分發(fā)、更新、存檔等管理，形成非結(jié)構化信息資源的管理體系，從而實現(xiàn)礦山各部門的各種非結(jié)構化信息的存儲、共享、應用和更新。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。內(nèi)容管理模塊提供對內(nèi)容管理過程的支持，如下幾個主要功能子模塊：（1）內(nèi)容創(chuàng)建和編輯，包括實現(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)用戶喜好進行操作的“用戶控制個

11、性化”、根據(jù)內(nèi)容相關性的“數(shù)據(jù)控制個性化”等；（3）存檔管理：實現(xiàn)安全存貯、管理各種形式的內(nèi)容；（4）工作流模塊：實現(xiàn)用戶自定義的流程和基于角色的流程控制、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：主要實現(xiàn)對內(nèi)容版本的控制，如多版本控制、版本跟蹤功能。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)布共享機制，對礦山的信息資源實施整合，形成統(tǒng)一的信息資源體系。協(xié)作交流建立BBS、在線討論、即時消息、視頻會議等實時溝通工具；提供包括電子郵件在內(nèi)的諸如信息發(fā)布通知、會議通知、網(wǎng)上文件共享等協(xié)作工具。5. 基于業(yè)務流程的應用整合

12、基于實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)整合礦山的孤島自動化系統(tǒng)，建設綜合一體化的礦井安全生產(chǎn)實時監(jiān)控平臺，這是礦山企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的基礎；進一步，實現(xiàn)安全生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)與礦井經(jīng)營管理數(shù)據(jù)的整合，提升關鍵應用系統(tǒng)，基于統(tǒng)一的礦山信息門戶實現(xiàn)企業(yè)的應用集成與門戶集成。礦山應用整合技術數(shù)字礦山建設的另一個重要方面就是把所有的要素和所有業(yè)務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)務流程中的控制部分提取到業(yè)務流程層，這樣它就可以重新建模、重復使用，從而協(xié)調(diào)所有的人員、應用程序和系統(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)動力。業(yè)務流程的建立涉及四大要素：第一是建模，分析并捕捉業(yè)

13、務流程；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)務流程；最后是報表。通過業(yè)務流程參考標準給出礦山企業(yè)主要業(yè)務的流程與系統(tǒng)集成規(guī)范，解決流程問題由計算機部門而不是業(yè)務部門處理的現(xiàn)狀。礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)整合隨著國家對煤礦企業(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)，并且在開采設備、提升以及運輸、洗選等方面也加強了自動化系統(tǒng)的建設。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，但是對系統(tǒng)的選擇、使用、維護提出了更高的要求，這必須從監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的軟件技術和功能、硬件及接口技術的可靠性和兼容性、傳感

14、器技術的穩(wěn)定性和可靠性諸多方面進行綜合考慮與分析。總的來說，目前礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中存在的主要問題包括：（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)的各集團公司、礦井進一步擴展和擴充系統(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、價格不同、功能各具特色的監(jiān)控系統(tǒng)的軟件、硬件（如分站）的擴展以及服務等方面，就別無選擇地依賴于這個廠家。有些礦井為了安全生產(chǎn)的需要，在系統(tǒng)存在嚴重問題和得不到技術服務的條件下，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

15、備重復購置、系統(tǒng)擴展受制于人和不能隨意進行軟硬件升級改造。（2）井下傳輸設備物理接口協(xié)議不規(guī)范井下傳輸設備物理接口協(xié)議不規(guī)范也是制約用戶進一步擴展和擴充系統(tǒng)功能的關鍵因素。如KJF2000和KJ4/KJ2000系統(tǒng)，盡管兩種系統(tǒng)均采用FSK技術，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)場管理和維護困難一方面部分煤礦由于缺乏專業(yè)技術人員而不能正常使用和維護已裝備的系統(tǒng),甚至對系統(tǒng)配接的傳感器根本不進行調(diào)校。另一方面,部分系統(tǒng)管理與維護功能較弱,也是關鍵因素。由于礦井的工作面不斷變化,要求對

16、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行定期的維護與管理,并且互不兼容的多個系統(tǒng)更加造成維護與管理的難度。（4）廠家升級服務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)涉及計算機的軟硬件技術和網(wǎng)絡化管理技術、系統(tǒng)傳輸設備的軟硬件技術、各種傳感器技術、系統(tǒng)的完善和升級改造技術、技術支持和服務能力等綜合性技術，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)整合的關鍵是統(tǒng)一的監(jiān)測監(jiān)控平臺軟件建設。礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的中心站軟件平臺是礦井自動化系統(tǒng)實現(xiàn)可擴展、易維護的基礎。因此，實現(xiàn)統(tǒng)一的礦井監(jiān)測

17、監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺對于解決礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的不兼容、難維護、平臺混亂、不易擴展具有重要意義。此外，軟件平臺不僅能實現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)控，而且研究開發(fā)根據(jù)監(jiān)測環(huán)境地點的參數(shù)進行有效的危險性判別、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)一的風格的一體化辦公平臺；從而通過門戶實現(xiàn)對分散的信息源和應用系統(tǒng)的集中管理。數(shù)字礦山的統(tǒng)一信息呈現(xiàn)門戶技術特點如下：一站式訪問將分散異構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，實現(xiàn)各種信息資源的跨數(shù)據(jù)庫、跨系統(tǒng)平臺的無縫接入和集成；通過門戶界面，訪問礦山范圍內(nèi)的授權信息。單點登錄用戶可以用單點登錄的方式訪問自己得到授權的信息源和應用系統(tǒng)，無需記憶多種登錄過程、ID或口令，提高工作效率。個性化定制根據(jù)用戶的特點、喜好和角色的不同，為特定用戶提供量身定做的訪問關鍵業(yè)務信息的安全通道和個性化應用界面。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)應在統(tǒng)一的安全支撐、服務支撐、標