監管系統的礦產資源論文范文

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1系統原理

隨著礦山生產管理技術水平的提高，地理信息系統（GeographicInformationSystem，GIS）作為信息技術的一個重要組成部分，已開始應用于礦山［1］。礦產資源開發遠程綜合監管系統將GIS和物聯網技術相結合，以GIS為管理平臺，構建基于人員、生產車輛、采礦設備、運輸軌道車輛、關鍵生產區和井下移動設施等傳感設備間的物聯網絡，建立礦業權、井下人員設備定位、地面全球定位系統（GlobalPositionSystem，GPS）定位、視頻、三維建模等數據庫，實現礦山礦界管理、井下采掘監控、礦山視頻監控、儲量動態管理等功能，建立覆蓋全市的礦產資源開發遠程綜合監管平臺和數據庫，為礦產資源管理、保護和合理利用提供信息支撐。

2系統總體設計

2．1系統框架

礦產資源開發遠程綜合監管系統由數據中心、服務平臺、應用和服務組成。整個系統涉及數據采集、業務應用等多個方面，圍繞綜合數據庫實現查詢統計、監管、綜合應用、數據管理等應用，實現信息集聚、預警監測、輔助決策、網上管理、查詢統計等功能。該系統采用B／A／S三層結構的方式，即客戶瀏覽器（Browser）／應用服務器（Application）／數據庫服務器（Server）方式，分別對應處理用戶界面邏輯（描述邏輯）、應用處理邏輯（業務邏輯）和數據邏輯3個層次。系統由數據采集層、網絡層、數據層、平臺層、應用層、安全保障體系、標準規范體系構成。（1）數據采集層。依托于礦山物聯網采集人員定位系統坐標數據、產量數據、視頻數據、GPS數據等。（2）網絡層。數據通過互聯網或國土資源專網傳輸，支撐數據采集、業務系統運行。（3）數據層。以礦山監管各類數據為核心，依托成熟的數據庫管理系統和GIS數據管理平臺建立數據中心，有礦政管理數據庫、礦山監管數據庫、平臺支撐數據庫等，提供系統運行所需的數據支撐。數據包括MapGIS的礦山地形地質圖、井上井下對照圖、采掘工程平面圖、礦層底板等高線及儲量計算平面圖等。（4）平臺層。基于三維建模與可視化、GIS技術、物聯網技術等建設系統基礎平臺和運行平臺。（5）應用層。在業務層上，圍繞礦管、地勘、執法等礦政管理部門的礦業權審批、礦業權監管、執法監察等礦政管理需要，建設監管系統。（6）安全保障體系。安全保障體系為網絡層、數據層、平臺層、應用層等層次提供安全保障。（7）標準規范體系。在數據采集、傳輸、存儲、處理、信息輸出以及信息系統開發和應用、網絡建設、信息安全等相關工作中實施標準化管理。

2．2空間數據庫建立

由于系統是基于GIS平臺開發的，所以空間數據庫是最基礎的部分。空間數據庫的建立是通過對圖形數據分層、建立屬性數據庫以及空間索引進行的。物聯網中的數據具有海量、多源、動態、異構、分散等特點，為了同時聚集和分析幾種不同類型的記錄來取得信息的全貌，必須對異構的物聯網信息進行有效的聚合，才能保證物物感知交互的進行［2］。利用空間數據與屬性數據全關系型數據庫的管理方式來構建空間數據庫，通過ArcSDE空間數據引擎，把GIS與關系數據庫集成起來，從而實現空間數據與屬性數據的無縫集成和一體化存儲管理。礦山端為礦山生產數據，分為產量數據、視頻數據、地下礦山井下人員軌跡數據、露天礦設備軌跡數據，這些數據都為生產原始數據；數據采集系統部署在礦端，由硬件和軟件系統組成，其中地下礦山的數據采集通過讀取人員定位系統數據實現，露天礦在采礦挖掘機上安裝GPS設備直接采集軌跡數據；生產數據經采集發送后，由數據中心接收和保存，形成礦產綜合監管數據，礦產綜合監管數據由用戶系統進行處理和加工，然后在GIS軟件中進行展示。

3子系統建設

礦產資源開發遠程綜合監管系統由8個子系統構成，分別為井下采掘遠程監控系統、露天礦山采掘GPS遠程監控系統、礦山產量遠程監控系統、礦山視頻遠程監控系統、礦產資源開發管理信息系統、通信系統、手機短信服務和預警系統。

3．1井下采掘遠程監控系統

井下采掘遠程監控系統和露天礦山采掘GPS遠程監控系統的設計原理是采用物聯網和GPS定位技術，對開采設備和工作人員位置、軌跡進行遠程監測，以判定是否越層越界開采［3］。井下采掘遠程監控系統主要由RFID射頻卡、定位分站、通信分站、傳輸接口、礦山監控服務器、數據交換組件、通信總站、數據傳輸網絡等組成。利用傳感器與無線組網技術，以節點的形式采集數據，以網絡的形式傳遞信息［4］。通過為井下工作人員和設備（采掘設備、礦車等）配備RFID射頻卡，采用物聯網定位技術，對開采設備和工作人員位置和軌跡進行遠程監測。RFID具有快速讀寫、距離遠、長期跟蹤管理等特點［5］。通過井下設置的定位分站讀取相關RFID射頻卡信息，上傳卡號、時間和位置等信息內容，由通信分站采集各定位分站信息，匯總并傳輸至傳輸接口。按照通信協議進行數據封裝，匯總傳輸至井口人員定位數據庫服務器。通過數據交換組件24h不間斷提取人員定位信息并發送至通信總站進行封裝，最后通過GPRS或者光纖傳輸至國土資源監控中心。通過該系統能夠實時了解礦產資源開發狀況，掌握礦山采礦活動信息，判定是否越界開采，規范礦山開采行為。

3．2露天礦山采掘

GPS遠程監控系統露天礦山采掘遠程監控系統由主機、GIS系統、GPRS通信系統、GPS車載智能終端和其他必要設備組成。GPS定位技術的出現給車輛、調度、安全、設備管理提供了具體的實時定位能力［6］。在礦山工程車輛上安裝GPS全球衛星定位系統，通過和礦山地面GPS定位終端設備結合，采用模擬功能，對礦山地面采掘活動進行有效監控。GPS定位終端設備安裝在目標設備隱蔽處，以確保不被損壞；天線外露，保證信號無屏蔽；電源要求和發動機同線路，保證在目標設備發動的同時啟動定位設備。實時監控是通過獲得礦山GPS監控實時信息，對礦山地面工程車輛進行實時的監控，實時反映監測點的越界報警。GPS定位終端設備實時將監測數據上傳到數據服務器，客戶端實時讀取數據庫數據，并在相應的監測終端模型中顯示報警信息。系統監測地面工程車輛位置和行駛狀態信息，位置信息包含經緯度、海拔高度，行駛狀態信息包含時間、速度、方向信息等。系統具有車輛出／入時刻、重點區域出／入時刻、限制區域出／入時刻、工作時間、車輛數量、車輛歷史軌跡重演、超層越界告警、GIS顯示等功能。

3．3礦山產量遠程監控系統

在礦山企業礦井出口、膠帶、銷售處等處安裝實時電子稱重系統，將電子秤的產銷數量掃描進主控機并進行自動統計，確定礦山企業資源的日、月、年開采量，對當年動用資源儲量、累計動用資源儲量、保有資源儲量進行動態管理。該系統主要由稱重、測速、運算、通信、數據服務5個部分組成。傳感網絡是物聯網應用的3個層次之一（其余2個分別為傳輸網絡、應用網絡），在稱重行業中，物聯網的觸角便是稱重傳感器［7］。稱重傳感器檢測膠帶上的礦物重量信號，測速傳感器檢測膠帶的運行信號，運算部分把接收的重量信號和速度信號進行放大、濾波、AD轉換后送入CPU進行積分運算，然后將礦物重量數據按照時段設定再通過無線或光纖網絡傳輸至數據中心服務器，服務器接收現場數據后，通過存儲、分析、整理，為用戶提供實時、準確、分類的產量信息。

3．4礦山視頻遠程監控系統

在每個礦山安裝攝像機，并連接到網絡硬盤錄像機，通過交換機或者路由器共享一個網絡IP并連接至Internet專線。系統可實現實時監控、遠程預覽、錄像回放等功能。對于偏遠、難以鋪設有線網絡的露采礦山，可以利用無線網絡來傳送監控圖像及數據。在礦山端安裝熱成像夜視儀和智能球機，熱成像夜視儀主要用于夜間及惡劣條件下的監控，2種攝像機日夜配合使用，實現無人值守，24h全天候實時遠程監控，不受天氣、晝夜變化影響。通過3G無線方式將現場的視頻圖像傳輸給遠端的監控主機，可以實現多個監控終端對多個現場的同時監管。礦山視頻遠程監控系統主要作用：①可在第一時間發現超深越界開采等違法行為，及時制止查處，緩解日常監管壓力；②通過定期抓拍礦山采掘區域圖片進行比對，使得礦山生產狀況一覽無余，降低了執法取證難度；③只要執法人員通過視頻攝像頭獲取的視頻發現在禁止開采礦區私挖濫采等違法生產行為，可立即制止，監控錄像可以作為行政處罰的依據。

4綜合監管系統特點

礦產資源開發遠程綜合監管系統把礦山產量遠程監控系統、礦山視頻遠程監控系統、井下采掘遠程監控系統等系統功能模塊化，表現為可切換的不同頁簽。用戶在統一的登錄界面上輸入一個賬號，就可進入綜合監管系統平臺，對頁簽進行切換，直接選擇礦山的產量、采掘、視頻等不同頁簽，實現不同功能的遠程監控。通過對各類監控數據進行整合，實現數據間的相互調用、無縫銜接。數據與視頻圖像同步顯示，GIS地圖定位可顯示礦山位置、產量數據、視頻圖像、井下人員情況等，管理和操作方便。綜合監管系統主要特點如下：（1）遠程集中監控。對轄區內礦山進行遠程監控，監控數據遠程傳輸并集中存儲在國土資源部門，以保證數據的真實性和權威性，為行政執法提供有力支持。（2）無人值守。監管系統能夠保證24h連續運行，對礦山開采異常行為、越界行為、監控故障予以預警。（3）監控GIS化。人員和各生產設備的運行軌跡及具體信息通過GIS平臺集中管理。（4）多功能融合，提高了系統實用性，實現成本低，降低了設備和運維費用，易于維護。（5）輕松聯網，B／S結構，實現多級地域聯網監控。

5實施效果

礦產資源開發遠程綜合監管系統自2012年投入使用以來，礦產資源開發利用違法違規案件發生率明顯下降，2011，2012，2013年發生率分別為6．66％，5．33％，3．38％，所有違規開采行為均得到及時預警；系統實現了礦山產量的實時計量，進一步強化了礦產資源儲量動態管理。2013年度共監控到煤1391萬t、鐵礦石75．19萬t，為礦產資源補償費征收提供了科學依據；系統監管增強了采礦權人珍惜和合理利用資源的意識，礦產資源開發利用方案得到嚴格執行，資源開發利用效率得到有效提高，全市在采鐵礦平均回采率由原來不足80％提高到88％以上。

6結語

將礦產資源開發遠程綜合監管系統應用于地下、露天開采礦山的監管工作中，能夠有效節約管理成本，大幅提高工作效率，實現了國土資源管理部門對礦山的全方位監管。同時通過綜合監管平臺的建設，創新礦政管理方式，能夠實現國土資源礦政管理的科技化、信息化，提升國土資源管理部門的效能和服務能力。

作者：陳躍輝單位：徐州市國土資源局