引言：
天瑞信科（河南）數(shù)字科技有限公司成立于2015年，是由中國五百強企業(yè)天瑞集團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)運營有關的國家級高新技術企業(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)領先工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺示范標桿，為傳統(tǒng)制造業(yè)數(shù)字化轉型提供整套解決方案，助力傳統(tǒng)制造業(yè)數(shù)字化轉型升級。
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政策、指導意見及行業(yè)規(guī)范，其中包含《中國制造2025》、《砂石行業(yè)綠色礦山建設規(guī)范》（DZ/T 0316-2018）、《水泥灰?guī)r綠色礦山建設規(guī)范》（DZ/T 0318-2018） 、《河南省非煤礦山智能化建設實施方案（試行）》等，支持并積極引導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，助力礦山低碳、綠色發(fā)展的重要手段，政策明確推進礦業(yè)領域科技創(chuàng)新，加快建設數(shù)字化、智能化、信息化、自動化礦山，推進節(jié)能減排，將智慧礦山建設提升到新的高度。
當前我國露天礦?智能化建設僅實現(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 等信息技術的發(fā)展和應用使得數(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)、無人機傾斜攝影、WEBGIS、無人駕駛等前沿技術，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
（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
圖 3 政府部門對礦山綠色化、智能化建設要求
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內(nèi)容
（1）項目總體架構
項目采用端、邊、云的技術架構，云端部署應用服務，邊緣端部署 AI 算法和無人駕駛算法服務，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)、路測單元設備等。
圖 4 項目總體架構圖
（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三十多年的制造經(jīng)驗打造的國家“跨行業(yè)跨領域”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)字化轉型服務，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)平臺架構圖
2. 網(wǎng)絡、技術或安全互聯(lián)架構
（1）技術架構
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，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模型，為智慧礦山頂層應用提供服務支撐。
圖 6 項目技術架構圖
（2）網(wǎng)絡架構
礦山開采現(xiàn)場采用5G網(wǎng)絡鏈接遠程挖機、無人駕駛車輛、工業(yè)采集網(wǎng)關等設備，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)絡架構圖
3. 具體應用場景和應用模式
（1）資源開采的數(shù)字化
礦山數(shù)字化為智慧礦山建設的前提，資源開采數(shù)字化是礦山數(shù)字化建設的重要組成部分及一系列開采工序智能化的基礎。
本方案利用 3DMine 礦業(yè)軟件依據(jù)原始地勘資料進行三維數(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，為穿孔爆破精準化、品位配礦精細化、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)、變更及結束調(diào)度任務，通過自研的裝卸驗證設備終端及高精 GPS 北斗定位設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)，對于無任務車輛及未按任務地點裝卸車輛進行標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）智能精細化配礦
不同品位爆堆之間進行配礦時，通過算法模型，在滿足生產(chǎn)指標的前提下，低品位礦石盡量多用，高品位礦石盡量少用，從而達到資源利用最大化的目標。模型支持自選爆堆、推薦爆堆，隨著歷史數(shù)據(jù)的積累，可支持自動任務下發(fā)及車輛分配。
圖 10 精細化配礦原理圖
（4）AI安全工單系統(tǒng)
在原有監(jiān)控設備上部署 AI 識別算法，對高風險安全區(qū)域、重點生產(chǎn)區(qū)域進行情景識別，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識別，并與工單聯(lián)動，出現(xiàn)異常立即向相關人員手機端 App 推送工單，縮短響應時間，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)對流程的強管控，從而保證爆堆礦量和品位數(shù)據(jù)的精準度。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）設備管理系統(tǒng)
作為礦山生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)設備的基礎檔案，如運輸車、挖機、破碎機、攝像頭、邊坡檢測點、裝卸驗證設備等，通過接口對接可實時展示設備的運行狀態(tài)，并與工單聯(lián)動，出現(xiàn)異常立即向相關人員手機端 App 推送工單。
圖 14 設備管理系統(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)閘通過身份認證、傳輸加密、認證授權、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。
圖 16 天信工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺安全架構圖
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)修復治理等，下一步將進行更全面的推廣。
圖 17 已推廣應用礦山分布圖
2. 更深入的研發(fā)
在滿足各類露天礦山應用需求的同時，進一步深入研發(fā)井工地下礦山的智能化建設。
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. 項目先進性及創(chuàng)新點
智能配礦：自研AI配礦算法，滿足配礦指標前提下，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：設置生產(chǎn)計劃及爆破流程管控機制，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確性。
裝卸地點強管控：利用自研的2.4g射頻裝卸驗證設備，配合高精GPS定位設備實現(xiàn)對運輸車裝卸地點的強管控，杜絕了私拉亂卸現(xiàn)象。
無人值守計量：實現(xiàn)自動計量，并可對不按任務地點裝卸車輛進行校驗，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)設備信息的載體，包括破碎機、監(jiān)控設備、邊坡檢測設備、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)了應用試點和復制推廣，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。