數(shù)字孿生發(fā)展現(xiàn)狀、解決方案實(shí)施步驟及應(yīng)用場景有哪些？

5G智慧礦山隨之而來的數(shù)字孿生解決方案能有效彌補(bǔ)智慧礦山可視化的不足之處。

1. 現(xiàn)狀分析

智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，對于提升煤礦安全生產(chǎn)水平、保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重 要意義。經(jīng)過前期有益探索，國內(nèi)部分礦井已建成一批少人、無人開采工作面，但目前技術(shù)體系參差不齊， 尤其是集群智能化技術(shù)尚未跟上。例如，復(fù)雜的開采環(huán)境對設(shè)備及其操作的要求嚴(yán)苛，井下有十幾種綜采設(shè) 備，這些設(shè)備之間的互聯(lián)度不夠高、信息互通性不夠強(qiáng)、人機(jī)交互性不夠好，現(xiàn)有數(shù)字化手段難以動態(tài)反映 采煤流程變化，進(jìn)而影響對采煤工作面的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

目前行業(yè)企業(yè)側(cè)重礦山生產(chǎn)過程的自動化，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的采礦設(shè)備自動化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、開采過 程透明化、采掘現(xiàn)場無人化、礦山環(huán)境低損化，能夠?qū)崿F(xiàn)安全高效、無人操作的自協(xié)作礦山系統(tǒng)。

5G智慧礦山隨之而來的數(shù)字孿生解決方案能有效彌補(bǔ)智慧礦山可視化的不足之處。工作面數(shù)字孿生系統(tǒng) 通過集中控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，驅(qū)動工作面設(shè)備的1：1三維模型，實(shí)時(shí)展示工作面成套裝備的姿態(tài)和動作； 對關(guān)鍵的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、工藝數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)或圖表曲線展示。通過固定視角多場景模塊化組 合、分屏展示、自由漫游等不同展示方式，可提供直觀、高效的人機(jī)交互體驗(yàn)。

2. 數(shù)字孿生解決方案

利用數(shù)字孿生搭建智能化新平臺，以數(shù)字孿生工作面模擬實(shí)際采煤，基于設(shè)備和工作面數(shù)字孿生，實(shí)現(xiàn) 透明化的采礦生產(chǎn)、運(yùn)維和服務(wù)。數(shù)字孿生工作面是一個(gè)數(shù)據(jù)可視化、人機(jī)強(qiáng)交互、工藝自優(yōu)化的高逼真采 煤工作面三維鏡像場景，包括物理工作面、數(shù)字工作面和數(shù)據(jù)信息交互三部分。數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng) 建物理實(shí)體的虛擬模型，通過虛實(shí)交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段，為物理實(shí)體提供更加實(shí) 時(shí)、高效、智能的運(yùn)行或操作服務(wù)。換言之，其不是傳統(tǒng)仿真模型，而是動態(tài)反饋的數(shù)字化工作面鏡像體， 基于設(shè)備運(yùn)行的感知數(shù)據(jù)，以數(shù)字映射的智采工作面來逼真地模擬實(shí)際采煤狀況。

數(shù)字孿生方案實(shí)施可分為四個(gè)步驟：一是實(shí)現(xiàn)離散數(shù)字孿生的連接和可見。“離散”即一個(gè)一個(gè)來做，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、人員等單一資源的數(shù)據(jù) 連接、數(shù)字可視，例如一臺采煤機(jī)、一臺掘進(jìn)機(jī)，率先實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備、流程和系統(tǒng)的診斷、描述性分 析預(yù)測。目前，煤礦智能化發(fā)展多數(shù)處于這一階段。 二是實(shí)現(xiàn)復(fù)合數(shù)字孿生互聯(lián)與數(shù)據(jù)驅(qū)動。一個(gè)采煤或掘進(jìn)工作面、一條主煤流運(yùn)輸線，基于內(nèi)部離散 數(shù)字孿生和外部數(shù)字資源復(fù)合而成的數(shù)字孿生體，這是智能化建設(shè)的主要努力方向。 三是面向采礦全流程。通過數(shù)據(jù)孿生監(jiān)測和驅(qū)動的業(yè)務(wù)運(yùn)行，形成一種可持續(xù)自動采集、自動分析、 自主執(zhí)行、自主決策的數(shù)據(jù)驅(qū)動閉環(huán)。 四是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的生態(tài)服務(wù)與價(jià)值共生。除了單個(gè)礦井，還包括選煤廠、輸配系統(tǒng)、甚至用戶在 內(nèi)，也就是集合產(chǎn)業(yè)上下游數(shù)字孿生組織，成為以鏈主為核心的產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生。

數(shù)字孿生技術(shù)將推動智能化采礦進(jìn)入新時(shí)代，實(shí)現(xiàn)全要素、全流程、全數(shù)據(jù)的集成和融合，達(dá)到礦山 生產(chǎn)系統(tǒng)最優(yōu)配置、裝備自主協(xié)同、開采安全高效的目的。

3. 主要應(yīng)用場景

礦山資源概覽

基于三維地圖加載顯示企業(yè)礦山地理分布點(diǎn)位圖層，支持下鉆加載顯示礦山三維模型，融合匯聚礦井資 源、產(chǎn)銷存、生產(chǎn)狀況、采煤掘進(jìn)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)時(shí)生產(chǎn)監(jiān)控視頻，三維全景呈現(xiàn)企業(yè)礦山生產(chǎn)運(yùn)營 狀況，協(xié)助生產(chǎn)調(diào)度指揮中心實(shí)時(shí)掌控礦山生產(chǎn)運(yùn)營態(tài)勢。

安全監(jiān)測告警

基于三維實(shí)景孿生平臺，對安監(jiān)生產(chǎn)人員、設(shè)備、車輛、監(jiān)測點(diǎn)等要素的位置、狀態(tài)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 測，并結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等智能感知技術(shù)，對環(huán)境態(tài)勢（粉塵、瓦斯、水、有害氣體）、人員工作態(tài) 勢、設(shè)備運(yùn)維情況、生產(chǎn)進(jìn)度等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對各類異常態(tài)勢（人員入侵、違規(guī)操作識別報(bào)警、災(zāi)害 預(yù)警等）進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警告警；并基于專業(yè)的模型算法，對掘進(jìn)、開采、運(yùn)輸?shù)葮I(yè)務(wù)環(huán)節(jié)關(guān)鍵數(shù)據(jù)指標(biāo)，以及 重大災(zāi)害監(jiān)測、設(shè)備安全分析、環(huán)境安全監(jiān)測、人車安全分析等多項(xiàng)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，實(shí)現(xiàn)“人、 地、物、事”多源數(shù)據(jù)的智能關(guān)聯(lián)分析，為用戶決策研判提供全面、客觀的數(shù)據(jù)支持與依據(jù)。

人車安全管控

基于安全事件告警提示，啟動應(yīng)急處置，系統(tǒng)自動關(guān)聯(lián)定位礦井事件位置及相關(guān)設(shè)備，關(guān)聯(lián)顯示應(yīng)急 指揮小組、處置預(yù)案、周邊資源、周邊視頻等信息，結(jié)合視頻會商系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件快速定位、遠(yuǎn)程核 實(shí)、視頻會商、資源調(diào)度、快速處置的全景可視化指揮調(diào)度，提升生產(chǎn)調(diào)度指揮中心針對安全事件應(yīng)急處 置的工作效率。

應(yīng)急指揮聯(lián)動

基于安全事件告警提示，啟動應(yīng)急處置，系統(tǒng)自動關(guān)聯(lián)定位礦井事件位置及相關(guān)設(shè)備，關(guān)聯(lián)顯示應(yīng)急指揮小 組、處置預(yù)案、周邊資源、周邊視頻等信息，結(jié)合視頻會商系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件快速定位、遠(yuǎn)程核實(shí)、視頻會 商、資源調(diào)度、快速處置的全景可視化指揮調(diào)度，提升生產(chǎn)調(diào)度指揮中心針對安全事件應(yīng)急處置的工作效率。

礦山智能巡檢

集成礦山巡檢部門各系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結(jié)合視頻智能分析、智能定位、智能研判技術(shù)，基于地理信息系統(tǒng)，對 巡檢設(shè)備、機(jī)器人、人員、告警事件等要素的位置、類型、狀態(tài)等信息進(jìn)行直觀展示;支持點(diǎn)選查詢異常點(diǎn)位 周邊監(jiān)控視頻、事件詳情、處理人員、工單承載量、工單進(jìn)度、預(yù)計(jì)完成時(shí)間等詳細(xì)信息;同時(shí)可基于專業(yè)的 模型算法，對巡檢工單、巡檢問題、設(shè)備問題等核心數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度可視化分析，為管理者提供實(shí)時(shí)的巡檢 報(bào)告及科學(xué)的決策依據(jù)。