數字化礦井關鍵技術.docx

數字化礦井關鍵技術1門戶技術 管理信息系統(tǒng)使用單位較廣，人員較多，信息連續(xù)性較強，如何將這些重要信息進行有序處理，并能將不同信息分發(fā)到不同權限的人員，可視化信息門戶是很好的一種解決方案?？梢暬畔㈤T戶是建立在地理信息系統(tǒng)和Internet/Intranet技術之上的企業(yè)集成應用門戶，它無縫集成了企業(yè)的多種應用，為企業(yè)提供了一個跨越多種分散的、內部和外部的信息處理過程的系統(tǒng)鏈，并對企業(yè)的信息進行有序、可控的管理。 綜合信息化系統(tǒng)采用可視化信息門戶技術，使得系統(tǒng)結構清晰，使用者通過統(tǒng)一的信息門戶訪問所授權的應用系統(tǒng)，加強了對系統(tǒng)信息和人員使用的管理?？梢暬瘧瞄T戶將GIS、與VR(Virtual Reality結合起來，通過信息交換模塊與企業(yè)的其他業(yè)務系統(tǒng)融合在一起，利用可視化分析工具（如專題圖應用、可視化分析、預警等）實現煤炭開采與動態(tài)分析的可視化應用。從而實現單點登陸，全面應用。2應用中間件 管理信息系統(tǒng)具有應用多，資源共享、互通互聯的需求強，系統(tǒng)中技術多而復雜等特點，需要采用企業(yè)應用集成（EAI）技術進行管理，而應用中間件正是解決這個問題所必需的技術。采用中間件技術，可以將應用之外的系統(tǒng)基礎框架從系統(tǒng)開發(fā)中獨立出來，使用成熟的中間件產品進行管理，規(guī)避開發(fā)風險。采用支持開發(fā)、集成、部署和管理大型分布式Web應用、網絡應用和數據庫應用的服務器以及信息應用門戶、數據采集以及數據信息交換平臺等成熟中間件，使整個系統(tǒng)的體系結構能夠充分滿足開發(fā)和部署系統(tǒng)的要求。數據集成平臺中間件數據集成平臺中間件是企業(yè)內部或企業(yè)之間利用Intranet或Internet進行數據集成的中間件，為數據庫、文件系統(tǒng)以及應用程序等異構數據源提供包含提取、轉換、傳輸和存儲等操作的數據集成服務。系統(tǒng)通過消息通信、FTP等多種傳輸方式，可以自動、方便、快捷地實現數據的復制和上傳下達，完成基于數據的應用集成。異構數據交換中間件由服務器和客戶端組成，其中客戶端可以是專用的圖形界面工具，也可以是用戶的應用程序。實際應用的場景由數據發(fā)送端和數據接收端組成，在兩端中，服務器分別承擔不同的角色，即用于發(fā)送或接受。下圖是數據集成平臺的結構圖：1) 服務器端 數據集成平臺中間件的服務器是數據集成系統(tǒng)的核心，其功能包括如下幾個方面： 完成數據的發(fā)送、轉換和接收； 監(jiān)聽并處理客戶端請求； 監(jiān)聽并處理其他服務器的請求，這樣用戶可以通過一個服務器實現對另一個服務器的遠程控制； 管理相關對象，如任務、適配器、渠道、數據源、數據處理插件等。2) 客戶端 數據集成平臺中間件的客戶端是一個功能強大的、具備友好圖形界面的前端工具，利用它，用戶可以完成： 對具體服務器的操縱。如啟動、關閉、設置發(fā)送服務器服務，定義、管理任務，查看日志信息等功能。對任務的操縱是通過向導方式進行的，通過它可以方便地生成數據發(fā)送或接收任務。 對流程的定義和監(jiān)控。一個數據流程一般涉及到多個服務器。利用客戶端工具，可以定義涉及到多個服務器的數據流程，并將流程的定義部署到相關的服務器上，自動形成發(fā)送或接收任務。同時，用戶也可以通過客戶端工具對流程進行監(jiān)控，如檢查流程的運行狀態(tài)，中止或重新啟動流程等。3) 功能與特點 異構數據源轉換：支持多種類型的數據作為信息交換的對象，如關系數據庫的數據、XML文件，格式化文本文件，普通文件，以及工控數據等。 增量數據復制：提供對于關系數據庫中數據的增量復制功能，并支持基于觸發(fā)器和快照的兩種方式，用戶可以根據系統(tǒng)條件和需要進行選擇。 靈活的數據加工：當數據傳輸雙方對數據的格式、模式等要求不一致時，可以通過中間件的數據處理插件進行靈活的數據轉換。與適配器類似，數據插件是一種軟件模塊，可以根據用戶的特殊要求，按照中間件提供的數據訪問接口對中間件服務器發(fā)送或接收到的數據進行加工。 安全可靠的數據傳輸：通過CA認證、數據加密等在多種方式保證數據傳輸的安全性，通過支持可靠的數據傳輸方式，如MSMQ，保證數據傳輸的可靠性。 操作的自動化：支持數據提取、轉換、傳輸和加載全過程的操作，通過任務定義的方式定義數據處理流程，完成在各種網絡條件下的數據復制和傳送操作。任務可以手工執(zhí)行和自動執(zhí)行。 對XML的有效支持：XML已經成為數據表示和交換的國際標準。數據交換中間件提供了對XML的有效支持，包括：支持XML類型的數據源，支持XML格式的數據處理插件接口，以及支持中間數據的XML格式。 支持數據傳輸流程：一次完整的數據傳輸過程可能涉及到多個單位，因而涉及到多個數據交換中間件服務器。這樣的傳輸過程成為傳輸流程，它規(guī)定了參與數據流轉的服務器、數據在服務器之間傳輸的次序等。數據交換中間件客戶端工具不但可用于管理具體的服務器，也可用于定義數據流程，監(jiān)控數據流程等。 數據沖突解決：數據交換中間件為數據匯總和數據交換中的數據沖突問題提供了完善的解決方案，如自動添加特征字段、舍棄或接收發(fā)送沖突的數據等。 日志和性能監(jiān)控：數據交換中間件提供了強大的日志和性能監(jiān)控功能，可以對操作進行審計，檢查服務器的運行狀況。4) 可接入數據系統(tǒng) 通用數據庫系統(tǒng)Oracle、SQLServer、DB2、Sybase、MySQL等 工業(yè)控制系統(tǒng)GE、Holleywell、Rockwell、浙大中控等 專用業(yè)務系統(tǒng)ERP、CRM、SCM等 特殊應用系統(tǒng)通過編寫專用接口程序，實現數據的集成門戶服務器中間件 礦井管理信息系統(tǒng)的使用單位較廣，人員較多，信息連續(xù)性較強，如何將這些重要信息進行有序處理，并能將不同信息分發(fā)到不同權限的人員，可視化信息門戶是很好的一種解決方案。可視化信息門戶是建立在地理信息系統(tǒng)和Internet/Intranet技術之上的企業(yè)集成應用門戶，它無縫集成了企業(yè)的多種應用，為企業(yè)提供了一個跨越多種分散的、內部和外部的信息處理過程的系統(tǒng)鏈，并對企業(yè)的信息進行有序、可控的管理。 系統(tǒng)采用可視化信息門戶技術，使得系統(tǒng)結構清晰，使用者通過統(tǒng)一的信息門戶訪問所授權的應用系統(tǒng)，加強了對系統(tǒng)信息和人員使用的管理?？梢暬瘧瞄T戶將GIS、與VR(Virtual Reality結合起來，通過信息交換模塊與企業(yè)的其他業(yè)務系統(tǒng)融合在一起，利用可視化分析工具（如專題圖應用、可視化分析、預警等）實現煤炭開采與動態(tài)分析的可視化應用。1） 系統(tǒng)結構2） 技術特點： 基于J2EE技術架構； 應用“工廠”設計模式； 可擴展的分布式元數據管理體系； GIS與VR(Virtual Reality與可視化技術綜合應用 系統(tǒng)功能的模塊化、組件化和個性化，可輕松實現功能擴充；3） 系統(tǒng)功能： 系統(tǒng)配置與權限管理部分，包括功能樹管理，用戶管理、角色管理、表單輸出管理、曲線配置管理等。 輸入功能部分，包括用戶登錄、權限驗證、功能樹加載、用戶界面加載、地圖數據加載，功能條件的加載等。 輸出功能部分，包括通用的報表輸出、可視化曲線輸出和專題應用分析等。報表工具中間件 報表工具是一個專用于生成統(tǒng)計圖表工具軟件，用于報表樣式的制作、數據的提取、表內的計算和打印。它通過ODBC接口從各種類型的數據庫中提取數據，從而實現了對后端數據庫的透明訪問，利用它可以動態(tài)定義各種類型的報表，而在此之前需要通過修改源碼才能做到，因此可以降低后期的維護費用。生成的報表可以存放成Excel、Pdf格式，供用戶進一步修改、保存、打印。1） 主要功能 系統(tǒng)的功能模塊包括樣式和圖表的制作、查詢的定義、表內公式的定義三大部分。樣式的制作包括設置字體、顏色、對齊方式、數值格式、圖案、表格線以及打印方式等。圖表提供了將報表中的數據以圖形的方式直觀的顯示出來的功能。表內公式完成對表內數據的求和、求平均值等。定義查詢就是針對具體的需求利用SQL語句將數據從業(yè)務數據庫中提取出來，這是本系統(tǒng)的核心部分，同時提供了查詢變量的定義和引用的功能，并實現了參數化查詢。2） 輸出格式 報表工具可以將系統(tǒng)所生存成的報表以多種格式輸出，包括：PDF、XML、EXCEL、RTF、CSV、SVG、文本等，方便用戶對報表進行進一步的處理。電子表單中間件 電子表單是基于WEB方式的、在Internet或Intranet范圍內實施電子化表單設計、集中管理、分發(fā)、填寫、收集處理的多渠道、多樣式數據采集系統(tǒng)。1） 主要功能：支持線上或離線填寫電子表格；支持填報者使用一般瀏覽器填寫及提交電子表格；支持在Windows、Unix、Macintosh等不同平臺使用電子表格填寫軟件；支持于填報電子表格時插入附加檔案；電子表格系統(tǒng)必須支持 Unicode能在同一張電子表格顯示中、英文字及接受在同一個字段輸入中、英文字。亦可將Unicode資料傳送到其它系統(tǒng)相關系的系統(tǒng)繼續(xù)操作；支持多種途徑提交電子表格；網頁上載（HTTP）；電子郵件（SMTP）；能將收回的電子表格上資料自動傳送（以XML交換）到其它系統(tǒng)例如工作流系統(tǒng)，數據庫等；以W3C的XML格式為基礎建設的系統(tǒng)較佳；能與一般數據庫兼容，例如Oracle 、MS、 SQL等；支持JDBC和ODBC。2） 技術特點 （1）基于W3C Xforms 標準，表單采用XML格式存儲 基于W3C Xforms標準，用XML表示表單，使得表單工具更加國際化，通用性更強。 能夠輸出多種格式的表單 可以被解釋成多種宿主語言格式，比如Html格式，PDF格式，WML格式等，從而實現一次設計，多次使用，而且不同格式的表單對應的后臺應用是相同的。 設備無關性 可以在多種設備上使用，并能夠實現多種設備之間的交互，比如PC，PDA等。 表單數據和收集這些數據的表單控件完全分離 每個表單模板可以跟不同的數據模型綁定，實現數據輸出。每個數據模型也可以跟不同的表單模板綁定，實現數據顯示。傳統(tǒng)的開發(fā)方法將比較麻煩而且非常浪費時間，采用表單工具的數據與表單分離的特性，只要為每個應用單位設計不同的表單模板，采用同樣一個數據模型就可以實現了。 數據與表單分離實現了顯示和邏輯的分離 當用戶的后臺邏輯處理發(fā)生改變時，只需調整輸出的數據和處理規(guī)則就可以了，根本不需要考慮這些數據是怎么顯示的，當用戶需要調整顯示頁面的時候，也只需改變表單模板就可以了，后臺的程序根本不用改變。 表單提交的數據也是用XML格式表示的，這消除了使用應用程序在后臺編寫特定的服務端應用（邏輯）來解析客戶端提交的數據。接收到的XML實例數據可以直接生效并被后臺應用程序處理。 內置數據校驗機制 系統(tǒng)內置了大量的數據校驗機制，比如字符校驗，數字校驗，日期校驗，自定義模板校驗等，用戶只需要選擇相關的校驗方法和校驗規(guī)則就可以實現常用的數據校驗了。 支持數據域之間的動態(tài)依賴計算 可以在表單上實現數據域之間的動態(tài)依賴計算，實現表單數據的統(tǒng)計功能，設計工具提供了設置動態(tài)依賴計算的功能，使用非常方便，靈活； 支持自定義的JavaScript校驗、計算以及其他功能 每個控件都提供了相應的JavaScript出發(fā)事件，表單設計人員可以通過在相應的時間中編寫JavaScript代碼，實現自定義的校驗、計算以及其他功能。設計工具自帶了一個JavaScript編輯器，支持語法識別和高亮度顯示。 能夠通過讀取多種數據源初始化表單 可以直接從數據庫，XML文件，文本文件獲取數據，對表單進行初始化。 支持多條記錄的輸入和處理 提供了一個table控件，支持最終用戶在使用表單時可以輸入多條記錄，刪除、增加記錄等功能。 支持多種平臺 表單用xml格式描述，通過表單服務器解釋成適合各種平臺的格式，所以很好的實現了跨平臺的要求。3 數據庫技術數據庫結構設計數據庫是管理信息系統(tǒng)建設的基礎，經過幾十年的技術水平提高和學術研究的不斷進步，數據庫設計已經形成了一套成型的理論和方法。在管理信息系統(tǒng)的建設中，應采取成熟的數據庫設計模式，以數據庫設計范式為設計準則，避免因結構設計不合理導致數據插入刪除異常，或數據不一致，并根據各個表的使用頻度、表容量來綜合平衡數據冗余和效率之間的關系。合理建立視圖、索引、觸發(fā)器和數據約束等，綜合考慮查詢速度、增刪改速度和查詢語句復雜度導致的效率問題，取得最優(yōu)化的結果；對數據量較大的表，精簡主表內容，采取獨立表空間，獨立索引空間，倒排索引，水平表分割和人工索引等多種方式提高數據訪問速度，優(yōu)化數據庫的性能，并將經常修改的當期業(yè)務記錄和主要用于查詢檢索的歷史業(yè)務信息分開建表，提高效率。建立一套完整的安全生產數據庫體系。在這個體系里數據庫有劃分為關系數據庫（安全生產類、管理信息類）、空間數據庫（地理信息系統(tǒng)類）、實時數據庫（自動控制類）。其結構為集中式數據庫和分布式數據庫共存，集中式數據庫中存儲元數據和共享數據，分布式數據庫中存儲基本業(yè)務數據。在不同層次和不同業(yè)務的數據庫之間可以實現信息傳遞和資源共享。確保數據庫結構與網絡結構的一致性。例如，對于實時查詢、實時修改的數據元素，可以通過本地數據庫或實時網絡連接的遠地數據庫存取、維護；對于非實時的數據訪問，可按照用戶授權級別請求訪問。編制分系統(tǒng)、子系統(tǒng)和全系統(tǒng)數據字典。確保設計方案中的各層次數據庫之間的一致性。對于各個數據庫中涉及的同一個數據項，在設計時必須是一致的，這一點在數據復制、數據編檔及儲存、數據倉庫及應用開發(fā)中必須予以考慮。明確定義機構及其以上各層應用和用戶所需的數據元素，從而保證這些數據在網絡節(jié)點上可以采用全時網絡連接來維護。定義清楚有實時事務處理的數據元素，并保證這些數據是在本地數據庫中維護或通過全時連接的網絡從其它節(jié)點立即存取。在輔助參數表的設計上，需要遵守國家相關部委的有關標準，以及相關方面的代碼表、行業(yè)規(guī)范和各項準則。對于已形成統(tǒng)一規(guī)范的代碼表，如設備編碼等，采用該規(guī)范編碼結構作為系統(tǒng)代碼表的結構；并為其它代碼建立參照表，以便未來業(yè)務和應用的擴展。在數據庫功能設計上，按照礦井管理信息系統(tǒng)的應用需求，要能夠存儲各類數據、視頻、音頻等多媒體資料、能夠按照處理流程進行雙向、單向的數據調用。根據應用需求，數據庫能夠能管理和存儲1年的當前數據和5年的歷史數據。數據庫性能設計數據庫系統(tǒng)必須具有較高的可維護性和可擴充性，以保證新的需求和應用可以很容易地增加到已有系統(tǒng)中，而不需要對已有的數據庫體系結構和應用系統(tǒng)做太大的改動。各種大型關系數據庫管理軟件，如Oracle、SqlServer、DB2等都在系統(tǒng)一級提供了多種數據性能優(yōu)化方法，如表空間管理、索引空間管理、控制塊大小設置、緩沖池設置、存檔模式設置以及一些系統(tǒng)參數的設置等等，合理配置這些參數將可能使數據庫整體性能提高10%-20%，這些參數的配置，只有總體原則可參考，并沒有固定的最優(yōu)配置方法，主要是根據系統(tǒng)的具體需求，依靠實施人員的經驗來決定如何配置。4系統(tǒng)技術層次架構系統(tǒng)是一個多層次的技術體系結構，其結構圖如下：系統(tǒng)共劃分為四個層次、三個體系。依次為信息基礎設施層，數據庫層，數據整合層，用戶應用平臺層。多種通信模式的通信體系，日常生產與應急處理組織體系、身份認證與安全保證