2023创新信息技术助力矿山安全生产

中国矿业大学（北京）能源安全产业技术研究院 创新信息科技助力矿山安全生产 2021年4月1 1中国矿业大学（北京）能源安全产业技术研究院是北京市与中国矿业大学（北京）联合共建单位联合共建单位，接受中关村科技园区管理委员会的监督管理，主要承担国家能源与安全领域的重大科技研发项目，专注于基础性研究、前瞻性研究、专题性研究和重要政策解读，并通过引入市场化市场化机构联合运营机构联合运营，更加真实地反映市场的声音以及与全球领先的民营智库开展对话交流，通过整合优质智力资源，通中外之变化，发思想之先声。研究院将有效整合校内外资源，积极开展各类有效合作，承担国家科研条件平台建设、国家科技重大专项、国家相关部委的科技及产业化项目、产业技术研究院与企业联合共建技术研发中心、联合实验室、中试基地、遴选和评估适合在京落地的产业化项目。产业 研究 能源 安全 创新 研讨 圆桌 峰会 咨询 培训 能源安全产业技术研究院简介产学研高校/企业产业研究院行业客户课题组/项目组技术论证专项研究项目项目研发成果分享 输出组建输出承建成果落地研究院联合运营机制矿山智能化背景创新技术与矿山应用示例智能矿山安全综合管控平台如何开展建设大数据移动应用物联网云计算信息化创新技术“五架马车”今天在“数字化”“智慧化”前沿云计算、大数据、物联网、移动应用、人工智能等创新技术正成为动力强劲的火车头矿山安全生产迎来新的工具手段和管理模式人工智能创新科技促进安全生产创新科技走向实用BDACE硬件成本大幅降低服务器存储设备小型化，性能上升，价格不到10年前1/10；GPU服务器为CPU服务器算力20倍，加速人工智能落地卡脖子技术越来越少开源操作系统、数据库逐步商业化，AI、物联网芯片大量国产化并得到应用；高端芯片、工业设计软件等仍落后，但不影响工业级应用行业标准不断产生国家主管部门高度重视，安全监测类、重大设备联网类、智能矿山建设类国家、行业、团体标准得到健全并在实践中不断深化云计算让资源有效共享公有云服务让IT投入”分期付款”，私有云使企业各部门、多厂矿共享IT资源，提高投入产出比，同时开发运维一体化模式大大减少专业人员依赖，降低运维成本人才队伍壮大院校大数据、人工智能等专业设置，多梯队人才涌向市场，专业化服务科技公司得到市场认可创新科技推动矿山智能化发展生产技术：炮采、普采、简单机械管理模式：单矿型、粗放型信息技术：手工、表格生产技术：机械化普及、单机自动化组织模式：公司制、集团化、专业分工信息技术：专业系统、MES、ERP.生产技术：综合自动化、井下少人组织模式：产业链延长信息技术：平台化、系统融合生产技术：智能化、井下无人组织方式：工业互联信息技术：创新技术的应用原始阶段初级阶段中级阶段高级阶段智能化的最高形态“无人作业”数字化转型和创新技术的应用是智能化目标达成的基数字化转型和创新技术的应用是智能化目标达成的基础础关于加快煤矿智能化发展的指导意见，开启煤矿智能化建设元年198020052000201020122020安全与绿色是未来竞争基石产业链延长高度协同从提供产品到提供服务无人少人化/更高效率更低成本安全与绿色是基石绿色矿山/智能矿山建设与产能释放等挂钩应引起企业管理者足够的重视！矿山智能化背景创新技术与矿山应用示例智能矿山安全综合管控平台如何开展建设云计算技术物联网技术大数据技术人工智能技术 云计算是分布式计算的一种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后，通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户 云服务是与信息技术、软件、互联网相关的一种服务，这种计算资源共享池叫做“云”，云计算把许多计算资源集合起来，通过软件实现自动化管理，让计算能力、存储空间和专业化服务等资源被快速提供，同时不受时间和空间的限制云计算与云服务云计算与云服务根据当前业务规模需要申请对应资源，日后在不中止系统运行的前提下，动态扩展CPU算力、存储和网络带宽等资源动态扩展动态扩展云服务的特点和优势如下：所有应用运行在单独的隔离环境，由云管平台调度共享的物理资源，实现波峰波谷的负载均衡虚拟化技术虚拟化技术云计算通过计算资源池化，使得计算资源并不依赖于单一系统的高可靠性，通过集群技术，保证系统整体的高可靠性可靠性高可靠性高如使用公有云服务，年付费约为自建1/31/5，减轻一次性投入成本负担；如自建私有云，可用合并同类需求，提高硬件资源使用率，提高投入产出性价比高性价比高目前云管平台技术非常成熟且有大量的维护工具，降低了配置和管理的难度，不需要开发人员接入普通用户即可维护可维护性高可维护性高云服务类型 云服务类型分为三类，即基础设施即服务基础设施即服务（IaaS）、平台即服务平台即服务（PaaS）和软件即服务软件即服务（SaaS）。这3种云计算服务有时称为云计算堆栈，因为它们构建堆栈，位于彼此之上云服务类型 平台软件为开发人员提供通过网络构建应用程序和服务的平台，为开发、测试和管理软件应用程序提供按需开发环境如：数据中台、GIS平台、物联网平台、矿山智能中台等通过网络提供按需软件付费应用程序，云计算提供商托管和管理软件应用程序，并允许其用户连接到应用程序并通过全球互联网访问应用程序如：如教育云、医疗云、安监云、萤石监控云等 基础设施向云计算提供商的个人或组织提供虚拟化计算资源，如虚拟机、存储、网络和操作系统如：阿里云、腾讯云、华为云及自建私有云向上支撑公有云：适合小规模企业，IT力量薄弱 优点：即时开通按需付费，一次性投入小，容易运维 缺点：数据安全性保密性不高，与工控现场结合不紧密，现场数据采集需构建物联网 适用场景：办公管理类应用（包括移动OA、视频会议、培训教育等）及安全等专业分析类服务企业如何上云按照部署和投入方式，企业获得云服务有公有云、私有云和混合云三种模式企业一旦有机房建设（采购服务器、存储）、大规模建设软件应用等需求时，应优先考虑采用云技术在定制开发与成熟的云应用（SaaS）之间选择时，应优先考虑云应用私有云：适合集团型企业，有独立的IT管理部门 优点：形成固定资产，按年折旧比公有云有优势，数据安全性和私密性高，与现场结合紧密 缺点：需整体规划按需扩容，一次性投入大，IT运维要求高 适用场景：安全生产专业类应用（包括生产自动化、安全监管、生产调度、运销管理系统等）混合云：兼顾两种云部署模式的优点 安全生产类专业应用自建私有云，办公类应用或分析类服务采购成熟的公有云服务并进行数据集成华电煤业集团云案例服务类型IaaS及部分PaaS建设特点级联私有云为主、混合云为辅投资规模2000-3000（比各单位自建机房节约一半）实施范围集团本部（北京）、陕西、山西和内蒙等下级企业支撑能力为全集团及下属厂矿提供所有应用运行所需的网络、计算及存储环境，覆盖煤炭生产能力5000万吨设计年限8年郑州智慧岛行业云案例服务类型IaaS/PaaS/SaaS三层全覆盖建设特点行业私有云、企业公有云投资规模1-2亿元实施范围郑州智慧岛支撑能力为全省煤矿提供在线的安全、环保、设备在线诊断、服务协同等公有云服务设计年限5年云计算技术物联网技术大数据技术人工智能技术万物联网 物联网是指通过信息传感设备（如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外线感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术），按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能，是信息科技产业的第三次革命，是互联网的应用拓展什么是物联网（IoT）物联网应用关键技术感知层：矿用传感器精度/稳定性传输层：无线通信网络局部自组网ZigBee/蓝牙/Lora/WiFi：组网灵活，不依赖运营商窄带物联网NB-IoT：广覆盖，多连接，低功耗，低成本5G物联网：高带宽、多连接、低延迟应用层：管理平台设备、网络在线管理/应用开发接口（配置、监测、控制）物联网技术在矿山安全领域的典型应用可拆卸智能传感器传感与自诊断物联网模块长距离信号中继器（传感端）长距离信号中继器（采集端）数据采集核心处理单元高精度网络时钟同步模块感知层传输层矿山安全监测分析云服务平台地压监测数据采集与分析系统地压监测数据采集与发布主机地压监测三维管控平台应用层物联网技术在矿山安全领域的典型应用监测原理岩体变形破坏过程岩体变形破坏过程中伴随着裂纹产生、扩展、中伴随着裂纹产生、扩展、摩擦、能量积聚，以应力波的形式摩擦、能量积聚，以应力波的形式释放能量释放能量，产生微震事件产生微震事件，进而，进而推测岩体内发生变形或破坏的位置及程度推测岩体内发生变形或破坏的位置及程度。系统功能测量地应力分布状态、分析节理裂隙发育、实时监测采场来压、指导采矿安全作业测量地应力分布状态、分析节理裂隙发育、实时监测采场来压、指导采矿安全作业中矿金业罗山金矿地压监测系统中矿金业罗山金矿地压监测系统普朗铜矿开采过程地压监测普朗铜矿开采过程地压监测 新疆亚克斯黄山铜镍矿地压监测系统新疆亚克斯黄山铜镍矿地压监测系统湖北兴发兴隆磷矿地压监测系统湖北兴发兴隆磷矿地压监测系统广西珊瑚钨矿地压监测系统广西珊瑚钨矿地压监测系统寿王坟铜矿采空区地压监测系统寿王坟铜矿采空区地压监测系统物联网技术在矿山安全领域的典型应用利用物联网技术对安全监管核心要素（人、机、环）进行一张图集成可视化管控人员监测要素：身份识别、位置等设备监测要素：温度、震动、噪音等环境监测要素：地形、有害气体、地压、透水、火灾、粉尘等物联网技术在矿山安全领域的典型应用利用物联网技术对安全监管核心要素（人、机、环）进行一张图集成可视化管控人员监测要素：身份识别、位置等设备监测要素：温度、震动、噪音等环境监测要素：地形、有害气体、地压、透水、火灾、粉尘等云计算技术物联网技术大数据技术人工智能技术大数据概念 大数据是一个完整的生态体系，从数据的产生、采集、加工、汇总、展现、挖掘、推送等方面形成了一个闭环的价值链，并且通过每个环节的多种技术处理后，为所在业务场景提供有价值的应用和服务应用和服务大数据数据价值链闭环式管理大数据技术组成大数据技术应用特点 大数据给我们带来了前所未有的新思维（大、杂、快，IBM提出4V）：大数据的数据量够“大”，够“杂”，来源广泛，格式五花八门，用户需要从大量的数据里提炼出有价值的数据，个体数据的精确性不再重要，重要的是大多数数据群共同指出的结论；大数据的数据非常“快”，数据产生得快，数据增加得快，数据随时间的折旧也快，数据的时效性成为关键 大数据给各行各业带来变革性机会，但真正的运用仍处于发展初级阶段，与传统数据分析方法和思维模式有较大区别数据体量巨大PB级-EB级-ZB级数据类型多样文本/图像/视频/音频价值密度低商业价值高速度要求快大数据4V特性对比传统方法大数据方法数据采集手段采样数据全局数据数据源单数据源多数据源整合判断方法基于主管因果假设机械穷举相关关系演绎方法孤立的推算方法大数据+小算法+上下文+知识积累分析方法描述性分析预测性和处方性分析对产出的预期绝对的精准性更重要实时性更重要大数据方法与传统方法的对比大数据分析在地压监测的应用云计算技术物联网技术大数据技术人工智能技术 人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，研究领域包括知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等方面。简单理解，人工智能应用的主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。人工智能（AI）人工智能人工智能关键技术算法模型准确率/响应速度集成模式边缘计算/云计算机器学习平台准确率人工智能技术框架及应用视频拼接通过人工智能图像处理技术，将同一位置不同角度的摄像头视频内容进行拼接，形成全景视频基于视频识别的异常情景实时捕捉 利用人工智能图像识别技术，可对特定的情景进行识别，如车辆交通违规、人员着装不规范/行为不安全、皮带运输出现异物、着火冒烟等环境异常。通过目标物特征对目标身份进行确认，并截图取证基