数字化矿井关键技术.docx

数字化矿井关键技术1门户技术 管理信息系统使用单位较广，人员较多，信息连续性较强，如何将这些重要信息进行有序处理，并能将不同信息分发到不同权限的人员，可视化信息门户是很好的一种解决方案。可视化信息门户是建立在地理信息系统和Internet/Intranet技术之上的企业集成应用门户，它无缝集成了企业的多种应用，为企业提供了一个跨越多种分散的、内部和外部的信息处理过程的系统链，并对企业的信息进行有序、可控的管理。 综合信息化系统采用可视化信息门户技术，使得系统结构清晰，使用者通过统一的信息门户访问所授权的应用系统，加强了对系统信息和人员使用的管理。可视化应用门户将GIS、与VR(Virtual Reality结合起来，通过信息交换模块与企业的其他业务系统融合在一起，利用可视化分析工具（如专题图应用、可视化分析、预警等）实现煤炭开采与动态分析的可视化应用。从而实现单点登陆，全面应用。2应用中间件 管理信息系统具有应用多，资源共享、互通互联的需求强，系统中技术多而复杂等特点，需要采用企业应用集成（EAI）技术进行管理，而应用中间件正是解决这个问题所必需的技术。采用中间件技术，可以将应用之外的系统基础框架从系统开发中独立出来，使用成熟的中间件产品进行管理，规避开发风险。采用支持开发、集成、部署和管理大型分布式Web应用、网络应用和数据库应用的服务器以及信息应用门户、数据采集以及数据信息交换平台等成熟中间件，使整个系统的体系结构能够充分满足开发和部署系统的要求。数据集成平台中间件数据集成平台中间件是企业内部或企业之间利用Intranet或Internet进行数据集成的中间件，为数据库、文件系统以及应用程序等异构数据源提供包含提取、转换、传输和存储等操作的数据集成服务。系统通过消息通信、FTP等多种传输方式，可以自动、方便、快捷地实现数据的复制和上传下达，完成基于数据的应用集成。异构数据交换中间件由服务器和客户端组成，其中客户端可以是专用的图形界面工具，也可以是用户的应用程序。实际应用的场景由数据发送端和数据接收端组成，在两端中，服务器分别承担不同的角色，即用于发送或接受。下图是数据集成平台的结构图：1) 服务器端 数据集成平台中间件的服务器是数据集成系统的核心，其功能包括如下几个方面： 完成数据的发送、转换和接收； 监听并处理客户端请求； 监听并处理其他服务器的请求，这样用户可以通过一个服务器实现对另一个服务器的远程控制； 管理相关对象，如任务、适配器、渠道、数据源、数据处理插件等。2) 客户端 数据集成平台中间件的客户端是一个功能强大的、具备友好图形界面的前端工具，利用它，用户可以完成： 对具体服务器的操纵。如启动、关闭、设置发送服务器服务，定义、管理任务，查看日志信息等功能。对任务的操纵是通过向导方式进行的，通过它可以方便地生成数据发送或接收任务。 对流程的定义和监控。一个数据流程一般涉及到多个服务器。利用客户端工具，可以定义涉及到多个服务器的数据流程，并将流程的定义部署到相关的服务器上，自动形成发送或接收任务。同时，用户也可以通过客户端工具对流程进行监控，如检查流程的运行状态，中止或重新启动流程等。3) 功能与特点 异构数据源转换：支持多种类型的数据作为信息交换的对象，如关系数据库的数据、XML文件，格式化文本文件，普通文件，以及工控数据等。 增量数据复制：提供对于关系数据库中数据的增量复制功能，并支持基于触发器和快照的两种方式，用户可以根据系统条件和需要进行选择。 灵活的数据加工：当数据传输双方对数据的格式、模式等要求不一致时，可以通过中间件的数据处理插件进行灵活的数据转换。与适配器类似，数据插件是一种软件模块，可以根据用户的特殊要求，按照中间件提供的数据访问接口对中间件服务器发送或接收到的数据进行加工。 安全可靠的数据传输：通过CA认证、数据加密等在多种方式保证数据传输的安全性，通过支持可靠的数据传输方式，如MSMQ，保证数据传输的可靠性。 操作的自动化：支持数据提取、转换、传输和加载全过程的操作，通过任务定义的方式定义数据处理流程，完成在各种网络条件下的数据复制和传送操作。任务可以手工执行和自动执行。 对XML的有效支持：XML已经成为数据表示和交换的国际标准。数据交换中间件提供了对XML的有效支持，包括：支持XML类型的数据源，支持XML格式的数据处理插件接口，以及支持中间数据的XML格式。 支持数据传输流程：一次完整的数据传输过程可能涉及到多个单位，因而涉及到多个数据交换中间件服务器。这样的传输过程成为传输流程，它规定了参与数据流转的服务器、数据在服务器之间传输的次序等。数据交换中间件客户端工具不但可用于管理具体的服务器，也可用于定义数据流程，监控数据流程等。 数据冲突解决：数据交换中间件为数据汇总和数据交换中的数据冲突问题提供了完善的解决方案，如自动添加特征字段、舍弃或接收发送冲突的数据等。 日志和性能监控：数据交换中间件提供了强大的日志和性能监控功能，可以对操作进行审计，检查服务器的运行状况。4) 可接入数据系统 通用数据库系统Oracle、SQLServer、DB2、Sybase、MySQL等 工业控制系统GE、Holleywell、Rockwell、浙大中控等 专用业务系统ERP、CRM、SCM等 特殊应用系统通过编写专用接口程序，实现数据的集成门户服务器中间件 矿井管理信息系统的使用单位较广，人员较多，信息连续性较强，如何将这些重要信息进行有序处理，并能将不同信息分发到不同权限的人员，可视化信息门户是很好的一种解决方案。可视化信息门户是建立在地理信息系统和Internet/Intranet技术之上的企业集成应用门户，它无缝集成了企业的多种应用，为企业提供了一个跨越多种分散的、内部和外部的信息处理过程的系统链，并对企业的信息进行有序、可控的管理。 系统采用可视化信息门户技术，使得系统结构清晰，使用者通过统一的信息门户访问所授权的应用系统，加强了对系统信息和人员使用的管理。可视化应用门户将GIS、与VR(Virtual Reality结合起来，通过信息交换模块与企业的其他业务系统融合在一起，利用可视化分析工具（如专题图应用、可视化分析、预警等）实现煤炭开采与动态分析的可视化应用。1） 系统结构2） 技术特点： 基于J2EE技术架构； 应用“工厂”设计模式； 可扩展的分布式元数据管理体系； GIS与VR(Virtual Reality与可视化技术综合应用 系统功能的模块化、组件化和个性化，可轻松实现功能扩充；3） 系统功能： 系统配置与权限管理部分，包括功能树管理，用户管理、角色管理、表单输出管理、曲线配置管理等。 输入功能部分，包括用户登录、权限验证、功能树加载、用户界面加载、地图数据加载，功能条件的加载等。 输出功能部分，包括通用的报表输出、可视化曲线输出和专题应用分析等。报表工具中间件 报表工具是一个专用于生成统计图表工具软件，用于报表样式的制作、数据的提取、表内的计算和打印。它通过ODBC接口从各种类型的数据库中提取数据，从而实现了对后端数据库的透明访问，利用它可以动态定义各种类型的报表，而在此之前需要通过修改源码才能做到，因此可以降低后期的维护费用。生成的报表可以存放成Excel、Pdf格式，供用户进一步修改、保存、打印。1） 主要功能 系统的功能模块包括样式和图表的制作、查询的定义、表内公式的定义三大部分。样式的制作包括设置字体、颜色、对齐方式、数值格式、图案、表格线以及打印方式等。图表提供了将报表中的数据以图形的方式直观的显示出来的功能。表内公式完成对表内数据的求和、求平均值等。定义查询就是针对具体的需求利用SQL语句将数据从业务数据库中提取出来，这是本系统的核心部分，同时提供了查询变量的定义和引用的功能，并实现了参数化查询。2） 输出格式 报表工具可以将系统所生存成的报表以多种格式输出，包括：PDF、XML、EXCEL、RTF、CSV、SVG、文本等，方便用户对报表进行进一步的处理。电子表单中间件 电子表单是基于WEB方式的、在Internet或Intranet范围内实施电子化表单设计、集中管理、分发、填写、收集处理的多渠道、多样式数据采集系统。1） 主要功能：支持线上或离线填写电子表格；支持填报者使用一般浏览器填写及提交电子表格；支持在Windows、Unix、Macintosh等不同平台使用电子表格填写软件；支持于填报电子表格时插入附加档案；电子表格系统必须支持 Unicode能在同一张电子表格显示中、英文字及接受在同一个字段输入中、英文字。亦可将Unicode资料传送到其它系统相关系的系统继续操作；支持多种途径提交电子表格；网页上载（HTTP）；电子邮件（SMTP）；能将收回的电子表格上资料自动传送（以XML交换）到其它系统例如工作流系统，数据库等；以W3C的XML格式为基础建设的系统较佳；能与一般数据库兼容，例如Oracle 、MS、 SQL等；支持JDBC和ODBC。2） 技术特点 （1）基于W3C Xforms 标准，表单采用XML格式存储 基于W3C Xforms标准，用XML表示表单，使得表单工具更加国际化，通用性更强。 能够输出多种格式的表单 可以被解释成多种宿主语言格式，比如Html格式，PDF格式，WML格式等，从而实现一次设计，多次使用，而且不同格式的表单对应的后台应用是相同的。 设备无关性 可以在多种设备上使用，并能够实现多种设备之间的交互，比如PC，PDA等。 表单数据和收集这些数据的表单控件完全分离 每个表单模板可以跟不同的数据模型绑定，实现数据输出。每个数据模型也可以跟不同的表单模板绑定，实现数据显示。传统的开发方法将比较麻烦而且非常浪费时间，采用表单工具的数据与表单分离的特性，只要为每个应用单位设计不同的表单模板，采用同样一个数据模型就可以实现了。 数据与表单分离实现了显示和逻辑的分离 当用户的后台逻辑处理发生改变时，只需调整输出的数据和处理规则就可以了，根本不需要考虑这些数据是怎么显示的，当用户需要调整显示页面的时候，也只需改变表单模板就可以了，后台的程序根本不用改变。 表单提交的数据也是用XML格式表示的，这消除了使用应用程序在后台编写特定的服务端应用（逻辑）来解析客户端提交的数据。接收到的XML实例数据可以直接生效并被后台应用程序处理。 内置数据校验机制 系统内置了大量的数据校验机制，比如字符校验，数字校验，日期校验，自定义模板校验等，用户只需要选择相关的校验方法和校验规则就可以实现常用的数据校验了。 支持数据域之间的动态依赖计算 可以在表单上实现数据域之间的动态依赖计算，实现表单数据的统计功能，设计工具提供了设置动态依赖计算的功能，使用非常方便，灵活； 支持自定义的JavaScript校验、计算以及其他功能 每个控件都提供了相应的JavaScript出发事件，表单设计人员可以通过在相应的时间中编写JavaScript代码，实现自定义的校验、计算以及其他功能。设计工具自带了一个JavaScript编辑器，支持语法识别和高亮度显示。 能够通过读取多种数据源初始化表单 可以直接从数据库，XML文件，文本文件获取数据，对表单进行初始化。 支持多条记录的输入和处理 提供了一个table控件，支持最终用户在使用表单时可以输入多条记录，删除、增加记录等功能。 支持多种平台 表单用xml格式描述，通过表单服务器解释成适合各种平台的格式，所以很好的实现了跨平台的要求。3 数据库技术数据库结构设计数据库是管理信息系统建设的基础，经过几十年的技术水平提高和学术研究的不断进步，数据库设计已经形成了一套成型的理论和方法。在管理信息系统的建设中，应采取成熟的数据库设计模式，以数据库设计范式为设计准则，避免因结构设计不合理导致数据插入删除异常，或数据不一致，并根据各个表的使用频度、表容量来综合平衡数据冗余和效率之间的关系。合理建立视图、索引、触发器和数据约束等，综合考虑查询速度、增删改速度和查询语句复杂度导致的效率问题，取得最优化的结果；对数据量较大的表，精简主表内容，采取独立表空间，独立索引空间，倒排索引，水平表分割和人工索引等多种方式提高数据访问速度，优化数据库的性能，并将经常修改的当期业务记录和主要用于查询检索的历史业务信息分开建表，提高效率。建立一套完整的安全生产数据库体系。在这个体系里数据库有划分为关系数据库（安全生产类、管理信息类）、空间数据库（地理信息系统类）、实时数据库（自动控制类）。其结构为集中式数据库和分布式数据库共存，集中式数据库中存储元数据和共享数据，分布式数据库中存储基本业务数据。在不同层次和不同业务的数据库之间可以实现信息传递和资源共享。确保数据库结构与网络结构的一致性。例如，对于实时查询、实时修改的数据元素，可以通过本地数据库或实时网络连接的远地数据库存取、维护；对于非实时的数据访问，可按照用户授权级别请求访问。编制分系统、子系统和全系统数据字典。确保设计方案中的各层次数据库之间的一致性。对于各个数据库中涉及的同一个数据项，在设计时必须是一致的，这一点在数据复制、数据编档及储存、数据仓库及应用开发中必须予以考虑。明确定义机构及其以上各层应用和用户所需的数据元素，从而保证这些数据在网络节点上可以采用全时网络连接来维护。定义清楚有实时事务处理的数据元素，并保证这些数据是在本地数据库中维护或通过全时连接的网络从其它节点立即存取。在辅助参数表的设计上，需要遵守国家相关部委的有关标准，以及相关方面的代码表、行业规范和各项准则。对于已形成统一规范的代码表，如设备编码等，采用该规范编码结构作为系统代码表的结构；并为其它代码建立参照表，以便未来业务和应用的扩展。在数据库功能设计上，按照矿井管理信息系统的应用需求，要能够存储各类数据、视频、音频等多媒体资料、能够按照处理流程进行双向、单向的数据调用。根据应用需求，数据库能够能管理和存储1年的当前数据和5年的历史数据。数据库性能设计数据库系统必须具有较高的可维护性和可扩充性，以保证新的需求和应用可以很容易地增加到已有系统中，而不需要对已有的数据库体系结构和应用系统做太大的改动。各种大型关系数据库管理软件，如Oracle、SqlServer、DB2等都在系统一级提供了多种数据性能优化方法，如表空间管理、索引空间管理、控制块大小设置、缓冲池设置、存档模式设置以及一些系统参数的设置等等，合理配置这些参数将可能使数据库整体性能提高10%-20%，这些参数的配置，只有总体原则可参考，并没有固定的最优配置方法，主要是根据系统的具体需求，依靠实施人员的经验来决定如何配置。4系统技术层次架构系统是一个多层次的技术体系结构，其结构图如下：系统共划分为四个层次、三个体系。依次为信息基础设施层，数据库层，数据整合层，用户应用平台层。多种通信模式的通信体系，日常生产与应急处理组织体系、身份认证与安全保证