数字矿山技术 4

决策支持模型与方法决策支持系统监控系统井下移动目标定位调度系统第四讲决策支持、监控与调度数字矿山结构与功能数字矿山结构与功能各类业务系统和管理应用各类技术架构平台统一用户认证平台数据管理平台综合信息门户平台WEB平台基于业务层面的统一运行支撑环境：业务架构平台(工作流引擎、报表引擎、数据访问服务、消息通知服务等)人力资源管理系统计算机网络系统财务管理系统供应物资管理系统井下人员监测系统机电设备管理系统生产监测预警系统...主干网络地面无线网络井下通信网络Internet接入工程决策支持模型工程表征模型：矿岩空间和属性的三维和二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实模型等示例：矿床建模技术、地矿工程三维可视化及虚拟现实技术（第五周）决策支持模型与方法工程仿真模型：工艺流程模拟、围岩力场计算、水文地质仿真、井下气流分析示例：井下围岩力场仿真及可视化技术与系统（FLAC、ANSYS）（第六周）决策支持模型与方法规划设计模型：计算机辅助设计CAD，把优化解决方案转化为工程实施依据示例：AutoCAD、SURPAC、Datamine本课程实验部分及其他课程决策支持模型与方法管理决策支持模型执行与控制：监测与控制、定位、远程操作、自动调度、MES经营管理：MIS+ERP（人财物）、调度战略决策：运用DSS，通过信息加工，进行分析、预测与辅助决策方法：运筹学、统计学、人工智能决策支持模型与方法决策支持系统（DSS）概念决策（DecisionMaking）：就是一个通过运用领域知识，控制某些可变量以达到特定目标，从而实现最大效用的方案选择的过程决策基于信息、知识；凭借各种手段决策支持系统两类信息/知识：能够用数据或符号结构予以表示的称为结构数据（Structured）无法用数字或统一结构予以表示的称为非结构（Non-structured/Unstructured）、半结构（Semi-structured）或不良结构（Ill-structured）数据，如文本、图像等决策支持系统早期决策支持系统：通过建立定量数学模型来辅助决策者解决半结构化和结构化的问题先进决策支持系统：利用基于专家系统或人工智能技术的智能决策方法和智能决策支持系统来帮助解决非结构化问题示例：EDSS、IDSS、GDSS决策支持系统广义：任何一类信息系统都包括数据处理、规律分析和信息获取功能，具有决策支持作用；也包括定量分析模型或智能分析方法，用以帮助解决结构的、半结构的或非结构的问题，可以看作是决策支持系统示例：EDP、MIS、CIMS、ERP、MES、ES、DSS、数字矿山系统决策支持系统决策支持系统架构演化1980年，R.H.Sprague提出了基于两库的DSS框架，包括数据库和模型库管理系统及用户接口后来有人提出了三库（数据库、模型库、方法库）结构决策支持系统智能决策支持系统：在DSS三库结构的基础上增加了知识库，形成了四库结构在这种结构中，传统的决策支持模块提供定量分析，而知识库模块则采用符号推理和模式识别等知识处理技术处理非定量问题决策支持系统先进智能决策支持系统：则在DSS四库结构的基础上，融入了决策树、粗糙集、定性推理、证据理论、数据挖据（DataMining）、多智能体系统（Multi-AgentSystem）等方法和技术，增加了机器学习（MachineLearning）组成部分决策支持系统智能决策支持系统框架决策支持系统数字矿山决策支持技术网络优化（CPM）：井巷掘进工程进度与资源优化离散事件模拟（DES）：井工或露天矿运输工艺系统、设备选型与匹配优化概率及随机过程理论：地质勘查及找矿钻孔布局优化模型决策支持系统地质统计学、人工神经网络（ANN）和支持向量机（SVM）：品位及储量评估图论、动态规划、线性规划：矿山开采计划、配矿和露天矿境界优化模型专家系统、人工神经网络：矿山开拓运输方式选择、采矿方法选择、爆破参数选择、矿岩工程特性分级决策支持系统分形几何（FractalGeometry）模型：矿岩破碎、岩体节理及稳定性分析和粉尘运动规律模拟有限元（FE）、边界元（BE）、离散元（DE）、有限差分（FD/FLAC）模型及其耦合模型：矿山岩体工程（巷道围岩和露天边坡）力场分析决策支持系统系统动力学（SD）：矿区可持续发展投入产出（Input-Output）：能源规划和矿山企业生产结构分析经济计量（Econometrics）：矿产市场及价格分析能值分析（EmergyAnalysis）：矿区循环经济决策支持系统系统结构单元层：基础数据采集网络层：物理网络传输层：数据交换共享平台层：应用系统平台应用层：业务应用/业务功能监控系统及技术单元层功能：实现基础数据采集与监测构件（测控单元）：各类传感器，包括环境因素：甲烷、一氧化碳、温度、风速、负压；设备开停、风门开闭、馈电状态；断电仪和开关控制器；现场总线网关、路由器、中继器；以太网网关、交换机监控系统及技术网络层功能：实现系统传输的物理通道构件（物理网络）：井下测控网、地面局域网（LAN）、地面广域网（WAN）监控系统及技术井下测控网：包括现场总线与工业以太网现场总线（Fieldbus）：工作面、单体设备、采区（LonWorks或CAN）工业以太网（Ethernet）：大巷监控系统及技术井下测控网结构REDUNDANTETHERNETCOMMUNICATIONSYSTEM100Mbps,40KmPrinter(s)OperatorInterfaceStationSeries30OperatorInterfaceStationSeries20OtherProcessControlUnits工作站工作站工作站各类智能传感器各类传感器和执行器ControlI/OAnalogDigitalI/O多功能智能分站各类传感器和执行器ControlI/OAnalogDigitalI/O多功能智能分站CANBUS各类传感器和执行器ControlI/OAnalogDigitalI/O传统接口分站CAN接口CANEthernet网关LonworksEthernet网关CAN网络支巷Lonworks网络支巷监控系统及技术井下测控网结构（ObjectLinkingandEmbeddingforProcessControl）监控系统及技术地面局域网结构监控系统及技术地面广域网结构监控系统及技术传输层功能：通过网络协议，实现数据交换和测控，包括传感器——现场总线——工业以太网——OPC（OLEforProcessControl,OLE-ObjectLinkingandEmbedding）接口——地面局域网——地面广域网的数据交换和共享监控系统及技术构件（通信协议）：井下测控网：LonTalk、CAN、TCP/IP、RS232、RS485等协议地面局域网：TCP/IP、OPC、XML（可扩展标记语言，文本与数据传输格式）、FTP等协议地面广域网：VPN等协议监控系统及技术平台层功能：实现现场总线、OPC接口、数据库管理、业务系统构建/开发等平台支持构件：井下测控网、地面局域网、地面广域网井下测控网：LonWorks神经元芯片、CAN控制器、单片机嵌入式系统等监控系统及技术地面LAN/WAN：数据采集：FTP、OPC、XML等组件操作系统：Widows2003网络服务器数据库管理系统：SQL2000地理信息系统（GIS）：WebGIS业务系统构建/开发：VStudio.Net、JAVA监控系统及技术应用层功能：实现系统的业务功能井下测控网：数据采集、通讯、网络节点关联控制、产品互联、组态等应用监控系统及技术地面局域网/广域网：基于Web的GIS系统井上下实时数据采集与通讯系统：采用OPC，实现WebGIS数据采集服务器与煤矿井下工业以太网测控系统的集成多现场总线网络节点互控关联组态系统：通过WebGIS地图可视化组态，实现井下测控单元的关联定义和区域断电控制监控系统及技术安全隐患智能化关联自动测控系统：实现传感器、监测分站与控制设备的关联监测与控制，能够对重大事故隐患进行自动跟踪、自动监测、自动报警、事故隐患超限、断电、撤人一体化联合监测监控调度，避免伤亡事故发生监控系统及技术地面实时监测、远程监控、监管系统：实现监测分站、传感器及控制设备位置、监测数据与设备运行状态及控制状态的可视化；采用局域网、广域网、宽带、电话线、GPRS、CDMA等多种方式访问网络进行监管监控系统及技术自动化实时监测、监控、监管信息管理系统：实时动态监测、监测日报、汇总、模拟量与开关量历史数据查询与分析；一通三防综合信息调度管理、查询、分析、统计、报表功能；深度信息挖掘功能、空间地理分析功能，提供决策支持监控系统及技术三维地质测量系统：地质测量信息管理、各种数字矿图动态生成、编辑与输出、三维数字矿图建立与显示，煤炭储量计算等瓦斯灾害综合预测预警系统：基于数字地质和瓦斯地质的煤层瓦斯综合预测、分源预测技术，提供直观的区域分析、专题分析、等直线绘制分析等专题预测结果监控系统及技术自燃发火综合预测预警系统：自燃发火预测分析、火区分布、状态实时监测、采场渗流模拟解算、启封火区灾害气体爆炸危险性判定等功能特点通风网络解算与测控系统：通风网络解算、优选风机、按需分风、阻力测定计算、主扇性能计算等全面内容监控系统及技术监测联网远程实时数据采集与通讯系统：实现煤矿监测系统大批量实时数据采集和处理，包括通风瓦斯监测监控、瓦斯抽放监测监控、火灾监测监控、供电监测监控和其他生产监测监控数据处理监控系统及技术分级实时监测、远程监控、监管系统：提供权限管理，实现省/市/县/煤矿/监察办事处等分级访问，能够跟踪监测系统超限、报警与断电过程、跟踪隐患调度处理过程监控系统及技术无线手机短信实时报警系统：能够通过手机短信方式将瓦斯超限和主扇停风等重大隐患及时发送给煤矿领导和有关监管人员；能够自定义报警内容、接收人员、报警间隔时间；可以灵活设置动态跟踪报警方式、接收权限监控系统及技术煤矿安全采掘跟踪防止越界开采监管系统煤矿安全抢险救灾指挥决策支持系统井下移动目标位置可视化系统监控系统及技术国外：井下设备自动控制技术比较成熟国内：目前局限于井下人员定位射频识别（RFID-RadioFrequencyIdentification）技术：一种非接触式的自动识别技术，是井下人员定位系统的代表性技术井下移动目标定位射频识别（RFID）技术原理：系统包括电子标签、读写器、处理数据设备（远端计算机）电子标签/跟踪器/射频卡：能够读写和加密通信读写器/监测站：收发、控制和接口电路井下移动目标定位电子标签存有约定格式的电子数据，附着于待识别物体/人员井下读写器按照一定间隔（100m）设置，通过天线发送出信号，当移动目标/标签进入该信号范围时回答识别信息，读写器读取信息并解码后传送至数据处理设备（远端计算机）井下移动目标定位数据处理设备（远端计算机）储存跟踪器的最新列表；通过使用者发出的指令，列表可以被看到、查询和编辑；系统数据库比较跟踪器和监测站的数据，可以核对移动目标的位置和移动状况等信息井下移动目标定位跟踪器记录包括跟踪器ID员工号/车辆号/设备ID号姓名最新经过的监测站编号最新阅读的时间员工的岗位/职责等井下移动目标定位RFID频率：低频系统工作在100KHz-500KHz中频系统工作在1000KHz-1500KHz，主要适用于识别距离短、成本低的应用中高频系统工作频率850MH-950MHz及2.4GHz-6GHz的微波段，适用于识别距离长，读写数据速率高的场合井下移动目标定位调度系统地下矿调度系统信集闭（信号集中闭塞）系统通过调度室内的信号测控设备，实时监视列车运行现状，操纵道岔，开放信号机，自动实现敌对进路的锁闭，不允许敌对信号