作者：李剑峰
近几年来，兖州矿业（集团）有限责任公司广泛开展了对基于网络平台的数字化矿山方面研究。现将相关内容简单介绍如下。
1 山东煤炭矿区网络建设
济南煤矿设计研究院根据各矿业集团公司对自身企业信息化的要求，分析了原矿区网络建设的背景及存在问题，提出了矿区网络改造的具体要求。由于计算机网络技术和设备更新发展很快，新技术、新设备不断涌现，“九五”甚至更早的设计，不论从技术上还是从配置上都已明显落后，再加上各矿业集团进行网络建设时适逢煤炭行业经济困难，整个行业经济在低位运行，资金主要用于保证煤炭的正常生产和职工的工资发放，没有能力在信息系统建设中多投资。
近几年来，山东各矿业集团信息应用系统发展很快，地销煤、资金结算、医疗保险等矿区应用系统推广应用后，由于上述原因造成的网络系统主要设备能力小、技术较落后的矛盾突显出来，经常掉线、死机，不能满足矿区日益发展的应用系统的需要，网络急需升级改造。
矿区网络改造的具体要求是：完善矿区光纤信道网，光缆的芯数应留有余地，有条件时最好形成矿区光纤环网信道；提升矿区主要网络设备的性能，特别是矿区集团信息中心的主要网络设备的性能；矿区内的主要网络设备型号应保持统一，以便于网管；配置和完善防火墙等网络安全设备，以保证网络安全运行；建设内、外网物理上隔离的内、外网系统，并增加相应的网络服务器，无论内网还是外网设备应具备vpn功能；建设具有提供预警、配置、统计等功能的全矿区统一的网管系统；保持矿区统一的internet出口（即必须规定不允许从矿或其它二级单位有internet的出口）；要有矿区生产过程和环境监测系统、视频系统和小区的宽带接入系统的接入设计等；要尽可能地利用原网络设备。
2 基于网络平台的数字化矿山
兖州矿业（集团）公司通讯计算中心开展了对基于网络平台的数字化矿山研究。数字化矿山的组成框架包括：高速宽带网络支撑体系；三维基础数据提供者VR（虚拟现实）、3DGM（三维地学模型）、虚拟仪器和MGIS（矿山GIS）；三维数据原库和数据挖掘；中间处理层；3D数字化矿山空间；数字矿山、业务处理（OA）和指挥调度处理系统（CDS）一体化的信息管理中心。
数字化矿山空间是整个系统的核心，在统一的空间参照下进行采矿动态组织与管理，并调度和控制各类三维原库和应用模型的使用和运行，完成业务数据的管理与封装等系统功能。在该空间中，如果加入时间的维度就可提供基于4D时空信息的动态模拟、可视化、分析与决策支持的庞大系统，在3D数字化矿山空间表面上叠加影像、图片、监测监控数据、采掘资料、掘进及其它数据。它具有3D空间网络分析、多目标决策分析、采掘过程模拟等基本功能，并能实现辅助采掘勘探、交互式采矿设计与规划、实时开采模拟、作业安排与监测、资源动态管理、通风网络体系模拟、排水模拟、开采沉陷动态米你、地表数据整合、生态恢复和矿区可持续发展多目标决策等应用功能。数字化矿山的根本目标还为企业高效管理决策提供支持。
在数字化矿山中，把办公自动化和指挥调度系统作一定的绑定，在可视的环境中形成全矿山、全过程、全周期的数字化管理、作业、指挥与调度，做到信息数据与管理业务流程相互协调、相互融合。在应用处理过程中又分为数据层、业务处理层和业务管理层三个层面，为企业的业务管理和高层决策提供服务。在系统的构成中，整个系统是采用分层的结构，每一层向上一层提供服务，各层之间按照运营管理体系的规范交互。运营管理系统是数字化矿山运营管理的支撑体系。
3 网络信息资源管理技术
兖州矿业（集团）有限责任公司开展了对网络信息资源管理技术的研究。网络信息资源就是通过计算机网络可以利用的各种信息资源的总和。当前的网络信息资源以因特网信息资源为主，同时也包括其它没有连入因特网的信息资源。网络信息资源的管理有着以下三个关键技术问题：网络信息资源管理的理论核心是“三维结构论”；网络信息资源管理的内容核心是数据库建设；网络信息资源管理的统一。
网络信息资源的特点如下：
①存储数字化。信息资源由纸张上的文字变为磁性介质上的电磁信号或光介质上的光信息，使信息的存储、传递和查询更方便，而且所存储的信息密度高、容量大，可无损耗重复使用。以数字化形式存在的信息，既可在计算机内高速处理，又可通过信息网络远距离传送。
②表现形式多样化。传统信息资源主要是以文字或数字形式表现的信息，而网络信息资源则可是文本、图像、音频、视频、软件和数据库等多种形式存在，涉及领域从经济、科研、教育、艺术到具体行业和个体，包含文献类型从电子报刊、电子工具书、商业信息、新闻报道、书目数据库、文献信息索引到统计数据、图表、电子地图等。
③以网络为传播媒介。传统信息存储载体为纸张、磁带和磁盘；而在网络时代，信息的存在是以网络为载体，以虚拟化的姿态展示的。人们得到的是网络上的信息，而不必过问信息是存储在磁盘上还是磁带上，体现了网络资源的社会性和共享性。
④数量巨大，增长迅速。世界提供的大量数据库有万余个，通过发达的网络向机关、团体、学校、公司以及个人提供各类科技、金融、商业和文化等信息。但从目前的状况看，我国可供服务的信息资源显得比较匮乏。
4 利用RPR技术建立IP城域网
兖州矿业（集团）有限责任公司采用美国络明网络公司和华为公司联合提供的RPR（弹性分组数据环技术）整套解决方案，打造低成本高性能的现代化的IP宽带城域网。该公司IP城域网的核心和汇聚的节点数量多、网络规模大，采用典型的核心层、汇聚层和接入层三层结构，因此考虑多个RPR配合组网。在核心层构建1个带宽为2.5G的核心RPR环，在汇聚层构建4个带宽为1G的边缘RPR环。核心环与边缘环之间采用相切的方式连接起来。以美国络明网络公司的系列产品作为城域网中的5个RPR环网传输核心设备（1个主环网、4个子环网），而相应的所有华为数通产品则全部作为这5个RPR环网的边缘CPE接入端设备。
该宽带城域网的主环网平台以公司本部为中心节点，并与该公司的兴隆庄煤矿、济东新村和南屯煤矿作为3个区域分中心节点进行RPR主环网互接。其相应城域网的子环网则分别由上述4个区域节点（1个主中心和3个区域分中心）作为构成城域网中的4个子环网的汇接点，另有1个区域分节点——实业公司单独直接远程以太网级联至公司本部区中心节点设备。每个子环网中的区内节点全部以华为城域边缘接入设备分别联至络明的系列设备，实现RPR子环网互联。该IP宽带城域网建设的（1主4子）5个环网共计16个网络环节点，每个节点区都含有不同的业务子网应用，例如办公、医保、家庭、公司或者学校等。RPR以其固有的高品质提升了光纤带宽资源的利用率，避免了该公司城域网星形结构下部分主干链路成为瓶颈导致其它链路带宽利用率低下的问题，此外也提供了很灵活的扩展性，为该公司OA系统、调度系统、视频会议及SRP、电子商务等系统的应用与发展奠定了坚实的基础。
5 矿井多媒体综合业务数字网
中国矿业大学信电学院在对煤矿井工开采技术与通信线路布置进行调查的基础上，将矿井多媒体综合业务数字网网络结构设为光纤同轴混合接入网，并对其选用的资源预留协议（RSVP）的路由算法协议进行了研究，并在兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿、济宁三号煤矿和大屯煤电公司姚桥煤矿得到成功的应用。
为了实现矿井生产的高效高产，要求各主要生产环节的信息能在地面进行监控，井下工作人员之间能友好地通信。由于煤矿井下生产的特殊性，通信方式及技术受到矿井本身结构的影响，使得在地面很成熟的通信技术，特别是无线通信技术在井下巷道通信中不能正常使用。矿井多媒体综合业务数字网络主干网以光纤光缆为传输通信，考虑到井下的特殊情况，宜选择多模（125/50um）光纤，利于井下光纤的接续。光缆主要敷设于副井筒、井下大巷和主要的联络巷道。对于济宁三号煤矿的典型矿井代表，主干网采用树状网的拓扑形式。井下防爆网络交换机之间的传输采用100Mbps的光纤以太网通信方式，防爆网络交换机与其它关联设备接入综合业务主干网有3种方式：光纤接入、同轴电缆接入、漏泄电缆无线接入。
这种网络结构定义为光纤混合接入网络（Fiber Hybrid Access Network），简称FHAN网络。矿井多媒体综合业务数字网络传输的信息是不对称的。井下到地面（上行）的线路传输大量的图像、话音及检测数据信息，需要占用较宽的频带；地面到井下（下行）的线路传输的是窄带控制信号。所以，该矿井综合业务数字网络是双向不对称信道网络。对于预约资源状态，此项成果采用软状态的方法来进行管理。
6 兖矿INTRANET企业信息网络
经过多年的努力，兖州矿业（集团）有限责任公司已经在网络、数据库应用上做了大量的工作。随着内部管理的不断强化，对管理工作信息化提出了更高的要求。同时，信息技术的不断发展，尤其是INTERNET/INTRANET技术的普及和成熟又为网络应用提供了新的机会。
根据兖州矿区对lntranet企业网络应用系统的要求，在实现计算机网络互联的基础上，为企业提供函件处理、安全机制、信息传递、信息发布等应用功能，同时保证企业在lntranet应用环境中同样可以运行常规的数据库MIS系统。因此，该软件系统划分为网络应用管理平台、信息资源平台、信息传递与工作流处理平台3个部分，在网络中完成lntranet应用系统所要求的功能。Lntranet应用系统是一个企业的核心信息系统，除了提供内部信息服务以外，还同时提供对外部用户的服务。Lntranet网还具有单个计算机通过DDN或者PSTN拨入的能力，接入CHINANET、INTERNET网络应用系统的支持。
为了保证网络系统中关键数据（如用户名、口令、商业信息等）的安全通信，在网络设计中对安全性实施分层实现：①全公司对外只许一个接点接入CHINANET、INTRANET，通过防火墙提供的用户鉴定、HTTP鉴定、客户端鉴定，数据加密，地址转换，通信记录4个服务功能，使网络接点的安全性得到保证。②通信安全性依靠SSL技术实现，对传统的数据包加密处理，确保网络传输的数据包不会被第三者监听和篡改。③应用程序安全性可以通过操作系统提供的存取控制权限及用户权限能力来保证。④采用SSL技术作为安全通信的基础，为客户端及各种服务器提供认证文件，对企业网内部用户及外部合法用户进行身份认证。
7 采用光缆通讯方式的计算机局部网络系统
兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿现已装备的KJ95生产监测系统、矿井安全管理系统、选煤厂生产监测系统和工业电视等各类专业系统，对煤矿安全生产起到了一定的作用，但是这些专业系统之间是相互独立的，而且各自分散在不同的职能部门，给矿领导了解全矿的生产和安全信息带来了不便。为此，他们采用光缆通讯的方式建成了“鲍店煤矿计算机局部网络系统”的开发应用则是解决此问题的最佳方案，很好地解决上述问题。
该计算机网络操作系统选用美国Microsoft公司的Windows NT Server3.51中文版操作系统，既能作为文件和打印服务器，又能作为一个完整的任务关键应用服务器，具有应用程序访问权性能和C2级的安全性，并且提供各种路由服务（包括IP、IPX路由），可以设置静态或者动态路由，提供远程访问服务，适用于各种规模的分布式企业环境。计算机网络系统采用星型集中式和结构化的网络形式。整个网络采用美国Bay Networks公司的产品实现，局域网中心采用System5000N超级集线器构成全矿的网络中心。选用最新的计算机语言，开发Windows平台下的“集合信息查询系统”，并且逐步开发适合各种专业应用的管理信息子系统。
目前，已经建立了覆盖全矿的计算机网络，以计算中心为网络中心，配有主服务器、路由器、不间断电源等网络重要设备。网络中心和行政办公楼内的各个机关科室等用户构成网络的主网部分；机电科、通风科两个计算机局部网络作为子网与矿主服务器连接；选煤厂计算机网络由于距离计算中心比较远，全部采用光缆通讯的方式与主网连接；此外，计算机网络还采用路由器通过微波与兖州矿业（集团）有限责任公司联网，加入国际互联网。
8 赵楼矿井数据语音网络体系
兖州矿业（集团）公司赵楼矿井主要包括办公数据网络、无线网络、IP交换系统、生产调度系统、矿用无线通信系统以及与公司连接网关设备等，充分体现了高性能、高安全性、高可靠性、可扩展升级性和易管理、易维护性。国家安全生产监督管理总局在“十一五”工作规划中明确把“开展事故现场救援信息探测、事故期间通讯信息技术、事故灾害应急运行保障、应急抢险、救援指挥平台等应急救援技术与装备的研究开发，增强事故应急处置能力”作为重点工作之一。
赵楼矿井网络是集成数据、语音和视频功能于一体的综合型网络，采用星形的拓扑结构，可以划分为以下三大部分：①办公数据网络。指核心交换机和接入交换机以及出口路由器构成的基础网络架构，也是整个网络语音、视频和数据的交换核心。②无线网络。指分布在办公网各个位置的无线接入点，将来除了可以提供无线办公上网的接入外，还可以提供无线Wi-Fi电话的应用。③语音网络。指行政调度电话、井下小灵通、IP电话和IAD（综合接入设备）等综合语音交换接入设备。
赵楼矿井网络通过租用的SDH专线以及配置的2个网关路由器与公司数据网络直连，使整个网络成为公司网络的子网。总共租用了16条E1专线，其中1条用于工控网连接、8条捆绑用于办公数据网络连接、4条用于电话通讯网络、其余备用；为拨打手机方便和提高可靠性，又接入移动光缆增加2条E1专线用于电话通讯。赵楼矿井与公司网络直连以后，该矿井在管理信息系统建设方面可以充分地享用公司的信息资源，例如视频会议系统、WWW网站系统、邮件系统、办公自动化系统、ERP系统、财务系统、生产经营调度系统、计划生育、医疗保险等系统。这些系统军安装于公司数据中心（IDC），赵楼矿井无需再投资硬件和软件基础平台，仅仅需要根据自身业务需求进行扩容和定制开发即可。
9 煤炭物资管理信息网络系统
兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿开发出了一种“煤炭物资管理信息网络系统”，利用计算机网络技术将煤炭企业的物资管理系统化，将煤炭企业的物资计划、物资比价、物资仓储、物资统计、材料成本管理一体化，使“倒逼成本管理”和“比价管理”落到了实处，给煤炭企业的物资管理插上了科学技术的翅膀。新开发的这种煤炭物资管理信息网络系统的硬件包括网络服务器和微型计算机。主要的软件包括6个子系统，各个子系统组成一个局域网络，形成数据共享，并且可以与Internet网相连。①物资计划管理子系统。通过处理基层区队计划、库存及消耗定额的情况，生成物资采购计划，主要是解决煤炭企业买什么、买多少的问题。②物资比价管理子系统。为物资采购人员提供历年的采购情况和Internet网上的价格信息，主要是解决煤炭企业以何种价格采购的问题，通过货比三家做到以比较低的价格采购。③仓库管理子系统。主要是提供物资的库存情况，可以按照类别品种提供各种物资的最高储备、最低储备以及超储积压物资的情况。④物资统计子系统。可以对物资按照数额、资金进行分类统计分析及对库存进行简单的分析。⑤材料成本考核子系统。可以根据煤炭企业的特点，对采煤队与掘进队以吨、米包干考核的直接生产区队按照其产量和进尺确定消耗定额，对辅助区队实行材料消耗总金额考核，所有的考核都由计算机来进行。⑥领导查询子系统。提供领导所需要的各种统计分析、客户查询以及物资价格的信息。专家们认为：此项成果的投用能够极大地降低物资的采购成本，为煤炭企业带来巨大的经济效益和社会效益。
10 网络化计量管理系统
针对现有分散式手工管理计量的种种弊端，辽宁工学院和兖州矿业（集团）公司南屯煤矿找出了计量器具自动采集数据的方法，设计出了一种网络化计量管理系统。南屯矿计量管理信息系统是建立在矿内部局域网络基础上的一个小型专用网络计量系统。此系统采用检测点管理模式、树状拓扑结构、模块化分布式设计和运用网络信息技术等，建立计量信息管理平台，将企业内部自成体系、管理分散的计量信息有机地结合起来，实现信息共享。南屯矿的计量特点包括煤质运销科、污水处理厂、轨道衡、选煤厂、35kV变电所、器材科、油库、电厂等，综合起来可分为煤计量、水计量、电计量、油计量和其它计量等。
各种数据采集主要包括以下三种计量器具：①流量计。通过计算机串口直接采集流量计的瞬时流量、累计流量、信号强度等。对于采集的过程，可以通过图形界面进行实时监控。当前设定为每间隔1min自动采集一次。如需某一段时间的流量，则用该段时间结束时的累计流量减去该段时间开始时的累计流量。②汽车衡及轨道衡。通过计算机串口直接采集汽车衡或轨道衡上的计量信息（毛重或皮重）。计量毛重时由司磅员输入车号、车况（好、坏）、品种（精煤、混煤）、自重、载重、到站、收货单位、批次、股道等信息；计量皮重时只需输入车号即可。毛重减皮重计算出净重。③电表（包括两种采集方式）。数字式电表可通过计算机串口直接采集每块电表的累计值，通过图形界面进行实时监控，当前设定为每间隔1min自动采集一次；变电所进行综合自动化改造后，其本身具有比其它电表更高一级的系统联网功能，通过《循环式运动规约》向计算机串口发送若干块电表的数据。
11 网络技术在计量管理中的应用
兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿建立了本矿计量中心的网站，并上传到公司的主页上，将计量工作的任务、思想宗旨利用网络加以宣传。该网站主要由LOGO、导航条和公告栏三个部分组成。LOGO是一个主页必需的、醒目的和能突出计量特色的标志。导航条可使访问者明确网站的主要内容。他们设计的导航条有政策法规、计量新闻、周检通知单、标准室介绍、仪表介绍和矿用仪表使用维护常识6项。在导航条的下方还设置了公告栏，相关单位可查阅本单位具体的计量器具检定通知单。①政策法规。主要链接有中华人民共和国计量法、中华人民共和国计量法实施细则、计量基准管理办法和本矿计量管理方法等主旨在于引导访问者了解国家计量方面的方针、政策及本矿奖惩制度，也为感兴趣者初学计量法律和法规架桥铺路。②计量新闻。主要介绍国内外由于计量意识不强或违反计量法规引起的计量纠纷和事故，为计量意识不强者包括一些管理层领导敲响警钟。③周检通知单。主要链接本月需送检计量器具的单位，实现无纸化办公，快捷准确。④标准室介绍。主要介绍本矿计量检定人员和管理人员情况、建标种类、每项标准开展的检定项目及检定范围，计量标准器和技术监督局授权的资质证书等在页面上都有展示。⑤仪表介绍。主要对于一些煤矿常用的仪表，如压力表、电三表、电度表、兆欧表、万用表及新型仪表的计量性能作简要介绍，对单位选购计量器具起到指导性作用。⑥矿用仪表使用维护常识。在煤矿企业，由于工作环境的特殊性，尤其是井下潮湿、粉尘大，恶劣的使用环境导致计量器具使用寿命大大缩短，介绍煤矿用计量器具的使用、维护常识，能够有效地减少不必要的损坏，延长计量器具的使用寿命，在节支降耗方面起到了一定的指导作用。
12 光纤加局域网的接入网技术在宽带社区应用
随着互联网技术的迅猛发展和人们对网络的依赖，传统的拨号上网已远远不能满足用户需求,宽带走入百姓家庭已是大势所趋。兖州矿业（集团）公司通讯计算中心结合矿区社区实际，大力推广光纤加局域网的接入网技术在宽带社区应用，取得了显著的成效。建设宽带社区可以通过电话线、有线电视网络及高速以太网、全光纤网络和无线接入等方案来实现。从实践来看，这几种方案在网络接入的方式、用户负担的成本和可以提供的服务内容等方面不尽相同，所适用的范围也大不一样，因此构建宽带社区必须因地制宜。以太网是目前应用最为广泛的局域网络传输方式。它采用基带传输，通过双绞线和传输设备实现10M/100M/1Gbps的网络传输，技术成熟。从最初的同轴电缆上的共享10Mbps传输技术发展到现在的双绞线和光纤上的100Mbps甚至1Gbps的传输技术、交换技术等。实现高速以太网宽带接入的常用方法是FTTx+LAN，即光纤+局域网。这里的FTTx（Fiber to the x）是指FTTZ（光纤到小区）、FTTB（光纤到楼）、FTTH（光纤到家庭）。光纤到小区（FTTZ+LAN）的方案是以局域网络以太网技术为基础，建设智能化小区的园区网络。社区网络主干采用光纤，实现千兆到小区、百兆到大楼、十兆到家庭/桌面。边缘交换机分别放置在各个楼内，楼内采用结构化布线，在住户的家中添加以太网络RJ45信息插座作为网络的接口，可以提供10M甚至00M的网络速率。这种方式安装非常简单。宽带安装人员只需要在楼内的单元接线箱中找到对应的用户线，并且将其接至配线架，与配线架相应端口对应的另一端接入楼内的交换机即可。而用户只需要将自己的电脑用正常双绞线与家中的RJ45信息插座相连，再将TCP/IP协议中的IP、DNS和网关参数项设置好，便完成了安装工作。用户在家中即可以局域网的速度在互联网上畅游。不久的将来，他们还打算用光纤接入替代过渡性的双绞线Xdsl、基于同轴电缆HFC系统的Cable Modem及宽带无线接入等其它宽带接入，具有广阔的发展前景。