平行系统理论在现代矿山管理中的应用-中国矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
平行系统理论在现代矿山管理中的应用
2011-09-29
矿山系统是一个典型的复杂系统,很难利用传统的建模方法对其建立数学模型并进行预测与评估、 控制与管理。提出了利用平行系统的理论,采用现代信息技术,如物联网技术、云计算技术、无线通信技术等,将矿山的各个关键系统的实时数据进行采集并传输至管理中心。在管理中心采用数据融合、数据挖掘及可视化技术构建一个与现实系统相对应的人工系统,并通过对人工系统的演化实现对现实系统的预测、评估、优化,实现矿山的优化管理。
SeSpetreimesbeNroꢀ 4220311 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 20总11第年 4第239期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ · 机 电 与 自 动 化 · 平行系统理论在现代矿山管理中的应用 左 ꢀ 敏 北 京 工 商 大 学 计 算 机 与 信 息 工 程 学 院 ) ( 摘 ꢀ 要 ꢀ 矿 山 系 统 是 一 个 典 型 的 复 杂 系 统 , 很 难 利 用 传 统 的 建 模 方 法 对 其 建 立 数 学 模 型 并 进 行 预 测 与 评 估 、 控 制 与 管 理 。 提 出 了 利 用 平 行 系 统 的 理 论 , 采 用 现 代 信 息 技 术 , 如 物 联 网 技 术 、 云 计 算 技 术 、 无 线 通 信 技 术 等 , 将 矿 山 的 各 个 关 键 系 统 的 实 时 数 据 进 行 采 集 并 传 输 至 管 理 中 心 。 在 管 理 中 心 采 用 数 据 融 合 、 数 据 挖 掘 及 可 视 化 技 术 构 建 一 个 与 现 实 系 统 相 对 应 的 人 工 系 统 , 并 通 过 对 人 工 系 统 的 演 化 实 现 对 现 实 系 统 的 预 测 、 评 估 、 优 化 , 实 现 矿 山 的 优 化 管 理 。 关 键 词 ꢀ 平 行 系 统 ꢀ 数 字 矿 山 ꢀ 人 工 智 能 ꢀ 平 行 演 化 The Application of Parallel System Theory in Modern Mine Managemnet Zuo Min ( School of Computer and Information Engineering, Beijing Technology and Business University) Abstractꢀ Mine system is a typical complex system It is difficult to establish mine's mathematical models through tra ditional modeling methods to predict and evaluate, control and management It is presented that the parallel systems theory and the modern information technology are adopted, such as internet of things technology, cloud computing technology, and wireless communication technology, to sample the realtime data of reality system and transmit to the management center In the management center, datafusion, data mining and visualization technology are used to build an artificial parallel system corresponding to the reality system  Through the evolution of artificial parallel system to predict, evaluate, optimize the real WWW. KY114. CN ity system, the optimal management of the mine are fulfilled Keywordsꢀ Parallel system, Digital mine, Artificial intelligent, Parallel evolvement ꢀ ꢀ 所 谓 平 行 系 统 ( Parallel Systems) , 是 指 由 某 一 型 的 平 行 系 统 的 系 统 框 架 如 图 1 所 示 。 个 自 然 的 现 实 系 统 和 对 应 的 一 个 或 多 个 虚 拟 或 理 想 的 人 工 系 统 所 组 成 的 共 同 系 统 。 它 是 控 制 系 统 、 计 算 机 仿 真 、 通 信 技 术 和 分 析 方 法 的 进 一 步 发 展 而 产 生 的 必 然 结 果 , 是 弥 补 很 难 甚 至 无 法 对 复 杂 系 统 进 行 精 确 建 模 和 实 验 而 提 出 的 一 种 有 效 手 段 , 也 是 对 复 杂 系 统 进 行 管 理 和 控 制 的 一 种 可 行 方 式 1] 。 图 1ꢀ 平 行 系 统 的 系 统 框 架 [ 在 图 1 中 , 现 实 系 统 将 其 能 够 描 述 系 统 动 态 属 性 的 关 键 信 息 通 过 网 络 实 时 地 传 递 给 人 工 系 统 ; 人 工 系 统 根 据 上 述 信 息 进 行 自 我 更 新 ; 人 工 系 统 对 现 实 系 统 进 行 平 行 演 化 及 预 测 , 通 过 一 系 列 的 方 法 仿 真 现 实 系 统 可 能 发 生 的 状 态 , 并 对 以 上 状 态 进 行 寻 优 , 最 后 将 优 化 的 结 果 传 递 给 现 实 系 统 , 实 现 对 现 实 系 统 的 优 化 控 制 。 对 于 复 杂 系 统 的 控 制 , 一 般 情 况 下 无 法 建 立 系 统 的 足 够 精 确 的 数 学 模 型 , 也 不 能 建 立 可 以 解 析 预 测 系 统 短 期 行 为 的 模 型 , 从 而 无 法 对 复 杂 系 统 的 行 为 进 行 分 析 和 预 测 , 也 无 法 或 非 常 困 难 对 复 杂 系 统 进 行 实 验 研 究 。 然 而 , 随 着 信 息 技 术 的 发 展 , 我 们 可 以 建 立 一 个 与 现 实 系 统 相 对 应 的 动 态 人 工 系 统 , 即 平 行 系 统 , 利 用 这 个 人 工 系 统 对 实 际 复 杂 系 统 进 行 实 时 、 动 态 、 在 线 的 仿 真 , 并 通 过 对 人 工 系 统 演 化 及 预 测 的 研 究 , 实 现 对 现 实 系 统 的 预 测 与 管 理 。 人 工 生 命 、 人 工 社 会 , 以 及 计 算 实 验 等 研 究 方 法 的 提 出 , 更 为 这 一 思 想 的 实 施 奠 定 了 技 术 基 础 23] 。 一 个 典  北 京 市 教 委 面 上 项 目 ( 编 号 : PHR201008242) , 北 京 市 人 才 强 教 计 划 项 目 ( 编 号 : KM201010011006) 。 左 ꢀ 敏 ( 1973— ) , 男 , 副 教 授 , 硕 士 研 究 生 导 师 , 100048 北 京 市 海 淀 区 土 城 西 路 11 号 。 [ · 131· 总 第 423 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2011 年 第 9 期 矿 山 系 统 是 一 个 典 型 的 复 杂 系 统 , 它 包 括 生 产 子 系 统 、 调 度 子 系 统 、 供 水 供 电 子 系 统 、 运 输 子 系 统 、 设 备 及 人 员 管 理 子 系 统 、 安 全 子 系 统 等 各 个 方 面 。 本 课 题 研 究 利 用 现 代 信 息 技 术 , 如 物 联 网 技 术 、 云 计 算 技 术 、 无 线 通 信 技 术 等 , 将 矿 山 的 各 个 关 键 系 统 的 实 时 数 据 进 行 采 集 并 传 输 至 管 理 中 心 , 管 理 中 心 利 用 以 上 数 据 构 建 一 个 与 现 实 系 统 相 对 应 的 人 工 系 统 , 并 通 过 对 人 工 系 统 的 演 化 进 而 实 现 对 现 实 系 统 的 预 测 、 评 估 、 优 化 , 实 现 矿 山 的 优 化 管 理 。 说 明 平 行 系 统 的 实 现 过 程 。 对 于 运 输 子 系 统 的 平 行 系 统 , 必 须 构 建 矿 区 道 路 图 , 矿 区 的 道 路 图 通 过 MapInfo 等 工 具 转 换 为 矢 量 图 , 使 用 栅 格 化 技 术 得 到 图 中 各 点 的 经 度 、 纬 度 坐 标 , 再 利 用 安 装 有 GPS 和 无 线 通 信 终 端 的 车 辆 在 相 关 的 道 路 上 行 驶 , 利 用 采 集 到 的 GPS 数 据 对 矿 区 矢 量 图 进 行 道 路 标 定 与 校 准 。 标 定 与 校 准 后 的 矿 区 矢 量 图 转 化 为 地 理 信 息 数 据 库 的 数 据 供 GIS 软 件 平 台 使 用 。 1 ꢀ 矿 山 平 行 系 统 总 体 架 构 矿 山 平 行 系 统 的 构 建 关 键 是 利 用 信 息 技 术 对 矿 在 GIS 软 件 平 台 的 基 础 上 , 利 用 可 视 化 技 术 、 GPS 技 术 及 无 线 网 络 通 信 通 信 将 车 辆 的 位 置 信 息 ( 经 度 、 纬 度 、 高 度 ) 及 状 态 信 息 ( 速 度 、 油 量 等 ) 融 合 生 成 运 输 平 行 子 系 统 4] 。 运 输 平 行 子 系 统 实 现 框 图 如 图 3 所 示 。 山 系 统 中 各 个 子 系 统 的 关 键 动 态 属 性 进 行 数 据 采 集 ; 利 用 现 代 通 信 技 术 将 各 个 采 集 点 的 数 据 进 行 实 时 传 输 ; 利 用 数 字 建 模 、 虚 拟 技 术 、 可 视 化 技 术 , 可 视 计 算 等 方 法 建 立 与 现 实 相 对 应 的 人 工 系 统 , 将 各 采 集 点 的 数 据 实 时 导 入 人 工 系 统 , 使 得 人 工 系 统 成 为 与 现 实 系 统 相 对 应 的 平 行 系 统 ; 在 平 行 系 统 中 利 用 各 种 智 能 算 法 、 优 化 算 法 对 现 实 系 统 的 作 业 进 行 预 测 、 优 化 并 将 结 果 反 馈 给 现 实 系 统 , 从 而 实 现 对 现 实 系 统 的 优 化 控 制 。 矿 山 平 行 系 统 的 系 统 架 构 图 如 图 [ 图 3ꢀ 运 输 平 行 子 系 统 实 现 框 图 在 运 输 平 行 子 系 统 中 , 利 用 现 实 的 运 输 系 统 的 2 所 示 。 数 据 通 过 多 种 融 合 处 理 生 成 运 输 平 行 子 系 统 。 运 输 WWW. KY114. CN 平 行 子 系 统 可 以 看 作 是 现 实 运 输 系 统 的 一 个 虚 拟 模 型 , 但 由 于 结 合 了 实 时 无 线 通 信 技 术 , 所 以 这 个 虚 拟 模 型 可 以 真 实 地 反 应 现 实 的 运 输 系 统 状 态 。 在 虚 拟 的 运 输 平 行 子 系 统 中 , 可 以 通 过 多 种 智 能 算 法 完 成 调 度 辅 助 决 策 功 能 , 应 急 管 理 功 能 , 车 辆 诱 导 功 能 ; 同 时 还 可 以 对 真 实 的 状 态 进 行 预 演 化 , 预 测 将 来 的 运 输 流 量 。 运 输 平 行 系 统 的 功 能 如 图 4 所 示 。 图 2ꢀ 矿 山 平 行 系 统 架 构 3 ꢀ 矿 山 平 行 系 统 中 的 关 键 技 术 在 图 2 中 , 矿 山 生 产 运 行 的 各 种 数 据 被 传 输 至 3  1ꢀ 数 据 采 集 信 息 处 理 中 心 , 在 信 息 处 理 中 心 通 过 数 据 融 合 、 数 据 挖 掘 、 可 视 化 处 理 等 手 段 构 建 出 与 实 际 矿 山 运 行 系 统 相 平 行 的 各 个 子 系 统 。 这 样 , 一 方 面 利 用 实 际 数 据 建 立 虚 拟 模 型 , 完 成 对 矿 山 生 产 作 业 各 方 面 的 并 行 、 在 线 、 实 时 仿 真 ; 另 一 方 面 通 过 对 平 行 系 统 的 演 化 及 与 真 实 系 统 的 协 同 交 互 完 成 对 现 实 系 统 的 预 测 、 评 估 与 优 化 。 矿 山 系 统 中 各 种 反 映 出 系 统 动 态 属 性 的 数 据 有 很 多 , 如 采 掘 量 、 电 铲 的 铲 运 量 、 车 辆 装 载 量 、 车 辆 的 位 置 信 息 、 工 作 面 的 人 员 信 息 等 。 对 这 些 信 息 数 据 的 采 集 一 般 是 将 其 分 为 模 拟 量 、 数 字 量 、 开 关 量 。 对 于 模 拟 量 的 采 集 一 般 采 用 A/ D 转 换 将 模 拟 量 转 换 为 数 字 量 后 再 处 理 、 传 输 ; 在 很 多 设 备 中 具 有 RS232 或 RS485 串 口 输 出 , 设 备 的 相 关 状 态 数 据 通 过 串 口 以 协 议 的 方 式 进 行 传 输 , 这 时 需 有 相 应 的 数 据 采 集 设 备 与 其 通 信 , 获 取 设 备 的 状 态 数 据 ; 还 有 一 些 设 备 输 出 的 是 开 与 关 的 开 关 量 信 号 , 也 需 有 相 应 的 数 据 采 集 设 备 获 取 这 些 开 关 量 信 号 。 采 集 到 这 些 数 据 以 2 ꢀ 矿 山 平 行 系 统 技 术 实 现 矿 山 系 统 涉 及 很 多 的 子 系 统 。 要 构 建 一 个 完 整 的 矿 山 平 行 系 统 就 必 须 针 对 各 个 不 同 的 子 系 统 分 别 构 建 其 平 行 子 系 统 。 本 论 文 拟 针 对 运 输 子 系 统 为 例 · 132· ꢀ ꢀ ꢀ 左 ꢀ 敏 : 平 行 系 统 理 论 在 现 代 矿 山 管 理 中 的 应 用 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2011 年 第 9 期 图 4ꢀ 运 输 平 行 子 系 统 功 能 后 , 一 般 通 过 总 线 、 有 线 网 络 、 无 线 网 络 等 方 式 将 其 地 质 数 据 、 采 场 数 据 等 ; 另 一 类 是 反 映 矿 山 运 行 的 动 态 数 据 。 第 一 类 数 据 主 要 是 在 前 期 建 立 平 行 的 人 工 系 统 静 态 模 型 时 使 用 。 一 般 将 这 些 数 据 导 入 GIS 软 件 平 台 , 利 用 可 视 化 技 术 生 成 矿 山 的 虚 拟 模 型 。 第 发 送 到 数 据 中 心 。 3  2ꢀ 数 据 传 输 在 矿 山 中 , 数 据 的 传 输 方 式 有 多 种 方 式 , 如 总 线 方 式 、 TCP/ IP 网 络 、 3 W G 无 W 线 网 络 W 、 Wi . Fi 无 K 线 网 络 Y 、 1 二 类 1 数 据 4 在 矿 山 . 生 产 C 中 随 N 时 改 变 , 需 将 其 实 时 传 输 Zigbee 无 线 传 输 、 数 传 电 台 等 。 一 般 会 根 据 实 际 情 况 确 定 采 用 何 种 数 据 传 输 方 式 , 有 时 也 会 将 多 种 方 式 结 合 使 用 。 矿 山 中 数 据 采 集 与 传 输 的 示 意 图 如 图 至 管 理 中 心 并 将 其 导 入 平 行 人 工 系 统 , 使 得 平 行 人 工 系 统 能 随 时 反 映 实 际 系 统 的 真 实 状 态 。 在 平 行 人 工 系 统 上 的 演 化 、 预 测 、 优 化 将 根 据 不 同 的 实 际 情 况 选 择 相 应 的 算 法 。 如 对 矿 山 车 辆 的 导 航 路 径 的 最 优 选 择 将 采 用 基 于 约 束 反 馈 的 遗 传 算 法 ; 用 蚁 群 算 法 对 生 产 调 度 计 划 进 行 优 化 ; 用 数 据 挖 掘 的 方 法 可 以 对 事 故 进 行 预 警 。 5 所 示 。 4 ꢀ 结 ꢀ 论 提 出 了 一 种 利 用 平 行 理 论 思 想 及 现 代 信 息 技 术 构 建 一 个 与 矿 山 实 际 运 行 系 统 相 对 应 的 人 工 系 统 , 称 之 为 平 行 系 统 。 平 行 系 统 通 过 网 络 实 时 接 收 现 实 系 统 中 能 反 映 现 实 系 统 动 态 特 性 的 关 键 数 据 并 随 时 更 新 , 这 样 就 可 利 用 这 个 平 行 的 人 工 系 统 对 现 实 系 统 进 行 实 时 、 在 线 、 并 行 的 仿 真 , 并 通 过 对 人 工 系 统 的 预 演 化 来 预 测 、 评 估 、 优 化 现 实 系 统 。 现 代 信 息 技 术 的 发 展 使 得 平 行 系 统 的 构 建 与 使 用 成 为 可 能 , 同 时 它 也 是 数 字 矿 山 发 展 的 必 然 产 物 , 并 具 有 广 阔 的 应 用 空 间 56] 。 图 5ꢀ 数 据 采 集 与 传 输 示 意 3  3ꢀ 数 据 处 理 [ 实 际 矿 山 生 产 中 具 有 各 种 数 据 : 一 类 是 以 地 理 ( 下 转 第 155 页 ) 信 息 系 统 为 主 的 数 据 , 如 地 形 数 据 、 地 下 水 位 数 据 、 · 133·
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分