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引言：

天瑞信科（河南）數(shù)字科技有限公司成立于2015年，是由中國(guó)五百?gòu)?qiáng)企業(yè)天瑞集團(tuán)股份有限公司投資成立的一家專業(yè)從事軟件研發(fā)、智能制造解決方案及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)研發(fā)運(yùn)營(yíng)有關(guān)的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)和軟件企業(yè)。天瑞信科“天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)”獲選2022年工信部跨行業(yè)跨領(lǐng)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，這是河南省獲選的第一家“雙跨”平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了河南工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)躋身“國(guó)家隊(duì)”的新突破。

依托天瑞集團(tuán)水泥、煤焦化、鋼鐵、鑄造多產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢(shì)及成熟的智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)研發(fā)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，打造國(guó)內(nèi)領(lǐng)先工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)示范標(biāo)桿，為傳統(tǒng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供整套解決方案，助力傳統(tǒng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。 

一、項(xiàng)目概況

根據(jù)露天非金屬礦山企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求，結(jié)合行業(yè)痛點(diǎn)，通過(guò)對(duì)礦山穿、爆、裝、運(yùn)、卸等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)長(zhǎng)期跟蹤調(diào)研，全流程收集分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用信息化、數(shù)字化、智能化手段，對(duì)礦山資源開采、生產(chǎn)計(jì)劃、爆破流程、車鏟調(diào)度、品位搭配、裝卸計(jì)量、安全管理等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行流程優(yōu)化與管控，解決傳統(tǒng)礦山數(shù)字化程度低、生產(chǎn)數(shù)據(jù)遺失、業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)分散不互通的難題，實(shí)現(xiàn)礦山資源開采的數(shù)字化、安全生產(chǎn)的智能化以及智能管控的集成化。

1. 項(xiàng)目背景

自2015年以來(lái)，國(guó)家及地方出臺(tái)多部智能礦山建設(shè)政策、指導(dǎo)意見及行業(yè)規(guī)范，其中包含《中國(guó)制造2025》、《砂石行業(yè)綠色礦山建設(shè)規(guī)范》（DZ/T 0316-2018）、《水泥灰?guī)r綠色礦山建設(shè)規(guī)范》（DZ/T 0318-2018） 、《河南省非煤礦山智能化建設(shè)實(shí)施方案（試行）》等，支持并積極引導(dǎo)煤礦及非煤礦山向智能化發(fā)展，同時(shí)，在科技、產(chǎn)業(yè)和金融等方面給與全方位支持。作為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，助力礦山低碳、綠色發(fā)展的重要手段，政策明確推進(jìn)礦業(yè)領(lǐng)域科技創(chuàng)新，加快建設(shè)數(shù)字化、智能化、信息化、自動(dòng)化礦山，推進(jìn)節(jié)能減排，將智慧礦山建設(shè)提升到新的高度。

當(dāng)前我國(guó)露天礦?智能化建設(shè)僅實(shí)現(xiàn)了部分環(huán)節(jié)的?動(dòng)化、數(shù)字化，且各環(huán)節(jié)基本處于相對(duì)隔離的獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，信息數(shù)據(jù)孤立未實(shí)現(xiàn)共享互通，隨著大數(shù)據(jù)、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使得數(shù)據(jù)采集及共享更加便捷，為本方案的研發(fā)實(shí)施提供了有力的技術(shù)支撐。

2. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

智慧礦山一體化平臺(tái)面向生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理，融合5G、數(shù)字采礦、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影、WEBGIS、無(wú)人駕駛等前沿技術(shù)，通過(guò)管理對(duì)象的全聯(lián)接、數(shù)據(jù)的全融合，實(shí)現(xiàn)礦山資源開采、穿孔爆破、車鏟調(diào)度、品位搭配、裝卸計(jì)量、安全管理等全過(guò)程的可視、可管、可控，幫助礦山企業(yè)打造安全、智能、高效的智慧礦山運(yùn)營(yíng)模式。

圖 1 露天非金屬礦山作業(yè)全流程

3. 項(xiàng)目目標(biāo)

（1）切實(shí)解決礦山安全生產(chǎn)過(guò)程中的行業(yè)痛點(diǎn)問(wèn)題

圖 2 傳統(tǒng)露天礦山企業(yè)五大痛點(diǎn)

（2）助力礦山企業(yè)完成綠色礦山、智慧礦山建設(shè)

圖 3 政府部門對(duì)礦山綠色化、智能化建設(shè)要求

二、項(xiàng)目實(shí)施概況

1. 項(xiàng)目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容

（1）項(xiàng)目總體架構(gòu)

項(xiàng)目采用端、邊、云的技術(shù)架構(gòu)，云端部署應(yīng)用服務(wù)，邊緣端部署 AI 算法和無(wú)人駕駛算法服務(wù)，端邊通過(guò) 5G/4G 通訊協(xié)議接入視頻監(jiān)控、無(wú)人駕駛系統(tǒng)、無(wú)人值守計(jì)量系統(tǒng)、路測(cè)單元設(shè)備等。

圖 4 項(xiàng)目總體架構(gòu)圖

（2）依托的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)創(chuàng)建于2018年，是天瑞信科（河南）數(shù)字科技有限公司基于天瑞集團(tuán)三十多年的制造經(jīng)驗(yàn)打造的國(guó)家“跨行業(yè)跨領(lǐng)域”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。天信平臺(tái)致力于為不同行業(yè)和規(guī)模的企業(yè)提供基于場(chǎng)景生態(tài)的、低成本、低門檻、高效率、高可靠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型服務(wù)，目前共在北京、河南、山西、陜西、安徽、江蘇、天津等省市落地14家區(qū)域公司，賦能外部工業(yè)企業(yè)101673家，內(nèi)部企業(yè)67家。

圖 5 天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)圖

2. 網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)或安全互聯(lián)架構(gòu)

（1）技術(shù)架構(gòu)

我們?nèi)诤?G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、無(wú)人駕駛等前端主流技術(shù)，通過(guò)天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)、數(shù)字孿生平臺(tái)、工業(yè)算法平臺(tái)提供一系列服務(wù)模型，為智慧礦山頂層應(yīng)用提供服務(wù)支撐。

圖 6 項(xiàng)目技術(shù)架構(gòu)圖

（2）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

礦山開采現(xiàn)場(chǎng)采用5G網(wǎng)絡(luò)鏈接遠(yuǎn)程挖機(jī)、無(wú)人駕駛車輛、工業(yè)采集網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸至礦山數(shù)據(jù)中心為礦山調(diào)度智慧中心提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)鏈接云端標(biāo)識(shí)解析、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、AI工場(chǎng)等云端支持平臺(tái)。

圖 7 項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3. 具體應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用模式

（1）資源開采的數(shù)字化

礦山數(shù)字化為智慧礦山建設(shè)的前提，資源開采數(shù)字化是礦山數(shù)字化建設(shè)的重要組成部分及一系列開采工序智能化的基礎(chǔ)。

本方案利用 3DMine 礦業(yè)軟件依據(jù)原始地勘資料進(jìn)行三維數(shù)字化地質(zhì)建模，創(chuàng)建礦山鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)并生成能夠真實(shí)反映礦石賦存形態(tài)的三維礦體模型、真實(shí)反映礦石品位分布的塊體模型，為穿孔爆破精準(zhǔn)化、品位配礦精細(xì)化、儲(chǔ)量計(jì)算便捷化創(chuàng)造了前提。

圖 8 三維地質(zhì)建模流程及作用

（2）調(diào)度作業(yè)智能化

通過(guò)移動(dòng)端 APP，礦山管理人員可隨時(shí)隨地下發(fā)、變更及結(jié)束調(diào)度任務(wù)，通過(guò)自研的裝卸驗(yàn)證設(shè)備終端及高精 GPS 北斗定位設(shè)備可獲取車輛的實(shí)際裝卸地點(diǎn)及精確的裝卸車時(shí)間，生成報(bào)表數(shù)據(jù)，對(duì)于無(wú)任務(wù)車輛及未按任務(wù)地點(diǎn)裝卸車輛進(jìn)行標(biāo)記或計(jì)量時(shí)予與控制，有效避免私拉亂卸現(xiàn)象。系統(tǒng)對(duì)報(bào)表歷史數(shù)據(jù)中的裝卸耗時(shí)、車鏟搭配、運(yùn)距等進(jìn)行分析，并反饋與管理人員，作為調(diào)度決策的依據(jù)。

圖 9 調(diào)度作業(yè)流程優(yōu)化

（3）智能精細(xì)化配礦

不同品位爆堆之間進(jìn)行配礦時(shí)，通過(guò)算法模型，在滿足生產(chǎn)指標(biāo)的前提下，低品位礦石盡量多用，高品位礦石盡量少用，從而達(dá)到資源利用最大化的目標(biāo)。模型支持自選爆堆、推薦爆堆，隨著歷史數(shù)據(jù)的積累，可支持自動(dòng)任務(wù)下發(fā)及車輛分配。

圖 10 精細(xì)化配礦原理圖

（4）AI安全工單系統(tǒng)

在原有監(jiān)控設(shè)備上部署 AI 識(shí)別算法，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)安全區(qū)域、重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行情景識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)對(duì)入侵、穿戴、脫崗、煙塵、料位、石塊過(guò)大等事件的精準(zhǔn)識(shí)別，并與工單聯(lián)動(dòng)，出現(xiàn)異常立即向相關(guān)人員手機(jī)端 App 推送工單，縮短響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)安全管理的智能化。

圖 11 工單系統(tǒng)原理圖

（5）生產(chǎn)過(guò)程控制

作為任務(wù)下發(fā)和配礦的最小單元，爆堆的生成必須經(jīng)過(guò)鉆孔、質(zhì)檢、爆破流程，本方案可實(shí)現(xiàn)對(duì)流程的強(qiáng)管控，從而保證爆堆礦量和品位數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。采面作為爆堆的上級(jí)單元，其創(chuàng)建受到生產(chǎn)計(jì)劃的嚴(yán)格控制，只有計(jì)劃內(nèi)的采區(qū)、臺(tái)階上才可創(chuàng)建采面，通過(guò)該方式反向控制生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行。

圖 12 生產(chǎn)過(guò)程管控原理圖

（6）資源管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)可直觀展示品位分布模型、終了模型、年度生產(chǎn)計(jì)劃模型及年度、月度計(jì)劃執(zhí)行情況，并展示礦山儲(chǔ)量、資源利用情況，幫助礦山管理人員更直觀、全局的掌握礦山資源情況。

圖 13 資源管理系統(tǒng)界面

（7）設(shè)備管理系統(tǒng)

作為礦山生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)檔案，如運(yùn)輸車、挖機(jī)、破碎機(jī)、攝像頭、邊坡檢測(cè)點(diǎn)、裝卸驗(yàn)證設(shè)備等，通過(guò)接口對(duì)接可實(shí)時(shí)展示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并與工單聯(lián)動(dòng)，出現(xiàn)異常立即向相關(guān)人員手機(jī)端 App 推送工單。

圖 14 設(shè)備管理系統(tǒng)功能

（8）WebGis一張圖管理

首頁(yè) WebGis 地圖不只是三維設(shè)計(jì)初級(jí)階段的可視化模型，而是載有各類信息的數(shù)字綜合體，包括實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息、車輛運(yùn)行軌跡、采面信息、視頻監(jiān)控、邊坡預(yù)警信息等，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程高度集成化的一張圖管理。

圖 15 WebGis首頁(yè)圖

安全及可靠性

利用天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)安全網(wǎng)閘通過(guò)身份認(rèn)證、傳輸加密、認(rèn)證授權(quán)、協(xié)議過(guò)濾、安全監(jiān)測(cè)等手段為智慧礦山一體化平臺(tái)提供安全防護(hù)。

圖 16 天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)安全架構(gòu)圖

三、下一步實(shí)施計(jì)劃

1. 更全面的推廣

目前方案已在多家石灰石礦山應(yīng)用實(shí)施，方案還適用于露天金屬礦山、露天煤礦、各類石料采石場(chǎng)以及礦山生態(tài)修復(fù)治理等，下一步將進(jìn)行更全面的推廣。

圖 17 已推廣應(yīng)用礦山分布圖

2. 更深入的研發(fā)

在滿足各類露天礦山應(yīng)用需求的同時(shí)，進(jìn)一步深入研發(fā)井工地下礦山的智能化建設(shè)。

圖 18 已研發(fā)完成的井下礦山集控中心

四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果

1. 項(xiàng)目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)

智能配礦：自研AI配礦算法，滿足配礦指標(biāo)前提下，盡可能提高低品位礦石利用率，實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化。

智能調(diào)度：通過(guò)AI算法綜合處理運(yùn)距、車速、裝卸車時(shí)間、等待時(shí)間等參數(shù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)車不等鏟，鏟不等車。

計(jì)劃爆破流程管控：設(shè)置生產(chǎn)計(jì)劃及爆破流程管控機(jī)制，非計(jì)劃內(nèi)采區(qū)、臺(tái)階無(wú)法創(chuàng)建采面，爆破必須采集鉆孔質(zhì)檢數(shù)據(jù)并錄入，確保爆堆礦量和品味的準(zhǔn)確性。

裝卸地點(diǎn)強(qiáng)管控：利用自研的2.4g射頻裝卸驗(yàn)證設(shè)備，配合高精GPS定位設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸車裝卸地點(diǎn)的強(qiáng)管控，杜絕了私拉亂卸現(xiàn)象。

無(wú)人值守計(jì)量：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量，并可對(duì)不按任務(wù)地點(diǎn)裝卸車輛進(jìn)行校驗(yàn)，私拉亂卸車輛無(wú)法過(guò)磅。

智能AI算法：在傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備上部署AI算法模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)卸料口料位、石塊過(guò)大等事件的智能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常自動(dòng)生成工單，杜絕了非計(jì)劃停機(jī)現(xiàn)象。

WebGis一張圖管理：三維可視化地圖是載有各類生產(chǎn)設(shè)備信息的載體，包括破碎機(jī)、監(jiān)控設(shè)備、邊坡檢測(cè)設(shè)備、各類車輛等，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的一張圖管理。

2. 實(shí)施效果

以鄭州某年產(chǎn)900萬(wàn)噸石灰石礦山企業(yè)為例，項(xiàng)目上線后各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)明顯改觀，上線以來(lái)累計(jì)為客戶創(chuàng)造收益約4450萬(wàn)元。

該項(xiàng)目已在多家礦山企業(yè)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用試點(diǎn)和復(fù)制推廣，部分礦山已正式運(yùn)行兩年以上，并助力7家礦山企業(yè)完成省級(jí)綠色礦山驗(yàn)收，6家礦山企業(yè)完成國(guó)家級(jí)綠色礦山驗(yàn)收。