数字矿山技术 4.ppt

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1、决策支持模型与方法决策支持模型与方法决策支持系统决策支持系统监控系统监控系统井下移动目标定位井下移动目标定位调度系统调度系统第四讲第四讲 决策支持、监控与调度决策支持、监控与调度数数字字矿矿山山结结构构与与功功能能数字矿山结构与功能数字矿山结构与功能工程决策支持模型工程决策支持模型工程表征模型工程表征模型：矿岩空间和属性的三维和：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、二维块状模型、矿区地质模型、采场模型、地理信息系统模型、虚拟现实模型等地理信息系统模型、虚拟现实模型等示例示例：矿床建模技术、：矿床建模技术、地矿工程三维可视地矿工程三维可视化及虚拟现实化及虚拟现实技术技术（

2、第五周）（第五周）决策支持模型与方法决策支持模型与方法工程仿真模型工程仿真模型：工艺流程模拟、围岩力场：工艺流程模拟、围岩力场计算、水文地质仿真、井下气流分析计算、水文地质仿真、井下气流分析示例示例：井下围岩力场仿真及可视化井下围岩力场仿真及可视化技术与技术与系统（系统（FLACFLAC、ANSYSANSYS）（第六周）（第六周）决策支持模型与方法决策支持模型与方法规划设计模型规划设计模型：计算机辅助设计：计算机辅助设计CADCAD，把，把优化解决方案转化为工程实施依据优化解决方案转化为工程实施依据示例示例：AutoCADAutoCAD、SURPACSURPAC、DatamineDatamin

3、e本课程实验部分及其他课程本课程实验部分及其他课程决策支持模型与方法决策支持模型与方法管理决策支持模型管理决策支持模型执行与控制执行与控制：监测与控制、定位、远程操：监测与控制、定位、远程操作、自动调度、作、自动调度、MESMES经营管理经营管理：MIS+ERPMIS+ERP（人财物）（人财物）、调度、调度战略决策战略决策：运用：运用DSSDSS，通过信息加工，进，通过信息加工，进行分析、预测与辅助决策行分析、预测与辅助决策方法：运筹学、统计学、人工智能方法：运筹学、统计学、人工智能决策支持模型与方法决策支持模型与方法决策支持系统（决策支持系统（DSSDSS）概念）概念决策（决策（Decisi

4、on MakingDecision Making）：就是一个通：就是一个通过运用领域知识，控制某些可变量以达到过运用领域知识，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特定目标，从而实现最大效用的方案选择的过程的过程决策基于信息、知识；凭借各种手段决策基于信息、知识；凭借各种手段决策支持系统决策支持系统两类信息两类信息/知识知识：能够用数据或符号结构：能够用数据或符号结构予以表示的称为结构数据（予以表示的称为结构数据（StructuredStructured）无法用数字或统一结构予以表示的称为非无法用数字或统一结构予以表示的称为非结构（结构（Non-structured/Unst

5、ructuredNon-structured/Unstructured）、）、半结构（半结构（Semi-structured Semi-structured）或不良结构）或不良结构（Ill-structuredIll-structured）数据，如文本、图像等）数据，如文本、图像等决策支持系统决策支持系统早期决策支持系统早期决策支持系统：通过建立定量数学模：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型来辅助决策者解决半结构化和结构化的问题问题先进决策支持系统先进决策支持系统：利用基于专家系统或：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人工智能技术的智能决策方法和智能决

6、策支持系统来帮助解决非结构化问题支持系统来帮助解决非结构化问题示例示例：EDSS EDSS、IDSSIDSS、GDSSGDSS决策支持系统决策支持系统广义广义：任何一类信息系统都包括数据处理、：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结构的问题，可以看作是决策支持系统示例示例：EDPEDP、MISMIS、CIMSCIMS、ERPERP、MESMES、ESE

7、S、DSSDSS、数字矿山系统、数字矿山系统决策支持系统决策支持系统决策支持系统架构演化决策支持系统架构演化19801980年，年，R.H.SpragueR.H.Sprague提出了基于两库的提出了基于两库的DSSDSS框架，包括数据库和模型库管理系统框架，包括数据库和模型库管理系统及用户接口及用户接口后来有人提出了三库（数据库、模型库、后来有人提出了三库（数据库、模型库、方法库）结构方法库）结构决策支持系统决策支持系统智能决策支持系统智能决策支持系统：在：在DSSDSS三库结构的基三库结构的基础上增加了知识库，形成了四库结构础上增加了知识库，形成了四库结构在这种结构中，传统的决策支持模块提供

8、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定量分析，而知识库模块则采用符号推理符号推理和和模式识别模式识别等知识处理技术处理非定量问等知识处理技术处理非定量问题题决策支持系统决策支持系统先进智能决策支持系统先进智能决策支持系统：则在：则在DSSDSS四库结四库结构的基础上，融入了决策树、粗糙集、定构的基础上，融入了决策树、粗糙集、定性推理、证据理论、数据挖据（性推理、证据理论、数据挖据（Data Data MiningMining）、多智能体系统（）、多智能体系统（Multi-Agent Multi-Agent SystemSystem）等方法和技术，增加了机器学习）等方

9、法和技术，增加了机器学习（Machine LearningMachine Learning）组成部分）组成部分决策支持系统决策支持系统智智能能决决策策支支持持系系统统框框架架决策支持系统决策支持系统数字矿山决策支持技术数字矿山决策支持技术网络优化（网络优化（CPMCPM）：井巷掘进工程进度）：井巷掘进工程进度与资源优化与资源优化离散事件模拟（离散事件模拟（DESDES）：井工或露天矿运）：井工或露天矿运输工艺系统、设备选型与匹配优化输工艺系统、设备选型与匹配优化概率及随机过程理论：地质勘查及找矿钻概率及随机过程理论：地质勘查及找矿钻孔布局优化模型孔布局优化模型决策支持系统决策支持系统地质统计学

10、、人工神经网络（地质统计学、人工神经网络（ANNANN）和）和支持向量机（支持向量机（SVMSVM）：品位及储量评估：品位及储量评估图论、动态规划、线性规划：矿山开采计图论、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、方式选择、采矿方法选择、爆破参数选择、矿岩工程特性分级矿岩工程特性分级决策支持系统决策支持系统分形几何（分形几何（Fractal GeometryFractal Geometry）模型）模型：矿矿岩破碎、岩体节理及稳定性分析和粉尘

11、运岩破碎、岩体节理及稳定性分析和粉尘运动规律模拟动规律模拟有限元（有限元（FEFE）、边界元（）、边界元（B BE E）、离散元）、离散元（D DE E）、有限差分（）、有限差分（F FD/FLACD/FLAC）模型及）模型及其耦合模型：矿山岩体工程（巷道围岩和其耦合模型：矿山岩体工程（巷道围岩和露天边坡）力场分析露天边坡）力场分析决策支持系统决策支持系统系统动力学（系统动力学（SDSD）：矿区可持续发展）：矿区可持续发展投入产出（投入产出（Input-OutputInput-Output）：能源规划和）：能源规划和矿山企业生产结构分析矿山企业生产结构分析经济计量（经济计量（Econometr

12、icsEconometrics）：矿产市场及）：矿产市场及价格分析价格分析能值分析能值分析（Emergy Analysis Emergy Analysis）：矿区循）：矿区循环经济环经济决策支持系统决策支持系统系统结构系统结构单元单元层层：基础数据采集基础数据采集网络层网络层：物理：物理网络网络传输层传输层：数据交换共享数据交换共享平台层平台层：应用应用系统系统平台平台应用层应用层：业务：业务应用应用/业务功能业务功能监控系统及技术监控系统及技术单元单元层层功能功能：实现：实现基础数据采集基础数据采集与与监测监测构件（测控单元）构件（测控单元）：各类：各类传感器传感器，包括环，包括环境因素：境

13、因素：甲烷、一氧化碳、温度、风速、甲烷、一氧化碳、温度、风速、负压；设备开停、风门开闭、馈电状态；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、交换机由器、中继器；以太网网关、交换机监控系统及技术监控系统及技术网络层网络层功能功能：实现实现系统传输系统传输的物理的物理通道通道构件（物理网络）构件（物理网络）：井下井下测控网、测控网、地面局地面局域网域网（LANLAN）、）、地面广域网地面广域网（WANWAN）监控系统及技术监控系统及技术井下井下测控网：包括测控网：包括现场总线现场总线与与工业以太网工业以太网

14、现场总线现场总线（FieldbusFieldbus）：工作面、单体设）：工作面、单体设备、备、采区采区（LonWorksLonWorks或或CAN CAN）工业以太网工业以太网（EthernetEthernet）：）：大巷大巷监控系统及技术监控系统及技术井下井下测控网测控网结构结构监控系统及技术监控系统及技术井下井下测控网测控网结构结构（Object Linking and Embedding for Process Control）监控系统及技术监控系统及技术地地面面局局域域网网结结构构监控系统及技术监控系统及技术地地面面广广域域网网结结构构监控系统及技术监控系统及技术传输层传输层功能功能：

15、通过通过网络协议网络协议，实现，实现数据交换和测数据交换和测控控，包括，包括传感器传感器现场总线现场总线工业以工业以太网太网OPCOPC（OLE for Process Control,OLE for Process Control,OLE-Object Linking and Embedding OLE-Object Linking and Embedding）接接口口地面局域网地面局域网地面广域网的数据地面广域网的数据交换和共享交换和共享监控系统及技术监控系统及技术构件（通信协议）构件（通信协议）：井下井下测控网测控网：LonTalkLonTalk、CANCAN、TCP/IPTCP/IP、

16、RS232RS232、RS485RS485等协议等协议地面局域网地面局域网：TCP/IPTCP/IP、OPCOPC、XMLXML（可扩（可扩展标记语言，文本与数据传输格式）展标记语言，文本与数据传输格式）、FTPFTP等协议等协议地面地面广广域网域网：VPNVPN等协议等协议监控系统及技术监控系统及技术平台平台层层功能功能：实现实现现场总线、现场总线、OPCOPC接口、数据库接口、数据库管理、管理、业务业务系统系统构建构建/开发开发等平台支持等平台支持构件构件：井下井下测控网、测控网、地面局域网地面局域网、地面地面广广域网域网井下井下测控网测控网：LonWorksLonWorks神经元芯片、神

17、经元芯片、CANCAN控制器、单片机嵌入式系统控制器、单片机嵌入式系统等等监控系统及技术监控系统及技术地面地面LAN/WANLAN/WAN：数据采集：数据采集：FTPFTP、OPCOPC、XMLXML等等组件组件操作系统：操作系统：Widows 2003 Widows 2003 网络服务器网络服务器数据库管理系统：数据库管理系统：SQL2000SQL2000地理信息系统地理信息系统（GISGIS）：Web GISWeb GIS业务业务系统系统构建构建/开发：开发：VStudio.NetVStudio.Net、JAVAJAVA监控系统及技术监控系统及技术应用应用层层功能功能：实现系统的业务功能实

18、现系统的业务功能井下井下测控网测控网：数据采集、通讯、网络节点：数据采集、通讯、网络节点关联控制、产品互联、组态等应用关联控制、产品互联、组态等应用监控系统及技术监控系统及技术地面局域网地面局域网/广域网广域网：基于基于WebWeb的的GISGIS系统系统井上下实时数据采集与通讯系统井上下实时数据采集与通讯系统：采用采用OPCOPC，实现，实现Web GISWeb GIS数据采集服务器与煤数据采集服务器与煤矿井下工业以太网测控系统矿井下工业以太网测控系统的集成的集成多现场总线网络节点互控关联组态系统多现场总线网络节点互控关联组态系统：通过通过Web GISWeb GIS地图可视化组态，实现井下

19、地图可视化组态，实现井下测控单元的关联定义测控单元的关联定义和和区域断电控制区域断电控制监控系统及技术监控系统及技术安全隐患智能化关联自动测控系统安全隐患智能化关联自动测控系统：实现：实现传感器传感器、监测分站与控制设备监测分站与控制设备的的关联监测关联监测与控制与控制，能够对，能够对重大事故隐患重大事故隐患进行进行自动跟自动跟踪、自动监测、自动报警踪、自动监测、自动报警、事故隐患超限、事故隐患超限、断电、撤人一体化联合监测监控调度断电、撤人一体化联合监测监控调度，避避免免伤亡伤亡事故发生事故发生监控系统及技术监控系统及技术地面实时监测、远程监控、监管系统地面实时监测、远程监控、监管系统：实：

20、实现现监测分站监测分站、传感器及控制设备位置传感器及控制设备位置、监监测数据与设备运行状态及控制状态测数据与设备运行状态及控制状态的可视的可视化；化；采用局域网、广域网、宽带、电话线、采用局域网、广域网、宽带、电话线、GPRSGPRS、CDMACDMA等多种方式访问网络进行等多种方式访问网络进行监管监管监控系统及技术监控系统及技术自动化实时监测、监控、监管信息管理系自动化实时监测、监控、监管信息管理系统统：实时动态监测、监测日报、汇总、模实时动态监测、监测日报、汇总、模拟量拟量与与开关量历史数据查询与分析开关量历史数据查询与分析；一通一通三防综合信息调度管理、查询、分析、统三防综合信息调度管理

21、、查询、分析、统计、报表功能计、报表功能；深度信息挖掘功能、空间深度信息挖掘功能、空间地理分析功能地理分析功能，提供决策支持，提供决策支持监控系统及技术监控系统及技术三维地质测量系统三维地质测量系统：地质测量信息管理、地质测量信息管理、各种数字矿图动态生成、编辑与输出、三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瓦斯灾害综合预测预警系统：基于数字地基于数字地质和瓦斯地质的煤层瓦斯综合预测、分源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、专题分预测技术，提供直观的区域分析、专题分析、等

22、直线绘制分析等专题预测结果析、等直线绘制分析等专题预测结果监控系统及技术监控系统及技术自燃发火综合预测预警系统自燃发火综合预测预警系统：自燃发火预自燃发火预测分析、火区分布、状态实时监测、采场测分析、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与测控系统：通风网络解算、通风网络解算、优选风机、按需分风、阻力测定计算、主优选风机、按需分风、阻力测定计算、主扇性能计算等全面内容扇性能计算等全面内容监控系统及技术监控系统及技术监测联网远程实时数据采集与通讯系统监测联网远程实时

23、数据采集与通讯系统：实现实现煤矿监测系统大批量实时数据采集和煤矿监测系统大批量实时数据采集和处理处理，包括，包括通风瓦斯监测监控通风瓦斯监测监控、瓦斯抽放瓦斯抽放监测监控、火灾监测监控、供电监测监控监测监控、火灾监测监控、供电监测监控和和其他其他生产监测监控生产监测监控数据处理数据处理监控系统及技术监控系统及技术分级分级实时监测、远程监控、监管系统实时监测、远程监控、监管系统：提：提供权限管理，实现供权限管理，实现省省/市市/县县/煤矿煤矿/监察办监察办事处等分级事处等分级访问访问，能够跟踪监测系统超限、，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报警与断电过程、跟踪隐患调度处

24、理过程监控系统及技术监控系统及技术无线手机短信实时报警系统无线手机短信实时报警系统：能够通过手能够通过手机短信方式将瓦斯超限和主扇停风等重大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能够自定义报警内容、接收人员接收人员、报警间报警间隔时间隔时间；可以灵活设置动态跟踪报警方式可以灵活设置动态跟踪报警方式、接收权限接收权限监控系统及技术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井下

25、移动目标位置可视化系统监控系统及技术监控系统及技术国外：井下设备自动控制技术比较成熟国外：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国内：目前局限于井下人员定位射频识别射频识别（RFIDRFID -Radio Frequency-Radio Frequency IdentificationIdentification）技术：技术：一种非接触式的自一种非接触式的自动识别技术动识别技术，是井下人员定位系统的代表，是井下人员定位系统的代表性技术性技术井下移动目标定位井下移动目标定位射频识别射频识别（RFIDRFID）技术原理：技术原理：系统包括系统包括电子标签电子标签、读写器读写器、处

26、理数据处理数据设备（设备（远端远端计算机计算机）电子标签电子标签/跟踪器跟踪器/射频卡射频卡 ：能够：能够读写读写和和加加密通信密通信读写器读写器/监测站：监测站：收发、控制和接口电路收发、控制和接口电路井下移动目标定位井下移动目标定位电子标签存有约定格式的电子数据电子标签存有约定格式的电子数据，附着附着于于待识别物体待识别物体/人员人员井下井下读写器读写器按照一定间隔（按照一定间隔（100m100m）设置，）设置，通过天线发送出信号，当通过天线发送出信号，当移动目标移动目标/标签标签进入该进入该信号范围时信号范围时回答识别信息，读写器回答识别信息，读写器读取信息并解码后传送至数据处理设备读取

27、信息并解码后传送至数据处理设备（远端计算机远端计算机）井下移动目标定位井下移动目标定位数据处理设备数据处理设备（远端计算机远端计算机）储存跟踪器储存跟踪器的最新列表的最新列表；通过使用者发出的指令，列通过使用者发出的指令，列表可以被看到、查询和编辑表可以被看到、查询和编辑；系统数据库系统数据库比较跟踪器和监测站的数据比较跟踪器和监测站的数据，可以核对可以核对移移动目标的动目标的位置和移动位置和移动状况等状况等信息信息井下移动目标定位井下移动目标定位跟踪器记录跟踪器记录包括包括跟踪器跟踪器IDID员工号员工号/车辆号车辆号/设备设备IDID号号姓名姓名最最新新经过的监测站经过的监测站编号编号最最

28、新新阅读的时间阅读的时间员工的员工的岗位岗位/职责职责 等等井下移动目标定位井下移动目标定位RFIDRFID频率频率：低频低频系统系统工作在工作在 100KHz-500KHz 100KHz-500KHz中频系统工作在中频系统工作在1000KHz-1500KHz1000KHz-1500KHz，主主要适用于识别距离短要适用于识别距离短、成本低的应用中成本低的应用中高频系统高频系统工作频率工作频率850MH-950MHz850MH-950MHz及及2.4GHz-6GHz2.4GHz-6GHz的微波段，适用于识别距的微波段，适用于识别距离长，读写数据速率高的场合离长，读写数据速率高的场合井下移动目标定

29、位井下移动目标定位调度系统调度系统地下矿调度系统地下矿调度系统信集闭（信号集中闭塞）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，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，不允许敌对信自动实现敌对进路的锁闭，不允许敌对信号同时开放，保证列车安全运行，减少分号同时开放，保证列车安全运行，减少分叉点及搬道岔的人员，提高机车运输效率叉点及搬道岔的人员，提高机车运输效率调度系统调度系统室内设备室内设备控制台：控制列车、道岔、信号机显示控制台：控制列车、道岔、信号机显示表示屏：监视进路的开通与解

30、锁、区段的表示屏：监视进路的开通与解锁、区段的占用与解锁占用与解锁主机柜：可编程序控制器（主机柜：可编程序控制器（PLCPLC）接口柜：室外设备信号与接口柜：室外设备信号与PLCPLC接口接口电源柜：提供系统所需的各等级电压电源柜：提供系统所需的各等级电压调度系统调度系统室外设备室外设备信号机：指示司机行车方向或停车等待信号机：指示司机行车方向或停车等待电动转辙机：操纵道岔电动转辙机：操纵道岔列车传感器：采集列车运动位置及列车编列车传感器：采集列车运动位置及列车编号等信息号等信息调度系统调度系统露天矿调度系统露天矿调度系统调度室及中央计算机系统调度室及中央计算机系统：通过无线通讯：通过无线通讯

31、系统，收发、储存、处理各种数据系统，收发、储存、处理各种数据车载计算机系统车载计算机系统：安装在电铲、卡车、钻：安装在电铲、卡车、钻机等设备上，实时采集设备运行及监控信机等设备上，实时采集设备运行及监控信息，传递给中央计算机和设备司机，包括息，传递给中央计算机和设备司机，包括:显示屏、触摸屏、调制解调器等显示屏、触摸屏、调制解调器等调度系统调度系统GPS GPS 定位或者信标定位系统定位或者信标定位系统：跟踪卡车、：跟踪卡车、钻机、电铲等设备钻机、电铲等设备软件系统软件系统：调度（派车）优化、配矿、钻：调度（派车）优化、配矿、钻孔数据处理、设备工况监测与预警、生产孔数据处理、设备工况监测与预警

32、、生产统计统计Thank YouThank YouThis is the end of my presentationThis is the end of my presentationThe next 2 lectures in The next 2 lectures in week 5week 5 will be will be presented by Dr presented by Dr 李翠平，李翠平，andandThe last 2 ones in The last 2 ones in week 6 week 6 will be given by will be given by Dr Dr 宋卫东宋卫东&Prof&Prof 胡乃联胡乃联There will be no class on Tuesday but an There will be no class on Tuesday but an important one on Friday of Week 7 important one on Friday of Week 7 Thank you all for your attention.Good Thank you all for your attention.Good by and good luck.by and good luck.