张洪伟，尚 丽，王齐亮
(新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第七地质大队，新疆 乌苏 833300)
随着“制造中国2025”[1]和“互联网+”的不断推进，许多企业都在将产业的工业制造与智能化及自动化协调运行，促进企业的快速发展。国家积极发展铁矿智能化建设，明确了我国智慧铁矿发展的技术内容，建成各类铁矿基本实现智能化；
建成多产业链、多系统集成的智慧铁矿系统；
最终建立感应智能化、计划智能化以及自动化的铁矿智能化系统。
笔者通过全面梳理松湖铁矿所面临的实际问题，分析了松湖铁矿目前来说智能化维护程度良莠不齐,功效变化效率很低,科技革新认识不强。系统地提出了智慧铁矿建设的总体目标和建设内容，阐述了松湖铁矿智能化建设未来的发展模式，为松湖铁矿后续智慧铁矿建设提供了参考。
新疆天华矿业有限公司成立于2006年10月，是一家集铁矿石开采、矿业投资、矿业技术咨询服务、矿产品加工、销售为一体的中型国有控股企业。新疆天华矿业有限公司致力于综合利用人员和铁矿资源，保证矿山环境的保护和企业生产的安全。目前来看，企业通过建设三维矿山的模型，用时时可监测的数据和监测环境建立了三维实景模型，这样更有利于企业的决策层做出计划。利用智能生产减少工作人员，加快松湖铁矿智能化建设。
在此背景下，松湖铁矿紧跟时代进步潮水，踊跃呼应国家智能制造指导精神，以三维建模平台建立智能数据库，包括地形地质实景建模、钻孔数据库建模、地质剖面建模、矿体及品位建模、地下井巷工程建模及地球物理数据库建模。实现矿井设计、地质勘查、采矿、运输、安全保障和生产管理，一切发展智慧铁矿建筑任务，为松湖铁矿的智能化建筑打下了根底。
2.1 存在问题
2.1.1 应用数据利用率低。松湖铁矿各传感器及硬件设备监测的大量数据没有得到深入应用，只是简单的数据展示，利用率极低。
2.1.2 各环节缺乏互通。松湖铁矿的各个层面单独工作，没有做到合理化的联结，这导致无法共享和交换信息、复杂的系统操作和严重的应用程序孤岛。
2.1.3 分析决策不合理。松湖铁矿的整个分析决策层主要依靠专业人员的经验，缺少相应的专业化依据，各部门难以做出宏观的决策分析和指标规划。
2.2 建设目标
2.2.1 应用的深度互通管理。鉴于物联网平台，建立科学合理的技能架构，处理传感感知齐整、产业自动化齐整及安稳，各个部门协调进步，构建一体化数字孪生应用平台，实现全方位精准可视、智能调度、控制、预测预警、分析及多级多域高效管理。
2.2.2 数据的可视化管理。依托三维建模平台，构建覆盖设计、安全、运营，多环节、多系统的三维空间可视图，融合铁矿各类工程数据，业务指标，实现“人-机-环”的可视化平台。议定学问图谱明白数据间的干系相关，发现数据反面的深层含义，并将数据转换为可视化图表，帮助铁矿企业更加容易地发现和理解其中的模式和规律。
通过大数据系统充分检索整个铁矿行业的智能决策，建立大数据铁矿知识库、数据分析模型库和分析决策处理库，利用大数据为松湖铁矿提供更加全面和准确的智能化决策。
松湖铁矿智慧铁矿建设仍处于起步阶段，更多技术的引进只能使各个子系统的独立运行，缺乏整体技术构架的设计和体系结构，从而导致实际应用效率低下，子系统传输协作割裂，信息无法共享等问题。
通过上述分析可见，笔者借鉴物联网经典体系架构角度提出了一种基于自主感知控制层，数据传输共享层，分析决策系统层及生产经营管理层的智慧铁矿建设系统架构，其特点在于各层之间分工明确，统一通信协议，各个系统间能够互通，如图1所示。
图1 智慧铁矿的体系结构
4.1 智能传感与控制技术
智慧铁矿基于自主感知控制层对铁矿整体环境的监测、感知和控制，包括控制器、传感器、视频监控、基站和其他设备。
智慧铁矿的自主感知控制层的传感器和控制器主要应对整个松湖铁矿进行全方位的实时监控和预控，利用多种传感器对松湖铁矿中人员、设备与环境的各种力的作用、位置信息等进行获取，如图2所示。利用数据传输共享层，对整个松湖铁矿的监测数据进行统一采集和统一传输，在分析决策系统层，实现对传输数据的深度集合和快速链接，在物联网操作平台实时显示出整个松湖铁矿的整体情况。当面对突发情况时，实现不同层次通过建立智能的区域灾害评估模型，发挥各模块之间的协调控制，推动控制向前发展[2]。
图2 感应传感器及监测数据
4.2 物联网综合管理平台
面对现代铁矿智能化的建设和发展，系统可视化和综合管理平台的需求越来越突出。物联网作为现代信息技术蓬勃发展，适应松湖铁矿智能化发展和铁矿石改革的要求，因此本研究提出建立物联网综合管理平台。其中，包括施工数据检测中心、空间数据云中心和运营管理中心。
物联网综合管理平台主要实现以下功能：①通过物联网管控铁矿设备，共享设备，规划建设方案。②铁矿数据统一存储进行大数据分析[3]。③通过统一门户和服务中心进行协作调度。④通过应用模板规范统一系统实现，进行统一铁矿监控和运营。
通过建立实时显示、公开透明的松湖铁矿整个工作环境和工作状况的全系统场景平台是物联网综合管理平台的基础。其中主要是铁矿人员的位置信息和设备环境的监测，实时保证各系统间的位置确定和精准控制。面向松湖铁矿智能化的建设与发展，加快建设开发、安全、有效的智慧铁矿综合管理平台是重中之重。具体来说开工数据监测中心是指松湖铁矿职员和配置的位置讯息监测。用来对整个松湖铁矿的工作数据和实时施工过程进行记录；
空间数据云中心是对整个铁矿空间位置的实时记忆与传输；
运营管理中心是对松湖铁矿的日常工作管理的数据记录。深化铁矿物联网技术创新[4]、使用翻新和处分翻新，对铁矿的工况进行分析、跨层级的生意伙伴和音讯资源进行共享。
图3 多专业协同处理技术示意
松湖铁矿的物联网综合管理平台依托三维建模平台，三维建模矿业工程软件改变了传统的以专业为界限的孤岛数据管理方式，通过三维图形数据库协同互动技术，打通了地质、采矿、测量、环境等多个专业的数据壁垒，为松湖矿山消费企业供应了更加崭新、全新及全面的三维可视化生产管理方案和设想方式。解决了松湖铁矿的三维实景建模和数据库的建立，主要是对采矿中的设计、挖掘工程的计划、炮孔排距的设计及GPS测量。整个系统满足了松湖铁矿行业设想、生产、科研工作的需求[5]。同时，该平台实行的是安全监测数据预警判辨和各类危险的信息追踪处理[6]，对松湖铁矿中的企业危险源和隐患等数据的定位纪录和约束，可能在发现救济和危险事件时为决策者供应出整个的救急决策数据扶助，最大水平消沉产生问题的概率和减削问题所酿成的亏损。
4.3 大数据分析决策技术
松湖铁矿大数据的主要源自内部和外部两个地方，如图4所示。对于松湖铁矿内部的数据，重要是经过矿井配置及传感器供给的安全生产数据、配置的运转与维持数据、配置的监控数据以及管理部门的决议数据。对于外部数据，主要是让松湖铁矿与整个矿业市场结合，深度分析当前铁矿市场信息、供应商信息以及政府公开信息，以便于分析决策部门和管理人员做出相应的、符合市场的决策安排。
图4 智慧铁矿大数据来源
目前，松湖铁矿建设过程中，各系统数据分散，精度不高，数据误差较大且应用率低，因为市面上各种软件和硬件系统之间没有办法兼容与匹配，所以这样就会诞生信息孤岛，导致系统无法有效指导精准操作。
基于大数据分析和决策技术的松湖铁矿智能化建设将数据按类型和来源分类，实现数据标准化。其中，智能决策系统是对松湖铁矿的故障诊断、应急管理、成本分析、动态决策等进行处理决策。智能应用系统是对松湖铁矿生产调度、安全管控、安全监控、机电管理等进行处理和管测[7]。松湖铁矿智能化建设应充分利用数据传输和大数据系统。在数字化和自动化的基础上，利用大数据分析完成智能铁矿石的独立决策。
本研究找出了松湖铁矿智能化建设中存在的问题，针对问题，提出了松湖铁矿智能化建设规划，给出了明确的建设目标和建设内容，得出了以下结论：①松湖铁矿存在应用数据利用率低、各环节缺乏互通、分析决策不合理3个问题。②松湖铁矿智能化建设总体框架应分为自主感知控制层、数据传输共享层、分析决策系统层、生产经营管理层。③松湖铁矿智能化建设的内容包括智能传感与控制技术、物联网综合管理平台、大数据分析决策技术3个方面。④未来智慧铁矿逐步迈向自主感知、自主决策、自主执行的少人无人化阶段。松湖铁矿未来智能化建设仍需要将信息化与工作化相结合，为其他智慧铁矿建设提供参考。
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