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摘要：針對煤礦安全管理相關系統(tǒng)以對單對象的數(shù)值監(jiān)控、分析為主，未從整體角度對數(shù)據(jù)進行綜合分析，且各類系統(tǒng)間缺乏有效整合的問題，以物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎，探討了一種新的煤礦安全管理體系，介紹了該體系的整體框架及各層的設計方案。該體系通過整合安全管理相關系統(tǒng)，綜合分析各類煤礦數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對煤礦生產過程中的違規(guī)行為巡查、災害預警以及風險分析。

關鍵詞：煤礦安全管理；物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)綜合分析

本文研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦安全管理體系。該體系在采集井下水、火、瓦斯、壓力、人員、主要設備等實時數(shù)據(jù)基礎上，整合現(xiàn)有煤礦安全管理相關系統(tǒng)，實現(xiàn)違規(guī)行為發(fā)現(xiàn)、災害事故預警與客觀安全評價，有利于提高煤礦安全管理效果。

1平臺組成

煤礦安全管理平臺由業(yè)務層、服務層、傳輸層和感知層組成，標準規(guī)范與運維保障體系貫穿其中，服務層分為公共服務、中心數(shù)據(jù)庫和基礎支撐三級子層。

2體系設計方案

2.1業(yè)務層

2.1.1地圖綜合顯示系統(tǒng)

地圖綜合顯示系統(tǒng)主要用于靜態(tài)信息顯示及業(yè)務系統(tǒng)導航，包括信息顯示和系統(tǒng)導航2個模塊。信息顯示模塊基于GIS技術[1]，將礦井基本信息、礦圖信息、安全隱患信息與地理位置進行關聯(lián)，以表格形式顯示在衛(wèi)星地圖中，如點擊地圖中某礦井，則以圖標形式標注，并彈出菜單顯示該礦井信息。系統(tǒng)導航模塊提供其他業(yè)務系統(tǒng)入口，實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)間切換。2.1.2礦井可視化系統(tǒng)礦井可視化系統(tǒng)用于信息動態(tài)實時展示與音視頻互動，由信息動態(tài)展示與視頻通信2個模塊組成。信息動態(tài)展示模塊用于展示井下人員信息、安全狀況、生產過程及設備運行情況，為管理人員及時掌握礦井安全生產各環(huán)節(jié)的動態(tài)信息提供輔助，如采用組態(tài)技術顯示礦井設備運行情況。視頻通信模塊主要實現(xiàn)管理人員與井下人員間的可視化通信，以及調用井下工業(yè)視頻信息，如通過撥打電話，與井下人員實現(xiàn)視頻通話。

2.1.3礦井安全巡查系統(tǒng)

礦井安全巡查系統(tǒng)主要用于及時發(fā)現(xiàn)礦井違規(guī)行為，由單對象巡查與多對象巡查2個模塊組成。單對象巡查模塊利用數(shù)據(jù)曲線等，分析特定對象是否存在異常狀態(tài)、違規(guī)行為等，如通過分析特定甲烷傳感器采集的瓦斯?jié)舛惹€，判斷甲烷傳感器的調校周期是否符合規(guī)定。多對象巡查模塊通過對多個觀測對象的變化趨勢進行關聯(lián)、綜合分析，發(fā)現(xiàn)潛藏在多個對象間的行為模式，判斷該類行為模式是否符合《煤礦安全規(guī)程》要求，如通過分析甲烷傳感器采集的瓦斯?jié)舛惹€與人員定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，判斷是否存在瓦斯超限后人員未撤離的問題。

2.1.4礦井風險分析系統(tǒng)

礦井風險分析系統(tǒng)主要用于礦井災害預警及礦井風險統(tǒng)計分析，由風險預警與風險統(tǒng)計2個模塊組成。風險預警模塊在各生產相關數(shù)據(jù)的基礎上，利用多種數(shù)據(jù)分析手段建立預警模型，為預測、預防事故的發(fā)生，及時消除隱患提供信息化支持，如通過研究瓦斯?jié)舛?、壓力、濕度等?shù)據(jù)預警、預測煤與瓦斯突出。風險統(tǒng)計模塊除人工錄入風險、隱患等數(shù)據(jù)外，還可以根據(jù)政策、法規(guī)分析各種傳感器、人員定位等數(shù)據(jù)，將分析結果作為考慮因素加入統(tǒng)計分析過程，如將調試周期不符合《煤礦安全規(guī)程》要求的現(xiàn)象計入風險因素。

2.2服務層

2.2.1公共服務

公共服務處于平臺的中間部分，負責對上層業(yè)務應用的支撐及中心數(shù)據(jù)庫的交互管理。應用類、界面類服務側重于分析數(shù)據(jù)、提供上層業(yè)務支撐；管理類、操作類、信息類服務側重于管理井下感知設備及其產生的數(shù)據(jù)。

2.2.2中心數(shù)據(jù)庫

從業(yè)務上看，中心數(shù)據(jù)庫主要保存從礦井采集的基礎數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、應用系統(tǒng)運行產生的業(yè)務數(shù)據(jù)、中心數(shù)據(jù)庫的元數(shù)據(jù)以及運行過程中產生的日志數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)基礎上，建立專題數(shù)據(jù)庫，為安全管理提供數(shù)據(jù)支持。從技術上看，中心數(shù)據(jù)庫集成了實時型、關系型、非關系型、流數(shù)據(jù)型等數(shù)據(jù)存儲方式，并為上層服務和應用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口。

2.2.3基礎支撐

基礎支撐是平臺建設和運行的軟硬件支撐環(huán)境，采用云平臺技術整合現(xiàn)有計算、存儲等軟硬件源，為平臺提供運行環(huán)境。

2.3傳輸層

傳輸層主要負責提供數(shù)據(jù)傳輸通道。目前大多數(shù)煤礦井下可利用高速光纖網(wǎng)絡或無線通信技術[2]傳輸感知層采集的數(shù)據(jù)；井上可利用專網(wǎng)或VPN技術在互聯(lián)網(wǎng)上建立與二級公司或集團公司的虛擬網(wǎng)絡通道，向服務層傳輸數(shù)據(jù)。

2.4感知層

感知層如圖1所示。該層用于采集并整理礦井音視頻和生產相關數(shù)據(jù)，并利用傳輸層提供的傳輸接口，將數(shù)據(jù)傳送給業(yè)務層和服務層。音視頻數(shù)據(jù)通過專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行采集和壓縮處理。生產相關數(shù)據(jù)通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)關實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入，通過不同協(xié)議適配器完成通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式的轉換，將不同系統(tǒng)的生產數(shù)據(jù)整理為標準統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，最終通過通信管理平臺發(fā)送給業(yè)務層。

3結論

針對煤礦安全管理相關系統(tǒng)存在的系統(tǒng)未有效整合、數(shù)據(jù)未綜合分析等問題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的煤礦安全管理平臺新框架，以系統(tǒng)整合、數(shù)據(jù)綜合分析為核心，將傳統(tǒng)的針對單對象的數(shù)值類分析轉變?yōu)檎喜煌瑢ο蟮男袨轭惙治?，實現(xiàn)地圖綜合顯示、礦井可視化、違規(guī)行為巡查和災害風險預警分析功能，為煤礦安全管理引入新思路。

作者:陸軍平 單位:西安建筑科技大學

參考文獻:

[1]李紅玲，肖金榜.煤礦“一張圖”概念及其體系結構研究[J].測繪與空間地理信息，2014，37（8）：168－171．

[2]潘濤.煤礦生產系統(tǒng)集成的層次結構及其標準化問題研究[J].工礦自動化，2014，40（9）：19－23．