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1、面向数字矿山的信息系统整合技术解决方案北京中科启信软件技术有限公司1. 信息整合需求矿山企业数字化的实质就是借助计算机软硬件、网络、数据库、GIS等技术手段将企业的安全生产与经营管理业务流程数字化并加工成新的信息资源，及时准确地提供给各层次的管理者及时掌握动态业务中的一切信息，以做出有利于生产要素组合优化的决策，使企业资源合理配置，从而使企业能够适应瞬息万变的市场经济竞争环境，求得最大的经济效益。目前，许多矿山企业在不同层次上已经建立了一些面向不同业务或者管理需求的计算机系统。例如，在生产过程控制层上建设了工作面生产监测、瓦斯监测、矿压监测、视频监控等自动化系统，在经营管理层建立了许多面向不同
2、业务的应用软件系统，如设备管理系统、物资管理系统、人力资源管理系统、运销管理系统等。这些系统对于企业的安全生产与经营管理的正常运营起到了一定的支撑作用。但是，由于系统建设相对分散，系统之间存在信息无法共享、业务流程与管理流程不连贯等问题。如果信息系统与业务流程和管理流程达不到完整统一、系统之间数据传递不一致，往往会形成众多的“信息孤岛”，从而使信息系统无法实现一个真正全面共享的有机体，这势必会阻碍企业数字化建设的进程，无法很好地与企业这样一个连续运转的整体协调一致地发展。进一步，分散的信息资源势必影响决策的效率与准确性，不利于矿山企业对于安全生产中的存在的问题以及随时可能出现的紧急事件进行及时
3、、有效地处理。2. 系统整合技术体系为了实现矿井信息的高度集成与整合，煤炭企业信息化在其实现过程中应以网络技术为核心，采用先进的工艺、设备与管理方法，在实现以现场控制为主的局部控制基础上，扩展到以地面集中操作、分布控制为主的全生产过程监控。通过生产现场的设备层与控制层、信息层的集成，实现控制与管理的数据通信与共享，通过管理信息系统软件的应用与整合，实现管理信息系统和生产监控系统的集成，达到通过生产监控系统控制生产过程、管理信息系统控制管理过程，并使两个系统的监测和控制能力通过网络高度集成，并能够最终实现通过互联网络进行异地远程监测与维护，为企业的生产经营提供决策支持。矿井信息系统整合体系结构图
4、整合体系建立门户（统一展现平台）、数据整合平台、应用整合平台和信息整合平台，为消除信息或应用的孤岛奠定统一的整合基础。整合体系包括门户整合、信息整合、数据整合和应用整合四类内容的整合。信息整合主要整合公文、图片、音视频等非结构化信息；数据整合主要是通过数据集成平台建设为数据交换和数据共享建设基础数据库，为数据集市和数据仓库提供基础数据；应用整合主要基于企业应用集成（EAI）技术，以内嵌的矿山内控业务流程模型为整合原则，建立基于SOA架构的应用集成平台，支持各应用间的数据、业务逻辑的共享和应用间的协同工作，将孤立的应用过程集成起来形成一个协调的运行系统，并为进一步的开发其它管理和应用系统提供一个
5、统一的平台。3. 数据整合数据集成平台建设近年来，矿山企业自动化与信息化水平提高的同时，信息孤岛问题也日益突出。对企业生产过程进行更加安全、经济的运行分析，建设维护/应用/共享的统一资源平台，消除信息孤岛问题，是进行数据整合、建设统一数据平台的目标。数据集成平台的建设与数据中心和矿山信息模型紧密关联。数据中心是企业数据资源与数据库服务器的物理集合，数据集成平台是建设数据中心的手段，而矿山信息模型是进行数据整合、实现数据集成的基础。 矿山信息多维建模在矿山信息模型的建设上，建议采用企业多维建模方法体系。这种建模方法体系是一种基于过程的模型结构ARIS（集成信息系统结构，即Architecture
6、 of Integrated Information System），贯穿业务流程分析、需求分析、系统功能设计等各个建模层次。多维建模方法中，信息资源规划是核心，建立矿山信息模型是目标，而系统的功能需求分析与设计是进一步应用功能开发实现的基础。基于多维建模方法的信息资源规划的主要分为以下三个过程：业务流程分析与建模、统一数据建模、基于XML的数据描述与交换规范。 综合数据集成与整合综合数据集成建设的目的在于数据整合、数据的优化存储与共享。其系统结构设计见下图所示。矿井数据集成平台架构数据整合的基础是统一数据模型，而数据软总线是实现数据整合的途径。数据整合是根据数据模型从应用系统或者相关数据源中
7、抽取数据，经过转换处理，生成目标数据，加载到数据中心。数据整合工作通过数据软总线负责，过程如下图所示：数据整合工作流程数据优化存储的关键在于建立及优化基础数据库，强调从自动化系统（例如：煤矿的各类安全生产系统、监控检测系统）的数据采集自动采集数据，以准确的数据作为监控、协调、指挥的依据；按照“数出一门、分类采集、集中存放、授权共享”的数据管理原则，通过基础数据库的建设为数据共享提供技术基础。为保证实现数据共享的技术基础，基础数据库按照统一的数据模型进行结构设计，按数据应用属性分为若干主题库，可以结合应用系统建设按主题库分步实施。基础数据库主要目的在于按照业务职能划分数据库，将基础数据、应用数据
8、整合在同一个数据平台上；进一步，在建设基础数据库的基础上，将来建立数据集市和数据仓库系统。基础数据库按数据类型能够分为：实时/历史数据库、事件数据库、管理数据库。（数据库的分类要统一）所有这些数据库必须基于统一的数据模型进行设计。数据共享是建设数据中心的主要目的之一。数据的共享是通过统一数据访问接口来完成。下图给出了统一数据访问接口的管理与使用方法。统一数据访问接口的管理与使用方法4. 统一信息整合平台信息整合以内容管理为基础，对各种文本、图像、声音和视频信号等非结构化信息进行收集、确认、批准、整理、定位、转换、分发、更新、存档等管理，形成非结构化信息资源的管理体系，从而实现矿山各部门的各种非
9、结构化信息的存储、共享、应用和更新。 内容搜索引擎 这是内容管理系统的核心功能模块，帮助用户快速查找所需内容。 内容管理模块 提供对内容管理过程的支持，如下几个主要功能子模块：（1）内容创建和编辑，包括实现各种数据、信息、文档和程序的获取并提供创建内容的协作工具，如文档和网页制作工具、数据转换工具等；（2）内容的个性化。这是内容管理区别于传统文档管理的重要特征，包括根据用户喜好进行操作的“用户控制个性化”、根据内容相关性的“数据控制个性化”等；（3）存档管理：实现安全存贮、管理各种形式的内容；（4）工作流模块：实现用户自定义的流程和基于角色的流程控制、流程审批等；（5）安全控制：主要完成数据库
10、安全控制、加密、拷贝和传播限制等功能；（6）生命周期管理：主要实现对内容版本的控制，如多版本控制、版本跟踪功能。 信息发布建立矿山的信息集成、管理、发布、访问、使用的统一信息发布共享机制，对矿山的信息资源实施整合，形成统一的信息资源体系。 协作交流建立BBS、在线讨论、即时消息、视频会议等实时沟通工具；提供包括电子邮件在内的诸如信息发布通知、会议通知、网上文件共享等协作工具。5. 基于业务流程的应用整合基于实时数据库系统整合矿山的孤岛自动化系统，建设综合一体化的矿井安全生产实时监控平台，这是矿山企业生产调度指挥系统的基础；进一步，实现安全生产实时数据与矿井经营管理数据的整合，提升关键应用系统，
11、基于统一的矿山信息门户实现企业的应用集成与门户集成。 矿山应用整合技术数字矿山建设的另一个重要方面就是把所有的要素和所有业务流程中涉及的资源都连接起来，以保证工作流程无缝执行，并更有效率。我们把矿山业务流程中的控制部分提取到业务流程层，这样它就可以重新建模、重复使用，从而协调所有的人员、应用程序和系统组件更高效的工作。这也是矿山信息系统整合的重要驱动力。业务流程的建立涉及四大要素：第一是建模，分析并捕捉业务流程；第二是管理，管理流程与员工和系统连接的手段；第三是执行引擎，执行定义好的业务流程；最后是报表。通过业务流程参考标准给出矿山企业主要业务的流程与系统集成规范，解决流程问题由计算机部门而不
12、是业务部门处理的现状。 矿井监测监控系统整合随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井都装备了矿井监测监控系统，并且在开采设备、提升以及运输、洗选等方面也加强了自动化系统的建设。系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率，但是对系统的选择、使用、维护提出了更高的要求，这必须从监测监控系统的软件技术和功能、硬件及接口技术的可靠性和兼容性、传感器技术的稳定性和可靠性诸多方面进行综合考虑与分析。总的来说，目前矿井监测监控系统中存在的主要问题包括：（1）通信协议不规范由于现有厂家的监控系统几乎都采用各自专用通信协议，所以，很难找到两个
13、相互兼容的系统。目前，信息传输系统的兼容性已成为装备监控系统的各集团公司、矿井进一步扩展和扩充系统功能的制约因素，主要是用户在装备了某厂家的系统后，在众多型号、价格不同、功能各具特色的监控系统的软件、硬件（如分站）的扩展以及服务等方面，就别无选择地依赖于这个厂家。有些矿井为了安全生产的需要，在系统存在严重问题和得不到技术服务的条件下，不得不废弃原有系统而另外选择其他的系统。因此，通信协议不规范的后果是造成设备重复购置、系统扩展受制于人和不能随意进行软硬件升级改造。（2）井下传输设备物理接口协议不规范井下传输设备物理接口协议不规范也是制约用户进一步扩展和扩充系统功能的关键因素。如KJF2000和
14、KJ4/KJ2000系统，尽管两种系统均采用FSK技术，以及信息传输波特率均为1200bps或2400bps，但其传输信息的调制频率不同和传输信息的收发电压幅值不同也造成这两种系统的分站不能兼容。（3）现场管理和维护困难一方面部分煤矿由于缺乏专业技术人员而不能正常使用和维护已装备的系统，甚至对系统配接的传感器根本不进行调校。另一方面，部分系统管理与维护功能较弱，也是关键因素。由于矿井的工作面不断变化，要求对监测监控系统进行定期的维护与管理，并且互不兼容的多个系统更加造成维护与管理的难度。（4）厂家升级服务水平有待提高大大小小的系统生产厂家的不断出现，出现生产企业的系统研发后劲不足、技术支持能力
15、降低，最终将影响产品用户的正常使用。此外，由于煤矿监测监控系统涉及计算机的软硬件技术和网络化管理技术、系统传输设备的软硬件技术、各种传感器技术、系统的完善和升级改造技术、技术支持和服务能力等综合性技术，国内的很多厂商还不具备这种全面的能力。从以上的分析我们确定监测监控系统整合的关键是统一的监测监控平台软件建设。矿井监测监控系统的中心站软件平台是矿井自动化系统实现可扩展、易维护的基础。因此，实现统一的矿井监测监控系统软件平台对于解决矿井监测监控系统的不兼容、难维护、平台混乱、不易扩展具有重要意义。此外，软件平台不仅能实现监测监控，而且研究开发根据监测环境地点的参数进行有效的危险性判别、分析和决策
16、支持。6. 统一信息呈现门户数字矿山的门户建设是面向矿山各类信息系统的展现的整合，利用门户技术向矿山下属员工提供统一用户管理、统一的界面、统一的风格的一体化办公平台；从而通过门户实现对分散的信息源和应用系统的集中管理。数字矿山的统一信息呈现门户技术特点如下： 一站式访问将分散异构的信息孤岛资源通过统一的门户界面整合到统一的访问入口，实现各种信息资源的跨数据库、跨系统平台的无缝接入和集成；通过门户界面，访问矿山范围内的授权信息。 单点登录用户可以用单点登录的方式访问自己得到授权的信息源和应用系统，无需记忆多种登录过程、ID或口令，提高工作效率。 个性化定制根据用户的特点、喜好和角色的不同，为特定
17、用户提供量身定做的访问关键业务信息的安全通道和个性化应用界面。 安全门户系统作为用户唯一的系统入口，用户的各种信息基本都在网上进行交互，需要建立访问安全，数据安全、接入安全和管理安全。此外，矿山信息系统应在统一的安全支撑、服务支撑、标准支撑和管理支撑平台上开发运行，是整合平台框架体系的运行基础，将支撑体系统一整合到信息资源管理平台作为一个整体，使矿山信息系统协调运转。其中安全支撑主要提供统一的用户管理与授权服务、安全认证与审计服务；服务支撑提供统一资源管理与目录服务，实现信息资源的接入以及用户管理、统一的分级分类授权等一系列管理；标准支撑主要提供标准化代码、统一数据字典、数据交换格式以及接口标准；管理支撑主要提供版本管理、项目管理、运维管理，由于数字矿山建设过程中，项目延续时间长，涉及到众多应用系统及数据管理方式，建立统一的版本管理与项目管理机制，对工程的顺利进展和成功有重要意义。