CN117710133A - 一种智慧数字矿山平台构建方法及平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智慧数字矿山平台构建方法及平台，包括地表三维模型建立、地下三维模型建立、年度动态储量监测模型建立、二维一张图模型建立、矿山视频监控系统建立、车辆定位模型建立、矿石进出场检斤称重系统建立、矿山环境监测系统建立、智慧数字矿山平台搭建，本发明能够为矿山技术与生产管理提供信息化工具，并且具有矿山视频监控、车辆定位、矿石进出场检斤称重、矿山环境监测，可对矿区范围内的关键地区进行实时视频监控、对矿山车辆进行实时定位、对所有进出场矿车称重、对矿山环境进行实时调取监测数据，便于根据实际生产情况进行灵活的调度，覆盖范围更加广泛，具备较高的调度灵活性和广泛性。
Description
技术领域
本发明涉及矿山系统技术领域，具体是指一种智慧数字矿山平台构建方法及平台。
背景技术
随着现代化工业的迅速发展，对矿山的管理也逐渐数字化，可对矿山整体进行有效监管和调控，由计算机网络管理的管控一体化系统，它综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，使企业实现整体协调优化，在保障企业可持续发展的前提下，达到提高其整体效益、市场竞争力和适应能力的目的。数字矿山的最终目标是实现矿山的综合自动化；现有的数字化矿山系统只能够对开采、配矿和人员管理进行监管和控制，不能做到有效对生产进行灵活的调度和监管，并且现有的数字化矿山系统覆盖范围比较局限，无法达到全面覆盖，因此在调度过程中，容易产生盲区，从而影响实际生产的灵活调度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种智慧数字矿山平台构建方法，包括以下步骤：
(1)地表三维模型建立
(1.1)外业无人机数据采集
使用具备RTK定位精度的无人机设备，对矿山进行航拍数据采集，具体为：以矿界为基准范围做外扩200米缓冲区，以该缓冲区作为无人机数据采集范围；地面使用RTK采集控制点坐标，控制点必须均匀布置在无人机数据采集范围内，控制点坐标高程要求使用正常高；
(1.2)内业影像数据整理
检查无人机影像数据的完整性与质量，检查无人机POS数据和RTK控制点数据的完整性与精度，对于合格数据，整理后按固定命名规则存放，对于不合格数据需要外业补充采集；
(1.3)无人机数据补充采集
对不合格的无人机及控制点数据进行补充采集，同时对于未覆盖采集区范围的地区也需要补充采集；
(1.4)三维模型建立
使用外业收集到的无人机影像数据、无人机POS数据和RTK控制点数据进行三维模型建立工作，首先进行空中三角测量，建立空三模型并评价精度，空三模型满足精度后，建立矿区地表三维模型并充填纹理，最终模型生成3Dtiles切片格式；
(2)地下三维模型建立
(2.1)原始数据收集
收集矿区内地表基础地质报告及图件、地下钻孔资料、开发利用方案及图件、年度储量监测报告及图件；
(2.2)原始数据筛选
在收集到的原始数据基础上进行筛选，在现实性和精度上有所平衡，最终选择一套具备地表地质图和地下钻孔的数据集合，用于三维地质建模；
(2.3)原始数据标准化及入库
建立并统一矿区内地质体、岩性、花纹的标准，对地表地质图和钻孔资料进行标准化，所有数据按照标准要求录入数据库；
(2.4)模型建立
将地质图中等高线部分转换为DTM表面，建立具备起伏效果的表面模型，再根据地质界线裁剪DTM表面，并赋值对应地质体的花纹，全部完成后，形成地表地质模型；
将标准化后的钻孔数据空间化，在三维空间中展布，通过钻孔岩性的编录数据，进行地下地质体连线工作，完成连线工作后，根据连线建立不规则三角面，在根据多个不规则三角面，圈地地质实体，每个地质实体赋值对应的花纹，最终合并为一整个地质体模型；
(3)年度动态储量监测模型建立
根据开发利用方案和年度储量监测数据，分年度建立地下三维矿体模型，此模型仅建立矿体即可，无需建立夹石及其他地质体模型；
(4)二维一张图模型建立
(4.1)数据准备及整理
需要收集矿区界线、矿区地质图、路网数据、遥感影像数据以及矿体地表平面投影数据；将所有关系数据数据都整理为空间化的二维数据。
(4.2)一张图模型建立
将二维空间化数据按照遥感影像数据、路网数据、矿区地质图、矿区界线、矿体地表平面投影数据的顺序从下而上依次排列，使用GIS技术手段叠加，椭球体选择CGCS2000，空间参考系使用web墨卡托投影，建立矿区二维一张图模型，用于矿区区域性展示使用；
(5)矿山视频监控系统建立
在矿区范围内的关键地区架设摄像头，用于监控矿区内情况，摄像头数据通过视频流形式传输至视频服务器内，在步骤(1)中建立的三维模型上使用摄像头图标来标记摄像头位置，并设置点击功能，点击后弹出实时监控视频；
(6)车辆定位模型建立
(6.1)车辆GPS安装
为矿山车辆安装车载GPS硬件设备，GPS要接在车辆长流电上，防止车辆熄火后GPS没有供电导致定位和车辆状态数据无法发送；
(6.2)车辆GPS定位接入
将车辆GPS数据通过运营商网络发送至GPS服务器中，平台通过TCP接口请求得到GPS经纬度位置信息，使用坐标投影的思路，将经纬度转换为步骤(1)中三维模型所使用的平面坐标，并将矿车以3D车辆模型的式样叠加展示在步骤(1)中三维模型之上；
(6.3)车载视频接入
GPS设备中包括车载视频功能，以视频流的形式通过运营商网络传输至GPS服务器中，其他模块可以通过TCP接口调用到这些视频；
(6.4)电子围栏设定
根据实际需要设置电子围栏范围，范围必须支持手动经纬度输入和上传shp文件两种方式，设置好围栏范围后，需要设置围栏规则，包括进出报警逻辑设定和时间报警逻辑设定，最后将电子围栏与车辆挂钩；
(6.5)车辆报警
包括车辆状态报警、疲劳驾驶报警、超速报警、电子围栏报警，车辆报警信息通过TCP接口，在步骤(1)中地表三维模型上实时显示，并且给相应的管理人员发送报警短信；
(7)矿石进出场检斤称重系统建立
建立矿石进出场检斤系统，所有进出场矿车必须称重，将检斤数据存放在检斤服务器上，步骤(1)中地表三维模型通过TCP接口，实时调取矿石进出场信息，并展示在三维模型右侧。
(8)矿山环境监测系统建立
在矿山重要地点安装环境监测设备，监测数据通过运营商网络发送至环境监测服务器，步骤(1)中地表三维模型通过TCP接口，实时调取监测数据，并展示在三维模型中；
(9)智慧数字矿山平台搭建
搭建智慧数字矿山平台，平台要包括上述步骤(1)-步骤(8)模块或系统，智慧数字矿山平台使用独立服务器，与其他步骤(1)-步骤(8)模块或系统分离，使用TCP接口相互调用。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明结合了地质、测绘、地理信息系统、软件开发等学科专业，提供一种全新、高效、完整的智慧数字矿山平台，能够为矿山技术与生产管理提供信息化工具，并且具有矿山视频监控、车辆定位、矿石进出场检斤称重、矿山环境监测，可对矿区范围内的关键地区进行实时视频监控、对矿山车辆进行实时定位、对所有进出场矿车称重、对矿山环境进行实时调取监测数据，便于根据实际生产情况进行灵活的调度，覆盖范围更加广泛，具备较高的调度灵活性和广泛性。
附图说明
图1是本发明中地表三维模型效果图。
图2是本发明中空间化后的钻孔数据。
图3是本发明中地下三维地质模型。
图4是本发明中矿车在三维模型中实时显示位置。
图5是本发明中一种智慧数字矿山平台的连接示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例：
一种智慧数字矿山平台构建方法，包括以下步骤：
(1)地表三维模型建立
(1.1)外业无人机数据采集
使用具备RTK定位精度的无人机设备，对矿山进行航拍数据采集，以矿界为基准范围做外扩200米缓冲区，以该缓冲区作为无人机数据采集范围。无人机若为单镜头设备时，采集数据需使用十字交叉法，镜头倾斜设置60°角度拍摄。无人机设备若为5镜头时，无需使用十字交叉法，按照镜头固有角度拍摄即可。地面使用RTK采集控制点坐标，控制点必须均匀布置在无人机数据采集范围内，控制点坐标高程要求使用正常高。
(1.2)内业影像数据整理
检查无人机影像数据的完整性与质量，检查无人机POS数据和RTK控制点数据的完整性与精度，对于合格数据，整理后按固定命名规则存放，对于不合格数据需要外业补充采集。
(1.3)无人机数据补充采集
对不合格的无人机及控制点数据进行补充采集，对于未覆盖采集区范围的地区也需要补充采集。
(1.4)三维模型建立
使用外业收集到的无人机影像数据、无人机POS数据和RTK控制点数据进行三维模型建立工作，首先进行空中三角测量，建立空三模型并评价精度，空三模型满足精度后，建立矿区地表三维模型并充填纹理，最终模型生成3Dtiles切片格式，如图1所示。
(2)地下三维模型建立
(2.1)原始数据收集
需要收集矿区内地表基础地质报告及图件，地下钻孔资料，开发利用方案及图件，年度储量监测报告及图件。
(2.2)原始数据筛选
在收集到的原始数据基础上进行筛选，在现实性和精度上有所平衡，最终选择一套具备地表地质图和地下钻孔的数据集合，用于三维地质建模。
(2.3)原始数据标准化及入库
建立并统一矿区内地质体、岩性、花纹的标准，对地表地质图和钻孔资料进行标准化，所有数据按照标准要求录入数据库，如图2所示。
(2.4)模型建立
将地质图中等高线部分转换为DTM表面，建立具备起伏效果的表面模型，再根据地质界线裁剪DTM表面，并赋值对应地质体的花纹，全部完成后，形成地表地质模型。
将标准化后的钻孔数据空间化，在三维空间中展布，通过钻孔岩性的编录数据，进行地下地质体连线工作，连线包括地质体之间界线，矿体与围岩界线，矿体与夹石界线。对于矿体来说，钻孔外围区域，需要做勘探线间隔四分之一长度的外推。完成连线工作后，根据连线建立不规则三角面，在根据多个不规则三角面，圈地地质实体，每个地质实体赋值对应的花纹，最终合并为一整个地质体模型，如图3所示。步骤(1)中地表三维模型通过点击地下按钮，切换至地下三维模型。
(3)年度动态储量监测模型建立
根据开发利用方案和年度储量监测数据，分年度建立地下三维矿体模型，此模型仅建立矿体即可，无需建立夹石及其他地质体模型。年度矿体模型，用于动态反应矿山开采情况。
(4)二维一张图模型建立
(4.1)数据准备及整理
需要收集矿区界线、矿区地质图、路网数据、遥感影像数据、矿体地表平面投影数据。将所有关系数据数据都整理为空间化的二维数据。
(4.2)一张图模型建立
将二维空间化数据按照遥感影像数据、路网数据、矿区地质图、矿区界线、矿体地表平面投影数据的顺序从下而上依次排列，使用GIS技术手段叠加，椭球体选择CGCS2000，空间参考系使用web墨卡托投影，建立矿区二维一张图模型，用于矿区区域性展示使用。二维模型与三维模型的区别是，三维模型注重矿区范围内的细节，二维模型注重矿区在区域上的分布情况。
(5)矿山视频监控系统建立
在矿区范围内的关键地区架设摄像头，用于监控矿区内情况，摄像头数据通过视频流形式传输至视频服务器内，在步骤(1)中建立的三维模型上使用摄像头图标来标记摄像头位置，并设置点击功能，点击后弹出实时监控视频。摄像头图标必须指示拍摄方向，与实际情况保持一致。
(6)车辆定位模型建立
(6.1)车辆GPS安装
为矿山车辆安装车载GPS硬件设备，GPS要接在车辆长流电上，防止车辆熄火后GPS没有供电导致定位和车辆状态数据无法发送。
(6.2)车辆GPS定位接入
将车辆GPS数据通过运营商网络发送至GPS服务器中，平台通过TCP接口请求得到GPS经纬度位置信息，使用坐标投影的思路，将经纬度转换为步骤(1)中三维模型所使用的平面坐标，并将矿车以3D车辆模型的式样叠加展示在步骤(1)中三维模型之上。矿车位置更新频率设置为2次/秒，此时在三维模型中矿车可以实时显示正确位置，如图4所示。点击矿车图标，应弹出矿车基本信息描述框，包括但不限于：车辆编号、车牌号、车辆状态、油耗状态、车辆实时速度、车辆经纬度、当日运行里程等。
(6.3)车载视频接入
GPS设备中包括车载视频功能，以视频流的形式通过运营商网络传输至GPS服务器中，其他模块可以通过TCP接口调用到这些视频。在地表三维模型中点击矿车图标时，设置展示车内视频情况的按钮。
(6.4)电子围栏设定
根据实际需要设置电子围栏范围，范围必须支持手动经纬度输入和上传shp文件两种方式，设置好围栏范围后，需要设置围栏规则，包括进出报警逻辑设定和时间报警逻辑设定，最后将电子围栏与车辆挂钩。
(6.5)车辆报警
包括车辆状态报警、疲劳驾驶报警、超速报警、电子围栏报警等，车辆报警信息通过TCP接口，在步骤(1)中地表三维模型上实时显示，并且给相应的管理人员发送报警短信。
(7)矿石进出场检斤称重系统建立
建立矿石进出场检斤系统，所有进出场矿车必须称重，将检斤数据存放在检斤服务器上，步骤(1)中地表三维模型通过TCP接口，实时调取矿石进出场信息，并展示在三维模型右侧。
(8)矿山环境监测系统建立
在矿山重要地点安装环境监测设备，监测项目包括但不限于PM2.5、PM10、噪声、温度、湿度、风向、风力、TSP、大气压等，监测数据通过运营商网络发送至环境监测服务器，步骤(1)中地表三维模型通过TCP接口，实时调取监测数据，并展示在三维模型中。
(9)智慧数字矿山平台搭建
搭建智慧数字矿山平台，平台要包括上述1-8模块或系统，智慧数字矿山平台使用独立服务器，与其他1-8模块或系统分离，使用TCP接口相互调用，如图5所示。
如图5所示，基于上述内容，本实施例还公开了一种智慧数字矿山平台，包括核心交换器、与核心交换机连接的智慧绿色矿山平台服务器、地表三维模块、地下三维模块、动态储量模块、视频服务器、车辆服务器、二维模块、环境服务器；所述地表三维模块用于存储并显示地表三维模型，所述地下三维模块用于存储并显示地下三维模型，所述动态储量模块用于存储年度储量监测数据；所述视频服务器通过交换机连接若干摄像头；所述车辆服务器通过5G数据连接若干车载GPS设备；所述二维模块用于存储矿区二维一张图模型；所述环境服务器通过交换机连接若干环境监测设备。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种智慧数字矿山平台构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)地表三维模型建立
(1.1)外业无人机数据采集
使用具备RTK定位精度的无人机设备，对矿山进行航拍数据采集，具体为：以矿界为基准范围做外扩200米缓冲区，以该缓冲区作为无人机数据采集范围；地面使用RTK采集控制点坐标，控制点必须均匀布置在无人机数据采集范围内，控制点坐标高程要求使用正常高；
(1.2)内业影像数据整理
检查无人机影像数据的完整性与质量，检查无人机POS数据和RTK控制点数据的完整性与精度，对于合格数据，整理后按固定命名规则存放，对于不合格数据需要外业补充采集；
(1.3)无人机数据补充采集
对不合格的无人机及控制点数据进行补充采集，同时对于未覆盖采集区范围的地区也需要补充采集；
(1.4)三维模型建立
使用外业收集到的无人机影像数据、无人机POS数据和RTK控制点数据进行三维模型建立工作，首先进行空中三角测量，建立空三模型并评价精度，空三模型满足精度后，建立矿区地表三维模型并充填纹理，最终模型生成3Dtiles切片格式；
(2)地下三维模型建立
(2.1)原始数据收集
收集矿区内地表基础地质报告及图件、地下钻孔资料、开发利用方案及图件、年度储量监测报告及图件；
(2.2)原始数据筛选
在收集到的原始数据基础上进行筛选，在现实性和精度上有所平衡，最终选择一套具备地表地质图和地下钻孔的数据集合，用于三维地质建模；
(2.3)原始数据标准化及入库
建立并统一矿区内地质体、岩性、花纹的标准，对地表地质图和钻孔资料进行标准化，所有数据按照标准要求录入数据库；
(2.4)模型建立
将地质图中等高线部分转换为DTM表面，建立具备起伏效果的表面模型，再根据地质界线裁剪DTM表面，并赋值对应地质体的花纹，全部完成后，形成地表地质模型；
将标准化后的钻孔数据空间化，在三维空间中展布，通过钻孔岩性的编录数据，进行地下地质体连线工作，完成连线工作后，根据连线建立不规则三角面，在根据多个不规则三角面，圈地地质实体，每个地质实体赋值对应的花纹，最终合并为一整个地质体模型；
(3)年度动态储量监测模型建立
根据开发利用方案和年度储量监测数据，分年度建立地下三维矿体模型，此模型仅建立矿体即可，无需建立夹石及其他地质体模型；
(4)二维一张图模型建立
(4.1)数据准备及整理
需要收集矿区界线、矿区地质图、路网数据、遥感影像数据以及矿体地表平面投影数据；将所有关系数据数据都整理为空间化的二维数据。
(4.2)一张图模型建立
将二维空间化数据按照遥感影像数据、路网数据、矿区地质图、矿区界线、矿体地表平面投影数据的顺序从下而上依次排列，使用GIS技术手段叠加，椭球体选择CGCS2000，空间参考系使用web墨卡托投影，建立矿区二维一张图模型，用于矿区区域性展示使用；
(5)矿山视频监控系统建立
在矿区范围内的关键地区架设摄像头，用于监控矿区内情况，摄像头数据通过视频流形式传输至视频服务器内，在步骤(1)中建立的三维模型上使用摄像头图标来标记摄像头位置，并设置点击功能，点击后弹出实时监控视频；
(6)车辆定位模型建立
(6.1)车辆GPS安装
为矿山车辆安装车载GPS硬件设备，GPS要接在车辆长流电上，防止车辆熄火后GPS没有供电导致定位和车辆状态数据无法发送；
(6.2)车辆GPS定位接入
将车辆GPS数据通过运营商网络发送至GPS服务器中，平台通过TCP接口请求得到GPS经纬度位置信息，使用坐标投影的思路，将经纬度转换为步骤(1)中三维模型所使用的平面坐标，并将矿车以3D车辆模型的式样叠加展示在步骤(1)中三维模型之上；
(6.3)车载视频接入
GPS设备中包括车载视频功能，以视频流的形式通过运营商网络传输至GPS服务器中，其他模块可以通过TCP接口调用到这些视频；
(6.4)电子围栏设定
根据实际需要设置电子围栏范围，范围必须支持手动经纬度输入和上传shp文件两种方式，设置好围栏范围后，需要设置围栏规则，包括进出报警逻辑设定和时间报警逻辑设定，最后将电子围栏与车辆挂钩；
(6.5)车辆报警
包括车辆状态报警、疲劳驾驶报警、超速报警、电子围栏报警，车辆报警信息通过TCP接口，在步骤(1)中地表三维模型上实时显示，并且给相应的管理人员发送报警短信；
(7)矿石进出场检斤称重系统建立
建立矿石进出场检斤系统，所有进出场矿车必须称重，将检斤数据存放在检斤服务器上，步骤(1)中地表三维模型通过TCP接口，实时调取矿石进出场信息，并展示在三维模型右侧。
(8)矿山环境监测系统建立
在矿山重要地点安装环境监测设备，监测数据通过运营商网络发送至环境监测服务器，步骤(1)中地表三维模型通过TCP接口，实时调取监测数据，并展示在三维模型中；
(9)智慧数字矿山平台搭建
搭建智慧数字矿山平台，平台要包括上述步骤(1)-步骤(8)模块或系统，智慧数字矿山平台使用独立服务器，与其他步骤(1)-步骤(8)模块或系统分离，使用TCP接口相互调用。
2.根据权利要求1所述的一种智慧数字矿山平台构建方法，其特征在于，步骤(1.1)中，无人机若为单镜头设备时，采集数据需使用十字交叉法，镜头倾斜设置60°角度拍摄。无人机设备若为5镜头时，无需使用十字交叉法，按照镜头固有角度拍摄即可。
3.根据权利要求1所述的一种智慧数字矿山平台构建方法，其特征在于，步骤(2.4)中，连线包括地质体之间界线、矿体与围岩界线、矿体与夹石界线；对于矿体来说，钻孔外围区域，需要做勘探线间隔四分之一长度的外推。
4.根据权利要求1所述的一种智慧数字矿山平台构建方法，其特征在于，步骤(5)中，摄像头图标必须指示拍摄方向，与实际情况保持一致。
5.根据权利要求1所述的一种智慧数字矿山平台构建方法，其特征在于，步骤(6.2)中，矿车位置更新频率设置为2次/秒，此时在三维模型中矿车可以实时显示正确位置。
6.根据权利要求1所述的一种智慧数字矿山平台构建方法，其特征在于，步骤(6.2)中，点击矿车图标，弹出矿车基本信息描述框，包括：车辆编号、车牌号、车辆状态、油耗状态、车辆实时速度、车辆经纬度、当日运行里程。
7.根据权利要求1所述的一种智慧数字矿山平台构建方法，其特征在于，步骤(6.3)中，在地表三维模型中点击矿车图标时，设置展示车内视频情况的按钮。
8.根据权利要求1所述的一种智慧数字矿山平台构建方法，其特征在于，步骤(8)中，监测项目包括：PM2.5、PM10、噪声、温度、湿度、风向、风力、TSP、大气压。
9.一种智慧数字矿山平台，其特征在于，包括核心交换器、与核心交换机连接的智慧绿色矿山平台服务器、地表三维模块、地下三维模块、动态储量模块、视频服务器、车辆服务器、二维模块、环境服务器；所述地表三维模块用于存储并显示地表三维模型，所述地下三维模块用于存储并显示地下三维模型，所述动态储量模块用于存储年度储量监测数据；所述视频服务器通过交换机连接若干摄像头；所述车辆服务器通过5G数据连接若干车载GPS设备；所述二维模块用于存储矿区二维一张图模型；所述环境服务器通过交换机连接若干环境监测设备。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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