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摘要：針對煤礦安全管理相關系統以對單對象的數值監控、分析為主，未從整體角度對數據進行綜合分析，且各類系統間缺乏有效整合的問題，以物聯網技術為基礎，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，綜合分析各類煤礦數據，可實現對煤礦生產過程中的違規行為巡查、災害預警以及風險分析。

關鍵詞：煤礦安全管理；物聯網；數據綜合分析

本文研究了基于物聯網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、主要設備等實時數據基礎上，整合現有煤礦安全管理相關系統，實現違規行為發現、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務層、服務層、傳輸層和感知層組成，標準規范與運維保障體系貫穿其中，服務層分為公共服務、中心數據庫和基礎支撐三級子層。

2體系設計方案

2.1業務層

2.1.1地圖綜合顯示系統

地圖綜合顯示系統主要用于靜態信息顯示及業務系統導航，包括信息顯示和系統導航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，以表格形式顯示在衛星地圖中，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。系統導航模塊提供其他業務系統入口，實現業務系統間切換。2.1.2礦井可視化系統礦井可視化系統用于信息動態實時展示與音視頻互動，由信息動態展示與視頻通信2個模塊組成。信息動態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節的動態信息提供輔助，如采用組態技術顯示礦井設備運行情況。視頻通信模塊主要實現管理人員與井下人員間的可視化通信，以及調用井下工業視頻信息，如通過撥打電話，與井下人員實現視頻通話。

2.1.3礦井安全巡查系統

礦井安全巡查系統主要用于及時發現礦井違規行為，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據曲線等，分析特定對象是否存在異常狀態、違規行為等，如通過分析特定甲烷傳感器采集的瓦斯濃度曲線，判斷甲烷傳感器的調校周期是否符合規定。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、綜合分析，發現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《煤礦安全規程》要求，如通過分析甲烷傳感器采集的瓦斯濃度曲線與人員定位系統數據，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

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

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，負責對上層業務應用的支撐及中心數據庫的交互管理。應用類、界面類服務側重于分析數據、提供上層業務支撐；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據。

2.2.2中心數據庫

從業務上看，中心數據庫主要保存從礦井采集的基礎數據、監測數據、應用系統運行產生的業務數據、中心數據庫的元數據以及運行過程中產生的日志數據。在這些數據基礎上，建立專題數據庫，為安全管理提供數據支持。從技術上看，中心數據庫集成了實時型、關系型、非關系型、流數據型等數據存儲方式，并為上層服務和應用提供統一的數據訪問接口。

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境，采用云平臺技術整合現有計算、存儲等軟硬件源，為平臺提供運行環境。

2.3傳輸層

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

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據，并利用傳輸層提供的傳輸接口，將數據傳送給業務層和服務層。音視頻數據通過專用視頻監控系統進行采集和壓縮處理。生產相關數據通過建立統一的數據網關實現數據接入，通過不同協議適配器完成通信協議和數據格式的轉換，將不同系統的生產數據整理為標準統一的數據格式，最終通過通信管理平臺發送給業務層。

3結論

針對煤礦安全管理相關系統存在的系統未有效整合、數據未綜合分析等問題，提出了基于物聯網技術的煤礦安全管理平臺新框架，以系統整合、數據綜合分析為核心，將傳統的針對單對象的數值類分析轉變為整合不同對象的行為類分析，實現地圖綜合顯示、礦井可視化、違規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．