基于事件驅(qū)動的煤礦井下安全事件檢測與預(yù)警

高鵬飛

摘要：煤炭是我國的主要能源，占我國能源總量的以上。煤炭行業(yè)在我國處于十分重要的地位，但其安全形勢則不容樂觀。利用復(fù)雜事件的處理技術(shù)建立了基于事件驅(qū)動的煤礦井下安全事件檢測與預(yù)警觸發(fā)模式。其測試結(jié)果表明，相對于基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的安全監(jiān)控模式，基于事件驅(qū)動的煤礦井下安全事件檢測與預(yù)警模式在異常事件的檢測效率與檢測數(shù)方面均具有明顯的優(yōu)勢。因此提出基于事件驅(qū)動的煤礦井下安全事件檢測、監(jiān)控及管理系統(tǒng)勢在必行。

關(guān)鍵詞：煤礦井下安全；復(fù)雜事件處理；異常事件檢測；預(yù)警觸發(fā)

引言

中國作為占世界35%產(chǎn)煤量的產(chǎn)煤大國，煤炭的能源消耗占據(jù)了十分重要的地位。然而，由于煤炭開采環(huán)境的惡劣性和開采井下地質(zhì)條件的復(fù)雜性等眾多原因，中國的礦難發(fā)生頻繁。據(jù)不完全統(tǒng)計，2015年中國發(fā)生近40起特大煤礦安全事故，導(dǎo)致七百余人失蹤和死亡。針對目前嚴(yán)峻的煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀，進一步加強煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)與研究應(yīng)用具有十分重要的作用。在現(xiàn)有的煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)中，所收集的煤礦生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)包括井下人員、環(huán)境、通風(fēng)、地質(zhì)等方面的感知數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。上述數(shù)據(jù)信息可體現(xiàn)煤礦生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的實時狀態(tài)，體現(xiàn)了煤礦安全事件的發(fā)展趨勢，蘊含了影響煤礦安全生產(chǎn)要素之間的潛在機理規(guī)則。因此，立足于工業(yè)化和信息化“兩化融合”的客觀需求與現(xiàn)實趨勢，利用上述多領(lǐng)域跨空間的異構(gòu)感知數(shù)據(jù)的深度融合與關(guān)聯(lián)建模，使安全監(jiān)控系統(tǒng)在井下安全事件檢測與預(yù)警處理方面的高效性與準(zhǔn)確性得到有效的提升，對于安全監(jiān)控系統(tǒng)在井下安全管理方面的作用充分發(fā)揮具有極其重要的應(yīng)用價值與現(xiàn)實意義。本文主要研究了基于事件驅(qū)動的煤礦井下安全檢測、監(jiān)控及管理系統(tǒng)中所采用的技術(shù)。測試結(jié)果表明，該模式相較與基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的安全監(jiān)控模式，在異常事件的檢測效率與檢測數(shù)方面均具有明顯優(yōu)勢。

1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)概述

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，為解決煤炭生產(chǎn)過程中的安全隱患問題，建立信息化的智能煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)已迫在眉睫。我國從20世紀(jì)90年代開始通過自主研發(fā)煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)，以有線電纜的方式在井下安放固定位置的監(jiān)控傳感設(shè)備，再將數(shù)據(jù)傳達至地面的監(jiān)控系統(tǒng)。而隨著無線傳感網(wǎng)技術(shù)與RFID技術(shù)的逐漸成熟，相關(guān)的基于RFID的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)開始生產(chǎn)使用并且發(fā)揮了很大的作用。在煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)使用方面，現(xiàn)有的模式只是利用歷史的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進行存儲分析，通過匯聚統(tǒng)計分析和集成統(tǒng)計分析，進而得到煤礦生產(chǎn)過程中各種機電設(shè)備的運行能耗、健康狀況和環(huán)境變化等信息，最終實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)的輔助安全支撐作用。從以上分析可以看出，已有煤礦數(shù)據(jù)分析方法與安全信息集成盡管對煤礦的安全生產(chǎn)起到了促進作用，但是仍然不能在煤礦井下開采的惡劣、復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中發(fā)揮其作用；仍然不能實時、智慧、高效地檢測與感應(yīng)生產(chǎn)流程中的人員、機電設(shè)備、環(huán)境等方面的異常安全事件；仍然不能以自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的方式匯聚生產(chǎn)過程中的模式規(guī)律，從而為事中安全預(yù)警和事后搶險救援提供有效合理而科學(xué)的判據(jù)。

2 煤礦井下安全事件檢測與預(yù)警

2.1 煤礦井下事件語義及事件定義

安全監(jiān)控系統(tǒng)體現(xiàn)在煤炭開采的各個重要環(huán)節(jié)，通過視頻監(jiān)控、傳感器等設(shè)備記錄井下機電設(shè)備狀態(tài)、作業(yè)空間及井下風(fēng)速、溫度、濕度、瓦斯、壓力、氧氣、一氧化碳等環(huán)境狀態(tài)，同時利用RFID可對井下人員實現(xiàn)定位追蹤。

環(huán)境監(jiān)測與RFID數(shù)據(jù)相比，其中的狀態(tài)監(jiān)測采用了多種傳感器類型，且數(shù)據(jù)的格式不同，因而在復(fù)雜事件的生成層所得到的事件模式也就更為復(fù)雜。利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集體系所收集到的原始數(shù)據(jù)，基于規(guī)則關(guān)系以生成和煤礦安全相似的復(fù)雜事件。

定義1，復(fù)雜安全事件：為由若干個基本安全事件或復(fù)雜安全事件通過事件合成關(guān)系或是操作符號所產(chǎn)生的合成事件，以表達應(yīng)用層不同語義對象之間的相互關(guān)系。

定義2，基本安全事件：為具有簡單語義知識的目標(biāo)域狀態(tài)信息和多傳感源之間的具有某種時空與流程關(guān)聯(lián)的關(guān)系事件，如環(huán)境溫度變化事件、實時瓦斯信息等。

2.2 基于事件驅(qū)動的井下安全事件檢測與預(yù)警觸發(fā)

基于RFID人員定位與地質(zhì)類、環(huán)境類、機電類等多類傳感器網(wǎng)絡(luò)實時獲取的跨空間結(jié)構(gòu)井下安全感知數(shù)據(jù)，按照規(guī)范化數(shù)據(jù)事件與格式表示進行數(shù)據(jù)的解析過程，主要包括對所獲取的不同傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)進行單位換算、數(shù)據(jù)清洗和格式統(tǒng)一等處理；通過復(fù)雜事件使解析后的數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊，以復(fù)雜事件表示元語為基礎(chǔ)，分別實現(xiàn)產(chǎn)生基本的安全事件、合成操作復(fù)雜的安全事件和數(shù)據(jù)向事件的語義轉(zhuǎn)換過程，以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)完成不同層次、不同粒度上的事件合成操作。其中，語義轉(zhuǎn)換功能主要實現(xiàn)原始數(shù)值型數(shù)據(jù)向語義型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與映射，同時保證在轉(zhuǎn)換與映射過程中保持最小的信息損耗；基本安全事件的產(chǎn)生功能為建立在語義轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)之上的元安全事件擬合過程。

另一方面，歷史語義知識庫的離線更新過程基于多源感知流數(shù)據(jù)實現(xiàn)，通過歷史數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則，自學(xué)習(xí)方式實現(xiàn)復(fù)雜事件規(guī)則知識的增量式更新和自動化更新。此外，模型設(shè)置了管理用戶的自定義接口關(guān)聯(lián)規(guī)則，以實現(xiàn)用戶針對特定條件、特定環(huán)境、特定約束的自定義規(guī)則。基于復(fù)雜事件產(chǎn)生模塊所輸出的關(guān)聯(lián)規(guī)則與安全事件，在滑動時間窗進行匹配樹實時匹配過程，以概率化數(shù)值表示對當(dāng)前狀態(tài)的風(fēng)險評估，基于風(fēng)險評估量化關(guān)系進行危險提示及預(yù)警觸發(fā)，最終為煤礦生產(chǎn)安全管理部門的決策提供支撐。

3 結(jié)束語

面向煤礦惡劣、復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境對于安全預(yù)警系統(tǒng)綜合性、實時性的現(xiàn)實需求，構(gòu)建了基于事件驅(qū)動的煤礦井下安全事件檢測與預(yù)警觸發(fā)模式。以井下人員定位RFID數(shù)據(jù)與環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)，利用復(fù)雜事件處理技術(shù)的事件語義定義合成多層復(fù)合安全事件，通過匹配樹結(jié)構(gòu)在線匹配RFID數(shù)據(jù)與傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測獲取數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)在線實時安全預(yù)警事件的檢測與預(yù)警觸發(fā)。

參考文獻

[1]王亮.基于事件驅(qū)動的煤礦井下安全事件檢測與預(yù)警[J].工礦自動化，2016，（08）：33-37.

[2]施賽杰.基于WSN的煤礦井下安全監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].寧夏大學(xué)，2015.