霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)

王國強+劉鵬

摘要：我國是一個水害多發(fā)的國家，又是一個以煤炭為基礎(chǔ)能源的國家。礦井水害是關(guān)系到國計民生的重大問題，它不僅干擾了煤礦的正常生產(chǎn)，而且會造成人員傷亡，因此必須完善礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)。 礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)是針對目前煤礦防水治水存在的問題（傳統(tǒng)的水文監(jiān)測方式需要耗費大量的人力和時間，并且容易將人為誤差引入測量中，影響測量的精度，進而影響對數(shù)據(jù)的分析，造成預(yù)報災(zāi)害不利的后果）研究設(shè)計的一種智能監(jiān)測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)；2.4GHZ無線傳輸；樹狀星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

隨著資源緊缺，煤礦開采深度加深，水害成為主要的災(zāi)害之一，2006年1月1日至2014初，全國共發(fā)生重大透水事故二百余起，給礦工生命安全和國家財產(chǎn)帶來嚴(yán)重危害，水害已成為煤礦開采過程中的第二大災(zāi)害。因此，建立一套完整的礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)對煤礦地下水的實時監(jiān)測和預(yù)警、預(yù)報系統(tǒng)顯得尤為重要，對指導(dǎo)礦井生產(chǎn)和礦井水害的防治具有十分重要的意義。

本研究成果分為礦井井上和井下兩部分，采用樹狀星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

井上部分為地面水文長觀孔的水位、水溫監(jiān)測，地面水位水溫遙測自動記錄混合分站采集水位和水溫數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到主站微機，進行數(shù)據(jù)處理。

井下部分利用水文監(jiān)測分站進行數(shù)據(jù)采集，通過專用通訊電纜或井下環(huán)型以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬷行恼荆偻ㄟ^局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到水文監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

基層部分采用物理三層結(jié)構(gòu)，分別稱為數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)處理層（實時監(jiān)測主站），水文數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布層。基層數(shù)據(jù)通訊可以采用光纖或者專用通訊線，礦井以太網(wǎng)。

主要功能是水文孔基本資料的輸入、多參數(shù)水文數(shù)據(jù)的采集、水文數(shù)據(jù)的查詢、水文數(shù)據(jù)的可視化、水位趨勢分析以及異常情況報警等，系統(tǒng)以礦井水文信息的查詢和分析為核心，提供了輸入編輯、查詢、分析、輸出等實用而豐富的管理功能。核心任務(wù)是：為進行切實可行的礦井水害預(yù)測預(yù)報提供可靠的數(shù)據(jù)來源與趨勢分析。具有：測點定義自動識別；數(shù)據(jù)實時顯示；歷史曲線、數(shù)據(jù)查詢；用戶權(quán)限分級分類設(shè)置等功能。

網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)能自動識別水文監(jiān)測系統(tǒng)測點定義的變化，如新增測點、改變、刪除等；由實時監(jiān)測系統(tǒng)采集到數(shù)據(jù)以后，系統(tǒng)可自動不斷更新實時數(shù)據(jù)頁面；人員通過局域網(wǎng)，用瀏覽器即可及時方便的瀏覽各測點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)畫面；水文數(shù)據(jù)的歷史曲線、歷史數(shù)據(jù)的查詢功能，查詢結(jié)果可以通過列表形式顯示也可以通過曲線圖直方圖的形式顯示；用戶分類和用戶權(quán)限設(shè)定功能，用戶登錄時進行身份驗證從而確定該用戶的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限，可以進入用戶管理界面進行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用戶的設(shè)定，普通用戶則直接進入查詢界面。

霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計思路：通過現(xiàn)代化工業(yè)以太網(wǎng)，將霍州煤電集團下屬礦區(qū)與霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)采用無線方式并網(wǎng)，也可以采用現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)并網(wǎng)集中顯示。建設(shè)為高標(biāo)準(zhǔn)、自動化、統(tǒng)一管理的現(xiàn)代化礦井。建成各礦水文監(jiān)測系統(tǒng)后通過TCP/IP協(xié)議，連接的方式將各礦采集到的水文監(jiān)測數(shù)據(jù)整體匯總成統(tǒng)一的管理框架可觀看查閱。

主站安裝在各使用單位地測科或者信息調(diào)度中心，對各礦水文地質(zhì)工作提供參考依據(jù)，主站部分主要由工控機、UPS電源、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、打印機、顯示器等組成，主站上需要安裝礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)軟件B/S版本，承擔(dān)數(shù)據(jù)采集及上傳功能。

具體根據(jù)煤礦井下環(huán)境及地質(zhì)構(gòu)造，選擇需要監(jiān)控的水文參數(shù)，目前礦井水文監(jiān)測工作主要監(jiān)測以下內(nèi)容，系統(tǒng)根據(jù)實際情況選擇：

系統(tǒng)軟件實際物理組成，主要包括操作系統(tǒng)部分、辦公軟件部分、數(shù)據(jù)處理部分、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布部分和煤礦自動化控制系統(tǒng)集成部分。

霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)是利用計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)解決礦井水害防治問題，是多學(xué)科領(lǐng)域與水文科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。該系統(tǒng)集礦井水文數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享、礦井水害預(yù)警、輔助決策于一體，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測手段對地下水的各種參數(shù)進行監(jiān)測，從而能夠及時掌握水文動態(tài)，達到對水害事故的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報、早防治。對保障煤礦的安全、正常生產(chǎn)具有重要的意義。

該系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的硬件部分研究內(nèi)容主要有：傳感器、遙測分站、傳輸系統(tǒng)和水文監(jiān)測主機等，系統(tǒng)可以通過傳感器和遙測分站將地面或井下采集到的各種水文實時數(shù)據(jù)，使用工業(yè)以太網(wǎng)，按照設(shè)計的通信協(xié)議，將各觀測點的水文數(shù)據(jù)傳輸、處理并存儲到水文信息數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)的軟件部分研究內(nèi)容主要有：水文數(shù)據(jù)的實時采集、組織與數(shù)據(jù)庫建立、水文數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)發(fā)布以及智能預(yù)測預(yù)警功能的實現(xiàn)。

霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)，采用有線傳輸和無線傳輸兩種傳輸方式，有線傳輸采用光纖、工業(yè)以太網(wǎng)、CAN總線、礦井電話線等傳輸方式。無線通過2.4G無線技術(shù)，GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。2.4G無線技術(shù)，其頻段處于2.405GHz-2.485GHz（科學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)）之間，這個頻段是國際規(guī)定的免費頻段，是不需要向國際相關(guān)組織繳納任何費用的。這就為2.4G無線技術(shù)可發(fā)展性提供了必要的有利條件。而且2.4G無線技術(shù)不同于之前的27MHz無線技術(shù)，霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)采用2.4G無線技術(shù)，它的工作方式是全雙工模式傳輸，在抗干擾性能上要比27MHz有著絕對的優(yōu)勢。

結(jié)語

霍州煤電集團多參數(shù)水文監(jiān)測智能預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)集礦井水文數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享、礦井水害預(yù)警、輔助決策于一體，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測手段對地下水的各種參數(shù)進行監(jiān)測，從而能夠及時掌握水文動態(tài)，達到了對水害事故的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報、早防治。對保障煤礦的安全、正常生產(chǎn)具有重要的意義。

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