引言：
天瑞信科（河南）數(shù)字科技有限公司成立于2015年，是由中國五百強(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)平臺研發(fā)運營有關(guān)的國家級高新技術(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”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，這是河南省獲選的第一家“雙跨”平臺，實現(xiàn)了河南工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)躋身“國家隊”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)勢及成熟的智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺研發(fā)運營經(jīng)驗，打造國內(nèi)領(lǐng)先工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺示范標(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。
一、項目概況
根據(jù)露天非金屬礦山企業(yè)的實際生產(chǎn)需求，結(jié)合行業(yè)痛點，通過對礦山穿、爆、裝、運、卸等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)長期跟蹤調(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，對礦山資源開采、生產(chǎn)計劃、爆破流程、車鏟調(diào)度、品位搭配、裝卸計量、安全管理等各個生產(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. 項目背景
自2015年以來，國家及地方出臺多部智能礦山建設(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，在科技、產(chǎn)業(yè)和金融等方面給與全方位支持。作為實現(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)前我國露天礦?智能化建設(shè)僅實現(xiàn)了部分環(huán)節(jié)的?動化、數(shù)字化，且各環(huán)節(jié)基本處于相對隔離的獨立運行狀態(tài)，信息數(shù)據(jù)孤立未實現(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)實施提供了有力的技術(shù)支撐。
2. 項目簡介
智慧礦山一體化平臺面向生產(chǎn)運營管理，融合5G、數(shù)字采礦、物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)傾斜攝影、WEBGIS、無人駕駛等前沿技術(shù)，通過管理對象的全聯(lián)接、數(shù)據(jù)的全融合，實現(xiàn)礦山資源開采、穿孔爆破、車鏟調(diào)度、品位搭配、裝卸計量、安全管理等全過程的可視、可管、可控，幫助礦山企業(yè)打造安全、智能、高效的智慧礦山運營模式。
圖 1 露天非金屬礦山作業(yè)全流程
3. 項目目標(biāo)
（1）切實解決礦山安全生產(chǎn)過程中的行業(yè)痛點問題
圖 2 傳統(tǒng)露天礦山企業(yè)五大痛點
（2）助力礦山企業(yè)完成綠色礦山、智慧礦山建設(shè)
圖 3 政府部門對礦山綠色化、智能化建設(shè)要求
二、項目實施概況
1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
（1）項目總體架構(gòu)
項目采用端、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 算法和無人駕駛算法服務(wù)，端邊通過 5G/4G 通訊協(xié)議接入視頻監(jiān)控、無人駕駛系統(tǒng)、無人值守計量系統(tǒng)、路測單元設(shè)備等。
圖 4 項目總體架構(gòu)圖
（2）依托的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺
天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺創(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)驗打造的國家“跨行業(yè)跨領(lǐng)域”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。天信平臺致力于為不同行業(yè)和規(guī)模的企業(yè)提供基于場景生態(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、無人駕駛等前端主流技術(shù)，通過天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的物聯(lián)網(wǎng)平臺、大數(shù)據(jù)平臺、數(shù)字孿生平臺、工業(yè)算法平臺提供一系列服務(wù)模型，為智慧礦山頂層應(yīng)用提供服務(wù)支撐。
圖 6 項目技術(shù)架構(gòu)圖
（2）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
礦山開采現(xiàn)場采用5G網(wǎng)絡(luò)鏈接遠(yuǎn)程挖機(jī)、無人駕駛車輛、工業(yè)采集網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，通過工業(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，同時通過互聯(lián)網(wǎng)鏈接云端標(biāo)識解析、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、AI工場等云端支持平臺。
圖 7 項目網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
3. 具體應(yīng)用場景和應(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)庫并生成能夠真實反映礦石賦存形態(tài)的三維礦體模型、真實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、儲量計算便捷化創(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
通過移動端 APP，礦山管理人員可隨時隨地下發(fā)、變更及結(jié)束調(diào)度任務(wù)，通過自研的裝卸驗證設(shè)備終端及高精 GPS 北斗定位設(shè)備可獲取車輛的實際裝卸地點及精確的裝卸車時間，生成報表數(shù)據(jù)，對于無任務(wù)車輛及未按任務(wù)地點裝卸車輛進(jìn)行標(biāo)記或計量時予與控制，有效避免私拉亂卸現(xiàn)象。系統(tǒng)對報表歷史數(shù)據(jù)中的裝卸耗時、車鏟搭配、運距等進(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，通過算法模型，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 識別算法，對高風(fēng)險安全區(qū)域、重點生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行情景識別，可實現(xiàn)對入侵、穿戴、脫崗、煙塵、料位、石塊過大等事件的精準(zhǔn)識別，并與工單聯(lián)動，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)時間，實現(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)過鉆孔、質(zhì)檢、爆破流程，本方案可實現(xiàn)對流程的強(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單元，其創(chuàng)建受到生產(chǎn)計劃的嚴(yán)格控制，只有計劃內(nèi)的采區(qū)、臺階上才可創(chuàng)建采面，通過該方式反向控制生產(chǎn)計劃的執(zhí)行。
圖 12 生產(chǎn)過程管控原理圖
（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)計劃模型及年度、月度計劃執(zhí)行情況，并展示礦山儲量、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，如運輸車、挖機(jī)、破碎機(jī)、攝像頭、邊坡檢測點、裝卸驗證設(shè)備等，通過接口對接可實時展示設(shè)備的運行狀態(tài)，并與工單聯(lián)動，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 WebGis 地圖不只是三維設(shè)計初級階段的可視化模型，而是載有各類信息的數(shù)字綜合體，包括實時生產(chǎn)信息、車輛運行軌跡、采面信息、視頻監(jiān)控、邊坡預(yù)警信息等，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程高度集成化的一張圖管理。
圖 15 WebGis首頁圖
安全及可靠性
利用天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺安全網(wǎng)閘通過身份認(rèn)證、傳輸加密、認(rèn)證授權(quán)、協(xié)議過濾、安全監(jiān)測等手段為智慧礦山一體化平臺提供安全防護(hù)。
圖 16 天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺安全架構(gòu)圖
三、下一步實施計劃
1. 更全面的推廣
目前方案已在多家石灰石礦山應(yīng)用實施，方案還適用于露天金屬礦山、露天煤礦、各類石料采石場以及礦山生態(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，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、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進(jìn)性及創(chuàng)新點
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，實現(xiàn)資源利用的最大化。
智能調(diào)度：通過AI算法綜合處理運距、車速、裝卸車時間、等待時間等參數(shù)，實時進(jìn)行路徑規(guī)劃，實現(xiàn)車不等鏟，鏟不等車。
計劃爆破流程管控：設(shè)置生產(chǎn)計劃及爆破流程管控機(jī)制，非計劃內(nèi)采區(qū)、臺階無法創(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。
裝卸地點強(qiáng)管控：利用自研的2.4g射頻裝卸驗證設(shè)備，配合高精GPS定位設(shè)備實現(xiàn)對運輸車裝卸地點的強(qiáng)管控，杜絕了私拉亂卸現(xiàn)象。
無人值守計量：實現(xiàn)自動計量，并可對不按任務(wù)地點裝卸車輛進(jìn)行校驗，私拉亂卸車輛無法過磅。
智能AI算法：在傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備上部署AI算法模型，實現(xiàn)對卸料口料位、石塊過大等事件的智能檢測，發(fā)現(xiàn)異常自動生成工單，杜絕了非計劃停機(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、邊坡檢測設(shè)備、各類車輛等，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的一張圖管理。
2. 實施效果
以鄭州某年產(chǎn)900萬噸石灰石礦山企業(yè)為例，項目上線后各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)明顯改觀，上線以來累計為客戶創(chuàng)造收益約4450萬元。
該項目已在多家礦山企業(yè)實現(xiàn)了應(yīng)用試點和復(fù)制推廣，部分礦山已正式運行兩年以上，并助力7家礦山企業(yè)完成省級綠色礦山驗收，6家礦山企業(yè)完成國家級綠色礦山驗收。