监管系统的矿产资源论文范文

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1系统原理

随着矿山生产管理技术水平的提高，地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）作为信息技术的一个重要组成部分，已开始应用于矿山［1］。矿产资源开发远程综合监管系统将GIS和物联网技术相结合，以GIS为管理平台，构建基于人员、生产车辆、采矿设备、运输轨道车辆、关键生产区和井下移动设施等传感设备间的物联网络，建立矿业权、井下人员设备定位、地面全球定位系统（GlobalPositionSystem，GPS）定位、视频、三维建模等数据库，实现矿山矿界管理、井下采掘监控、矿山视频监控、储量动态管理等功能，建立覆盖全市的矿产资源开发远程综合监管平台和数据库，为矿产资源管理、保护和合理利用提供信息支撑。

2系统总体设计

2．1系统框架

矿产资源开发远程综合监管系统由数据中心、服务平台、应用和服务组成。整个系统涉及数据采集、业务应用等多个方面，围绕综合数据库实现查询统计、监管、综合应用、数据管理等应用，实现信息集聚、预警监测、辅助决策、网上管理、查询统计等功能。该系统采用B／A／S三层结构的方式，即客户浏览器（Browser）／应用服务器（Application）／数据库服务器（Server）方式，分别对应处理用户界面逻辑（描述逻辑）、应用处理逻辑（业务逻辑）和数据逻辑3个层次。系统由数据采集层、网络层、数据层、平台层、应用层、安全保障体系、标准规范体系构成。（1）数据采集层。依托于矿山物联网采集人员定位系统坐标数据、产量数据、视频数据、GPS数据等。（2）网络层。数据通过互联网或国土资源专网传输，支撑数据采集、业务系统运行。（3）数据层。以矿山监管各类数据为核心，依托成熟的数据库管理系统和GIS数据管理平台建立数据中心，有矿政管理数据库、矿山监管数据库、平台支撑数据库等，提供系统运行所需的数据支撑。数据包括MapGIS的矿山地形地质图、井上井下对照图、采掘工程平面图、矿层底板等高线及储量计算平面图等。（4）平台层。基于三维建模与可视化、GIS技术、物联网技术等建设系统基础平台和运行平台。（5）应用层。在业务层上，围绕矿管、地勘、执法等矿政管理部门的矿业权审批、矿业权监管、执法监察等矿政管理需要，建设监管系统。（6）安全保障体系。安全保障体系为网络层、数据层、平台层、应用层等层次提供安全保障。（7）标准规范体系。在数据采集、传输、存储、处理、信息输出以及信息系统开发和应用、网络建设、信息安全等相关工作中实施标准化管理。

2．2空间数据库建立

由于系统是基于GIS平台开发的，所以空间数据库是最基础的部分。空间数据库的建立是通过对图形数据分层、建立属性数据库以及空间索引进行的。物联网中的数据具有海量、多源、动态、异构、分散等特点，为了同时聚集和分析几种不同类型的记录来取得信息的全貌，必须对异构的物联网信息进行有效的聚合，才能保证物物感知交互的进行［2］。利用空间数据与属性数据全关系型数据库的管理方式来构建空间数据库，通过ArcSDE空间数据引擎，把GIS与关系数据库集成起来，从而实现空间数据与属性数据的无缝集成和一体化存储管理。矿山端为矿山生产数据，分为产量数据、视频数据、地下矿山井下人员轨迹数据、露天矿设备轨迹数据，这些数据都为生产原始数据；数据采集系统部署在矿端，由硬件和软件系统组成，其中地下矿山的数据采集通过读取人员定位系统数据实现，露天矿在采矿挖掘机上安装GPS设备直接采集轨迹数据；生产数据经采集发送后，由数据中心接收和保存，形成矿产综合监管数据，矿产综合监管数据由用户系统进行处理和加工，然后在GIS软件中进行展示。

3子系统建设

矿产资源开发远程综合监管系统由8个子系统构成，分别为井下采掘远程监控系统、露天矿山采掘GPS远程监控系统、矿山产量远程监控系统、矿山视频远程监控系统、矿产资源开发管理信息系统、通信系统、手机短信服务和预警系统。

3．1井下采掘远程监控系统

井下采掘远程监控系统和露天矿山采掘GPS远程监控系统的设计原理是采用物联网和GPS定位技术，对开采设备和工作人员位置、轨迹进行远程监测，以判定是否越层越界开采［3］。井下采掘远程监控系统主要由RFID射频卡、定位分站、通信分站、传输接口、矿山监控服务器、数据交换组件、通信总站、数据传输网络等组成。利用传感器与无线组网技术，以节点的形式采集数据，以网络的形式传递信息［4］。通过为井下工作人员和设备（采掘设备、矿车等）配备RFID射频卡，采用物联网定位技术，对开采设备和工作人员位置和轨迹进行远程监测。RFID具有快速读写、距离远、长期跟踪管理等特点［5］。通过井下设置的定位分站读取相关RFID射频卡信息，上传卡号、时间和位置等信息内容，由通信分站采集各定位分站信息，汇总并传输至传输接口。按照通信协议进行数据封装，汇总传输至井口人员定位数据库服务器。通过数据交换组件24h不间断提取人员定位信息并发送至通信总站进行封装，最后通过GPRS或者光纤传输至国土资源监控中心。通过该系统能够实时了解矿产资源开发状况，掌握矿山采矿活动信息，判定是否越界开采，规范矿山开采行为。

3．2露天矿山采掘

GPS远程监控系统露天矿山采掘远程监控系统由主机、GIS系统、GPRS通信系统、GPS车载智能终端和其他必要设备组成。GPS定位技术的出现给车辆、调度、安全、设备管理提供了具体的实时定位能力［6］。在矿山工程车辆上安装GPS全球卫星定位系统，通过和矿山地面GPS定位终端设备结合，采用模拟功能，对矿山地面采掘活动进行有效监控。GPS定位终端设备安装在目标设备隐蔽处，以确保不被损坏；天线外露，保证信号无屏蔽；电源要求和发动机同线路，保证在目标设备发动的同时启动定位设备。实时监控是通过获得矿山GPS监控实时信息，对矿山地面工程车辆进行实时的监控，实时反映监测点的越界报警。GPS定位终端设备实时将监测数据上传到数据服务器，客户端实时读取数据库数据，并在相应的监测终端模型中显示报警信息。系统监测地面工程车辆位置和行驶状态信息，位置信息包含经纬度、海拔高度，行驶状态信息包含时间、速度、方向信息等。系统具有车辆出／入时刻、重点区域出／入时刻、限制区域出／入时刻、工作时间、车辆数量、车辆历史轨迹重演、超层越界告警、GIS显示等功能。

3．3矿山产量远程监控系统

在矿山企业矿井出口、胶带、销售处等处安装实时电子称重系统，将电子秤的产销数量扫描进主控机并进行自动统计，确定矿山企业资源的日、月、年开采量，对当年动用资源储量、累计动用资源储量、保有资源储量进行动态管理。该系统主要由称重、测速、运算、通信、数据服务5个部分组成。传感网络是物联网应用的3个层次之一（其余2个分别为传输网络、应用网络），在称重行业中，物联网的触角便是称重传感器［7］。称重传感器检测胶带上的矿物重量信号，测速传感器检测胶带的运行信号，运算部分把接收的重量信号和速度信号进行放大、滤波、AD转换后送入CPU进行积分运算，然后将矿物重量数据按照时段设定再通过无线或光纤网络传输至数据中心服务器，服务器接收现场数据后，通过存储、分析、整理，为用户提供实时、准确、分类的产量信息。

3．4矿山视频远程监控系统

在每个矿山安装摄像机，并连接到网络硬盘录像机，通过交换机或者路由器共享一个网络IP并连接至Internet专线。系统可实现实时监控、远程预览、录像回放等功能。对于偏远、难以铺设有线网络的露采矿山，可以利用无线网络来传送监控图像及数据。在矿山端安装热成像夜视仪和智能球机，热成像夜视仪主要用于夜间及恶劣条件下的监控，2种摄像机日夜配合使用，实现无人值守，24h全天候实时远程监控，不受天气、昼夜变化影响。通过3G无线方式将现场的视频图像传输给远端的监控主机，可以实现多个监控终端对多个现场的同时监管。矿山视频远程监控系统主要作用：①可在第一时间发现超深越界开采等违法行为，及时制止查处，缓解日常监管压力；②通过定期抓拍矿山采掘区域图片进行比对，使得矿山生产状况一览无余，降低了执法取证难度；③只要执法人员通过视频摄像头获取的视频发现在禁止开采矿区私挖滥采等违法生产行为，可立即制止，监控录像可以作为行政处罚的依据。

4综合监管系统特点

矿产资源开发远程综合监管系统把矿山产量远程监控系统、矿山视频远程监控系统、井下采掘远程监控系统等系统功能模块化，表现为可切换的不同页签。用户在统一的登录界面上输入一个账号，就可进入综合监管系统平台，对页签进行切换，直接选择矿山的产量、采掘、视频等不同页签，实现不同功能的远程监控。通过对各类监控数据进行整合，实现数据间的相互调用、无缝衔接。数据与视频图像同步显示，GIS地图定位可显示矿山位置、产量数据、视频图像、井下人员情况等，管理和操作方便。综合监管系统主要特点如下：（1）远程集中监控。对辖区内矿山进行远程监控，监控数据远程传输并集中存储在国土资源部门，以保证数据的真实性和权威性，为行政执法提供有力支持。（2）无人值守。监管系统能够保证24h连续运行，对矿山开采异常行为、越界行为、监控故障予以预警。（3）监控GIS化。人员和各生产设备的运行轨迹及具体信息通过GIS平台集中管理。（4）多功能融合，提高了系统实用性，实现成本低，降低了设备和运维费用，易于维护。（5）轻松联网，B／S结构，实现多级地域联网监控。

5实施效果

矿产资源开发远程综合监管系统自2012年投入使用以来，矿产资源开发利用违法违规案件发生率明显下降，2011，2012，2013年发生率分别为6．66％，5．33％，3．38％，所有违规开采行为均得到及时预警；系统实现了矿山产量的实时计量，进一步强化了矿产资源储量动态管理。2013年度共监控到煤1391万t、铁矿石75．19万t，为矿产资源补偿费征收提供了科学依据；系统监管增强了采矿权人珍惜和合理利用资源的意识，矿产资源开发利用方案得到严格执行，资源开发利用效率得到有效提高，全市在采铁矿平均回采率由原来不足80％提高到88％以上。

6结语

将矿产资源开发远程综合监管系统应用于地下、露天开采矿山的监管工作中，能够有效节约管理成本，大幅提高工作效率，实现了国土资源管理部门对矿山的全方位监管。同时通过综合监管平台的建设，创新矿政管理方式，能够实现国土资源矿政管理的科技化、信息化，提升国土资源管理部门的效能和服务能力。

作者：陈跃辉单位：徐州市国土资源局