基于多源數據集成的煤礦應急救援平臺的研究

鄧 濤 余 剛 黃海峰 于力仲

（1.山東能源棗莊礦業 （集團）有限責任公司調度中心，山東省棗莊市，277311；2.北京中礦博能節能科技有限公司，北京市海淀區，100083）

盡管煤礦自動化與信息化建設大大促進了煤礦安全形勢的好轉，煤礦重大火災、瓦斯爆炸、冒頂、透水以及煤與瓦斯突出等重大事故得到了有效遏制，但是，煤礦應急救援信息化和智能化的發展卻發展緩慢。特別是各個安全子系統相對獨立，進一步形成了安全信息化的孤島效應，從技術上也阻滯了煤礦應急救援系統的發展。早期的煤礦救援系統是基于煤礦事故預案，利用計算機網絡技術和數據庫技術開發煤礦事故應急救援調度指揮信息系統，后來逐步發展開發出了基于WebGIS 煤礦事故救援系統，實現了煤礦企業信息、救援機構信息和救援裝備信息的可視化，通過將空間數據和屬性數據集成，為煤礦事故救援提供了決策依據。隨著煤炭企業集團化和多元化的快速發展，煤炭企業規模迅速擴大，產業范圍也隨之不斷拓展，跨部門、跨區域、跨產業的協調復雜性越來越高，煤炭企業的安全管理壓力也隨之加大，傳統應急救援系統對突發事故、事件和災害的預防準備工作的適用性越來越低。因此，基于多源數據集成的新一代應急救援平臺的研究與開發成了當務之急。

1 應急救援平臺的 “1139”結構模式

棗礦集團安全生產應急救援平臺按照 《國家安全生產應急平臺標準規范》，基于棗礦集團信息化、生產自動化和安全生產監測監控建設成果，結合棗礦集團的安全生產管理實際，應用先進技術并吸收先進的應急救援理念，具有全面的互聯互通、高效的平戰一體、動態的監測管理、形象的過程推演、集成的協同聯動、高度的資源共享和統一的調度指揮等特點，以實現對安全生產事故和突發事件的預防、準備、響應和恢復全過程管理的目標。棗礦集團應急救援平臺的 “1139”結構模式是指系統構建1個多源數據統一集成共享服務平臺，實現信息上傳下達；同步建設1個協同急救救援應用門戶，實現與現有調度的集成應用以及用戶的統一接入和應用統一管理；同步建設安全生產運行管理、三維空間數據和多媒體聯動數據3個應急救援相關數據庫實現數據的統一管理；分布建設實施值守調度管理、應急預案管理、應急救援物資、重大危險源管理、應急隊伍體系管理、集成即時通訊、預測決策分析支持、模擬演練培訓和應急救援會商9個應急救援應用模塊。該應急救援平臺的建設基本滿足了各礦、棗礦集團和山能集團三級應急救援管理的信息互通、資源共享和應急聯動。應急救援平臺的“1139”結構模式見圖1。

2 多源數據統一集成與共享服務

應急救援平臺關聯煤礦安全生產信息分為實時數據信息、空間數據信息和多媒體通訊信息三大類，這三大類信息數據來自不同的系統，實時數據信息來自自動化和監測監控系統，空間數據信息來自工程地質測量系統，多媒體通訊信息來自視頻監控和通訊系統。采用多源數據集成平臺技術，統一整合這三大類信息，保持 “1139”結構模式下各功能模塊之間的松耦合和模塊內的高內聚，使應急救援的平臺變得更加靈活，更快速地適應不斷變化的生產環境和日益復雜的管理系統需求。

圖1 應急救援平臺 “1139”結構模式

多源實時數據集成平臺將各個分散獨立子系統的關鍵數據統一整合和集成管理，確保應急救援系統實現預防、預備、響應和恢復四項活動和計劃，具備迅速、準確和有效的特點。

（1）預防監測。多源實時數據集成平臺通過ETL、OPC、DDC 和CORBA 標準集成了環境信息（瓦斯監測、束管監測、水文監測、通風系統等）、設備運行信息 （帶式輸送機、水泵、風機、運輸提升等子系統）和人員信息 （人員定位、井下考勤、點檢系統等），通過流媒體轉發技術，實現視頻與音頻多媒體信息的集成，實現多地點和多設備的統一集中監控，也為視頻上墻輪詢、報警聯動錄像與其他報警系統實現視頻聯動和音頻聯動提供統一的數據來源。

（2）預備處理。多源實時數據集成平臺除了采集不同地點和不同系統的上傳數據外，還滿足與前端各個系統的交互能力，支持系統實現應急預案聯動控制與響應能力。

（3）響應查詢。多源實時數據集成平臺能夠對系統狀態進行自動監測，系統可以快速準確地定位事故地點以及事故地點相關系統的狀態，并以圖表和報表等方式友好地呈現出來。集成平臺的錄像查詢功能、設備巡檢功能以及記錄查詢與統計功能都是“查”的具體應用形式。

（4）調度決策。系統捕獲到各種預警信息后，視頻信息自動聯動投影到大屏顯示系統，同時以語音自動提示和電子地圖閃爍等形式提醒值班人員關注。系統具有應急救援特定場景的行為分析和人數統計等功能，運用RFID 技術對人員和移動設備進行跟蹤定位，實現了對重點監視對象的監視和活動軌跡回放。當指揮中心收到預警信號后，經過值班人員的核實，可以快速調用并綜合運用各種人防、技防和物防措施一體化的處理。

3 多源數據統一集成平臺邏輯結構

圖2 平臺與外部數據源的交換與共享邏輯關系

多源數據統一集成共享服務平臺在整個煤礦安全生產應急救援平臺結構中居于中心地位，但又獨立于應用層之外，與門戶、數據庫和應用都是松耦合連接。應急救援平臺通過信息交換與共享，系統抽取和共享安全生產運行系統的數據并進行存儲，包括人員系統 （如人員定位、無線通訊、點檢儀等）、環境監測系統 （如瓦斯監測、頂板壓力監測、水文監測）以及機電系統 （如帶式輸送機監控、運輸提升監控、風機監控、水泵監控）等信息。通過信息交換與共享系統向上級提供其所需的數據信息，并向下級單位發出指令信息，從而實現安全生產領域突發事件應急處置和管理過程中的信息共享。多源數據統一集成共享服務平臺不僅能夠實現數據可靠傳輸、應用安全認證和接口統一規范，而且能夠實現安全生產應急平臺與已有安全生產異構系統之間不同格式數據的交換。多源數據統一集成共享服務平臺與外部數據源的交換與共享邏輯關系如圖2所示。

4 多源數據統一集成實現方式

為了保證多源數據統一集成的通用性、開放性和易擴展性，充分實現各功能模塊之間的松耦合和模塊內的高內聚，系統采用消息中間件、XML 技術、適配器技術以及ETL、OPC、CORBA 和ODBC相關開放的標準接口技術，少量采用定制API接口技術，功能模塊包括適配器、消息總線、信息集成調度服務器、配置管理工具、可視化信息查詢組態工具、數據訪問接口、應用Web服務器和安全審計認證等組件模塊。消息中間件作為數據總線，通過XML語言來組織數據，用適配器實現標準數據格式與源數據格式之間的轉換。

根據 《國家安全生產應急平臺標準規范》，數據集成的方式包括ETL 實現數據庫之間信息交換與共享、消息和Web Services服務實現信息交換與共享、消息和共享文件實現信息交換與共享、數據文件導入應用系統實現信息交換與共享以及數據文件導入數據庫實現信息交換與共享。此外，結合煤礦企業的特點，還應該包括采用OPC 協議實現自動化子系統實時工業數據的繼承和共享、通過定制API實現監測系統數據的集成與共享、采用CORB實現DCS和其他控制系統的數據集成以及采用空間數據轉換模式實現空間數據集成等集成方式。

5 空間數據共享服務

由于煤礦地質環境不斷變化，特別是由于采掘生產具有連續移動的特殊性，日常生產產生大量的工程技術圖檔，這些工程技術性內容信息是應急救援科學決策的基礎支撐數據。在現有計算機軟硬件支持下，基于各二級礦井單位的地理空間數據建立工程性質的三維應急救援地理空間數據庫，實現相關地理空間數據的操作，包括空間地理信息數據的快速調度、查詢、顯示、無縫漫游、分析統計、維護、更新和打印輸出等功能。三維空間數據庫數據涵蓋范圍為井巷三維工程數據庫、井下主要設施設備數據庫、重大危險源、監控檢測系統數據庫、應急預案庫和技術措施數據庫。

共享服務平臺功能包括空間數據編目、歸檔、版本和入庫管理，可實現面向不同應用提供統一的系統集成接口、圖層共享和服務系統、地圖服務接口等，并且通過實時信息接口實現與多種實時技術系統消息通信，并將各種實時信息接入到系統中。空間數據共享服務模塊架構在應急救援應用系統中無縫集成多種數據格式，不同格式的數據可以疊加在同一個窗口中進行顯示和疊加分析等互操作，異構數據的集成有效地解決了不同格式數據資源的綜合利用問題。

6 信息智能共享聯動

為了實現多服務、分布式、跨平臺聯動控制和動態分級多層監控管理的集成共享服務平臺，以現有網絡為中心，以預防、調度為應用目標的專用集成模塊，把與應急救援有關的不同設備、不同技術和不同的子系統 （瓦斯、礦壓、礦井、頂板、管束等環境監測以及人員定位、通訊的人員檢測、主要設備檢測、視頻監控、門禁考勤、周界報警、消防報警、井下無線通訊、井下廣播、行政及調度通訊、LED 顯示發布、大屏幕等）集成到統一的平臺上，通過網絡的傳輸和服務器的集中管理，完成信息采集、傳輸、存儲、處理、控制和管理的全過程，實現可靠的全面控制和管理。

為了實現系統智能聯動，集成平臺同時采用ASCII編碼方式、NTP 協議、SNMP 協議、SDK工具以及嵌入式自動引擎，對第三方設備和子系統進行自動診斷和報警管理，在報警情況下自動激活行動計劃并實施應急預案處理。利用數字電視墻控制技術和視頻源互聯數字組屏管理技術同時展現井下的視頻、電子地圖和應急過程處理，實現三屏信息聯動，提高處理速度。聯動模塊采用模塊化設計對各類子系統進行無縫集成，在一個界面上實現對不同品牌、不同廠商、不同協議和不同控制方式的廣播、視頻、通訊系統和設備實現統一聯動。

7 結語

通過基于多源數據集成的煤礦應急救援平臺的建設，棗礦集團實現了應急救援與日常安全生產調度系統的集成，管理效益和經濟效益已經開始體現。系統的監、控、查、管機制提高了針對緊急事件采取預防、預備、響應和恢復的活動與計劃的能力。三屏聯動的展示布局方式有利于處理大量復雜信息，對異常信息能同時實現以聯動視頻跟蹤、語音提示和電子地圖閃爍等方式提醒調度值班人員關注。調度值班人員確認并核實預警信號后，在應急救援平臺中快速啟用應急預案，快速綜合調用各種人防、技防和物防措施一體化處理。

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