5G与工业互联网的融合将加速数字中国、智慧社会建设，加速中国新型工业化进程，应深入实施工业互联网创新发展战略，持续提升工业互联网创新能力。工业与信息化部和山西省工信厅出台《关于推动工业互联网加快发展的通知》《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》《工业互联网专项工作组2022年工作计划》《山西省工业互联网创新发展行动计划》《山西省工业互联网创新发展行动计划（2021—2023 年）》等重要文件。按照国家工信部、山西省工信厅的政策文件要求，适应企业“十四五”战略规划发展，山西焦煤集团有限责任公司（以下简称山西焦煤集团）积极推进工业互联网创新发展，结合集团公司实际情况，通过开展以1个大数据中心和人力、财务、设备、生产、供应、销售、法务、投资、办公九大共享服务平台建设（“1+9”共享服务平台）为核心的“数字焦煤”建设，在更广范围、更深程度上推动“两化”融合发展，助推集团公司驶入数字化转型快车道，加强集团管控、减少运营风险，促进提质增效，实现全集团大数据有效共享、业务流程联动和系统全面协同，全方位、全链条、全域赋能管理升级，助推集团公司建设具有全球竞争力的世界一流炼焦煤企业。
基于GIS 的煤炭工业互联网大数据分析平台建设实施路径
“数字焦煤”建设的工作思路：以智能煤矿5G+工业互联网为重点，对现有各类信息化平台进行优化整合，深化信息化系统应用，以大数据分析为基础，建立产、洗、运、销一体化联动机制，支撑各层级领导决策，有效提升山西焦煤集团安全生产经营管控水平。
山西焦煤集团通过井下感知设备采集海量生产数据到工业互联网网关，利用5G+万兆工业环网传输到煤矿物联网平台，通过边缘计算等技术实时处理，并向生产现场及时反馈智能感知设备采集到的人、机、环等数据，实现对煤矿安全生产的实时感知。物联网平台数据通过煤炭专网传输到山西焦煤“能源云”，经过云计算，在煤炭工业互联网分析平台中对大数据进行分析、应用、展示，实现对煤矿安全生产的全面感知，对全集团“1+9”共享服务平台大数据的实时互联、业务的集成控制，有效支持各层级领导作出决策。
基于GIS 的煤炭工业互联网大数据分析平台建设内容及成效
基于GIS的煤炭工业互联网大数据分析平台
（以下简称大数据分析平台）重点建设物联网平台、5G建设与应用、时序数据库和数据仓库、数据分析平台、组态展示5个方面的内容：①在物联网平台建设方面，搭建一个分布式高性能设备数据汇总交换平台，实现对海量数据的实时解析、处理和转发；②在5G建设与应用方面，依托5G广连接、大带宽、低时延特性，为煤矿高清通信、智能巡检等5G场景应用提供条件，广连接可满足煤矿工业互联网多路传感器实时上传的应用需求，高带宽可满足井下多路高清视频的同步上传需求，低时延可满足矿井工业控制的要求；③在时序数据库和数据仓库方面，通过实时采集、汇聚、存储煤矿安全生产、经营管理等各业务大数据，为集团公司多维度数据的统计、分析与应用提供大数据支撑；④在数据分析平台建设方面，通过数据治理、AI 建模平台和机理建模平台等进行建设，实现对集团公司安全生产经营大数据的深度挖掘分析及应用， 有力支撑企业各层级领导进行决策；⑤在组态展示方面，利用数据分析平台上的图元、微服务等生成组态图，实现对煤矿安全生产、产洗运销协同联动的一体化直观展示。
目前，已基本建成国内第一个基于GIS和Java 开发的煤炭工业互联网分析平台（图1），通过对多业务系统的一体化融合、透明化呈现、多维度分析，实现对煤矿安全生产经营大数据的实时监测、应用与分析，调度大屏实时展示集团矿井信息并随时查看智能化工作面等生产环节和生产现场的安全生产现状，做到安全生产经营环节“看得见、管得了、控得住”。
通过建设煤炭工业互联网分析平台，可实现对矿井生产、经营各环节数据实时监测、应用与分析（图2），通过抓产销、带中间、堵漏洞，促进集团公司精益化管理水平的提升。
图1 基于GIS和Java开发的煤炭工业互联网分析平台
图2 矿井生产、经营各环节数据实时监测、应用与分析
以山西焦煤集团马兰矿为例，大数据分析平台的建设实现了对人员位置、行为、状态，输送带等井下机器设备的位置、健康状态，水流、电流、煤流、风流、物流、人流等环境的实时监测，推动形成了以人、机、环全面感知互联、监测预警为重点的智能化矿井（图3）。
大数据分析平台实现了对马兰矿整体设备运行状态，供电设备开停等状态，风机电压、电流、功率、温度等状态，输送带电压、运行、闭锁等状态的实时监测。
大数据分析平台实现了对马兰矿井下监测系统与应急广播联动（图4），当安全监测、人员定位、矿压监测、水文监测、束管监测等井下监测系统发生报警时，该平台在GIS可视化地图上显示故障定位点并弹窗报警，推送到井下广播站进行语音播报，同时推送到人员定位卡，发出警报，提示相关人员迅速撤离，可有效节省应急处置时间，保障矿井安全生产。
大数据分析平台实现了马兰矿应急流程与应急广播的联动（图5），当井下突发事故时，该平台将弹窗报警，同步启动应急预案，企业管理者将系统弹出的应急机构专家队伍、预设避灾路线图等应急资源与各相关图纸相结合，制定准确的避灾路线，通过系统手动列表选择和GIS可视化选择等方式定位广播终端，语音播报通知井下人员撤离路线，提醒注意事项等信息，有效保证突发事故时井下人员及时撤离。
大数据分析平台的建设实现了对马兰矿经营状况的综合分析（图6）。马兰矿通过对5G专网的建设实现了高清语音通信、中央变电所智能巡检机器人、八臂掘进机现场高清视频、系统控制相关参数等数据的实时回传。马兰矿5G专网建设架构如图7所示。庞庞塔矿5G专网建设通过基础设施+感知、管控、控制的“1+3”建设方案，实现了井上井下高清音视频通话、数据快速传输、设备远程控制等多种应用。庞庞塔矿5G专网建设架构如图8所示。
图3 马兰矿人、机、环的全面感知互联、监测预警
图4 马兰矿井下监测系统与应急广播联动
图5 马兰矿应急流程与应急广播联动
图6 马兰矿经营状况的综合分析
图7 马兰矿5G专网建设架构
图8 庞庞塔矿5G专网建设架构
大数据分析平台解决的关键问题
山西焦煤集团通过对智能传感技术、5G建设与应用技术、时序数据库和数据仓库技术、云计算技术、数据建模与分析技术、数字孪生技术6项关键技术的研究攻关，实现了对集团公司安全生产经营全过程精准管控。
（1）智能传感技术
通过各种智能传感器采集井下各类设备运行的实时数据，利用边缘计算技术快速分析、异常报警、在线处理、智能联动。
（2）5G建设与应用技术
依托5G广连接、大带宽、低时延特性，为煤矿高清视频通信、生产流程控制、井下智能巡检等5G场景应用提供条件。
（3）时序数据库和数据仓库技术
利用时序数据库、数据仓库技术快速采集、加工、存储矿井“采掘机运通”等安全生产中结构化和非结构化大数据。
（4） 云计算技术
大数据分析平台部署于山西焦煤“能源云”，采用微服务构架，利用强大的云计算能力，实现对大数据的准确快速处理，保障平台安全、稳定、高效运行。
（5） 数据建模与分析技术
利用AI建模、机理建模等技术，实现对集团公司安全生产经营大数据的深度挖掘分析和应用，支持企业各层级领导进行决策。
（6） 数字孪生技术
利用3DGIS技术构建3D“透明化”矿山，未来与工业互联网大数据协同联动，实现3D智能煤矿的数字孪生。
大数据分析平台的价值、优势和创新点
在技术方面，构建完成了国内第一个利用Java 语言开发的基于GIS的煤炭工业互联网大数据分析平台，通过该平台的应用推广能有效促进煤炭生产技术革新，优化生产运营效率，提升集团公司所属煤矿数字化、智能化水平；在管理方面，大数据分析平台研发项目的顺利实施有利于集团层面实现人力、财力、物力的协调统一和资金、业务的统筹规划，有利于实现对煤炭安全生产经营全过程、产洗运销各环节的精准管控和协同联动，全面提高全集团的数字化管理水平。
大数据分析平台应用效果分析
基于GIS的煤炭互联网大数据分析平台已在集团层面、子公司及三级厂矿成功部署应用，该平台在实际运行过程中稳定、可靠、安全性强，在实施效果上，已经取得了明显的经济和社会效益。
（1） 经济效益
基于GIS 的煤炭互联网大数据分析平台的顺利实施，精简了机构人员，降低了设备故障率，安全生产事故明显减少，管控宽度和深度加大，创造了穿透式管理的氛围。其中，单个煤矿综合信息系统集成建设投资规模降到100万元以内，单个煤矿建设成本降低200万元，集团公司整个信息化建设投资节省2亿元。
（2） 社会效益
解决了智能煤矿安全生产信息系统集成、数据共享等核心技术问题，促进集团公司大数据的横向纵向协同、高效流通，顺应国企数字化转型发展和煤矿5G+工业互联网的国家战略，提升了煤矿的整体形象。
大数据分析平台的应用前景、示范意义及推广价值
企业数字化转型上升为国家战略，煤炭企业必须快速适应新趋势、新要求，坚持走数字化、网络化、智能化发展道路。煤炭行业“两化”融合建设、数字化转型将更加迫切，基于GIS的煤炭互联网大数据分析平台内容研究的课题将在国内能源领域，甚至其他行业产生大量的应用需求。
山西焦煤集团针对自身问题和实际需求，开发建设基于GIS的煤炭工业互联网大数据分析平台，并开展一系列相关产业数字化课题研究，在“两化”融合、5G+工业互联网、大数据分析等领域做了有益的探索和创新，形成了可复制推广的经验。基于GIS的煤炭互联网大数据分析平台项目基本涵盖了煤炭企业安全生产经营的不同维度和深度，全面打通企业纵向、横向、内外各安全生产经营环节，加速实现了各环节协同联动一体化发展，切实提升了企业管理水平和治理效能。
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