基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)設(shè)計

張月娟

（甘肅省定西市臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校，甘肅 定西 730500）

所謂物聯(lián)網(wǎng)即為物與物之間互相聯(lián)系的互聯(lián)網(wǎng)，這一概念的提出收到了全球國家的關(guān)注，被稱譽(yù)為一次信息時代的大改革[1]。物聯(lián)網(wǎng)可分為網(wǎng)絡(luò)層、感知層和應(yīng)用層三個部分。其中感知層相當(dāng)于人類的五官用來進(jìn)行對事物的感知和識別及信息的收錄。網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)大腦中樞神經(jīng)，主要負(fù)責(zé)對“五官”識別的信息進(jìn)行傳遞。應(yīng)用層則為人們的社會分工，用于將大腦傳送來的信息進(jìn)行明確分工及應(yīng)用。此前，這一技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到礦山安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)設(shè)計中，在促進(jìn)礦山安全監(jiān)控管理快速發(fā)展的同時也帶來了一些安全隱患。為此，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)感知層信息安全傳輸有著十分重要的意義。文章針對物聯(lián)網(wǎng)感知層的信息安全傳輸方式開展研究，通過設(shè)計一種新型基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，建立物聯(lián)網(wǎng)感知層的安全機(jī)制。通過基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)的框架設(shè)計，以對比實驗的形式對文章設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行驗證，得出結(jié)論，最終達(dá)到基于物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)礦山安全生產(chǎn)的目的。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)設(shè)計

1.1 硬件設(shè)計

為了保證礦山安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，能夠通過穩(wěn)定可靠的MCU準(zhǔn)確的完成相應(yīng)工作任務(wù)，首先，需要對礦山安全監(jiān)控管理信息進(jìn)行清晰化處理，并通過相關(guān)信息判斷出礦山安全監(jiān)控的狀態(tài)是否正常。因此，本文系統(tǒng)采用了一種具有嵌入式-微控制器的集成電路，且芯體尺寸為32位，速度在72MHz，程序存儲器容量為256KB，RAM容量為48K的硬件平臺，該平臺可以更好的完成系統(tǒng)中對礦山安全監(jiān)控管理信息采集以及處理等功能的要求。本文主要對兩部分的電路進(jìn)行設(shè)計，一是本系統(tǒng)中的最小系統(tǒng)電路，二是系統(tǒng)中信息的采集以及解析電路。

在最小系統(tǒng)的電路中，主要包含了微處理設(shè)備、振蕩電路以及復(fù)位電路[2]。微處理設(shè)備采用一種DSP為32位的處理器，微處理設(shè)備示意圖，如圖1所示。

圖1 微處理設(shè)備示意圖

根據(jù)圖1所示，其芯片上具有132字節(jié)Flash，其板載晶振可達(dá)30.72MHz，具有更加豐富的外部設(shè)施資源及接口。礦山安全監(jiān)控管理信息的采集和解析電路是將由攝像頭獲取到的外部環(huán)境中更詳盡的礦山安全監(jiān)控管理信息，通過轉(zhuǎn)換芯片將模擬的信號信息轉(zhuǎn)換為空間上的數(shù)字化信號，采用具有HS處理技術(shù)的芯片，實現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的信噪比、量子效率等，可以將獲取到的礦山安全監(jiān)控管理信息更加高效的轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息[3]。

1.2 軟件設(shè)計

1.2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)提取礦山安全監(jiān)控管理信息

根據(jù)上述完成的硬件設(shè)計，下述將基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，開展礦山安全監(jiān)控管理信息提取的研究[4]。提取的礦山安全監(jiān)控管理信息包括：安全綜合管理信息、安全工器具管理信息、安措反措管理信息、事故調(diào)查和統(tǒng)計報告管理信息、安全教育培訓(xùn)管理信息、安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)信息與安全監(jiān)察人員管理信息等。若收集到的安全監(jiān)控管理信息參數(shù)數(shù)值在設(shè)定的正常運(yùn)行參數(shù)范圍內(nèi)，則對其判定無相關(guān)信息，即可進(jìn)行下一個信息節(jié)點的繼續(xù)監(jiān)控。若顯示其超出了正常的運(yùn)行參數(shù)范圍，則針對該點取樣，將其歸入異常信息集合，并基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層以網(wǎng)絡(luò)化視頻的方式實時觀看被監(jiān)控點的生產(chǎn)信息。其次，結(jié)合礦山安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與停機(jī)狀態(tài)，對其實施邊界的模糊處理，并將處于模糊邊界的數(shù)據(jù)一并歸入信息異常的判別過程中。根據(jù)預(yù)警方式的不同，基于物聯(lián)網(wǎng)為其提供的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，便可實現(xiàn)對信息的綜合性前期預(yù)處理。即為設(shè)定隸屬函數(shù)，將A(x)表示為異常的隸屬范圍值，當(dāng)x=0時，表明提取的信息出現(xiàn)異常趨勢或存在一定的危險信號，當(dāng)x＜0時，表明信息不存在異常，可實現(xiàn)故障的持續(xù)運(yùn)行；當(dāng)x＞0且x不等于1時，表明出現(xiàn)異常預(yù)警信號。最后，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下設(shè)備的運(yùn)行范圍，對其進(jìn)行異常邊緣化處理，即對出現(xiàn)異常的區(qū)域進(jìn)行等價優(yōu)化的正交檢測，并根據(jù)劃分的應(yīng)力區(qū)域范圍實現(xiàn)礦山安全監(jiān)控管理異常信息的提取。

1.2.2 礦山安全監(jiān)控管理信息除雜降噪處理

根據(jù)上述提取的礦山安全監(jiān)控管理信息，下述將基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開展礦山安全監(jiān)控管理信息智能分類的研究[5]。首先，將提取的礦山安全監(jiān)控管理信息動態(tài)化的整合成一個特征參數(shù)數(shù)據(jù)集合，并根據(jù)參數(shù)的特征對其進(jìn)行礦山安全監(jiān)控管理信息特征向量的定位，記為B=[A(x1),A(x2),……,A(xn)]，其中，n表示為多種分類方式，并對不同的礦山安全監(jiān)控管理信息劃分對應(yīng)的近似類型，嚴(yán)格遵循隸屬接近數(shù)值原則及診斷距離最小化的沿著，對其實施故障的模糊識別。其次，由于收集到的數(shù)據(jù)受到多種檢測設(shè)備陰影、監(jiān)測噪聲等的影響，因此，應(yīng)對礦山安全監(jiān)控管理信息實施除雜降噪處理。計算公式如公式（1）所示。

如上述公式（1）所示，為數(shù)據(jù)集合的降噪公式。Q表示為整理后的礦山安全監(jiān)控管理信息集合；B表示為原始的礦山安全監(jiān)控管理信息集合；A(Xn)表示礦山安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)中任意一個節(jié)點的參數(shù)點坐標(biāo)；n表示為多種分類類型；Xi表示為人工因素影響條件下收集數(shù)據(jù)中存在的噪聲。采用上述計算公式，可得出新的信息集合，最后，根據(jù)模糊綜合評估兩者之間的關(guān)系，對礦山安全監(jiān)控管理信息的隸屬關(guān)系按照R矩陣的方式進(jìn)行分類，可表示為R=QB。結(jié)合先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，極大的加強(qiáng)了礦山安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)在工作過程中對周圍復(fù)雜環(huán)境的降噪能力。

2 對比實驗

2.1 實驗準(zhǔn)備

本次實驗采用黑盒測試的方法，對設(shè)計的系統(tǒng)以及傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行測試。系統(tǒng)測試環(huán)境，如表1所示。

表1 系統(tǒng)測試環(huán)境

結(jié)合表1信息，設(shè)置傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)為實驗對照組。實驗主要內(nèi)容為測試兩種信息系統(tǒng)的信息執(zhí)行數(shù)，本文實驗設(shè)計數(shù)為20個，信息執(zhí)行數(shù)越接近設(shè)計數(shù)證明該信息系統(tǒng)執(zhí)行能力越強(qiáng)。記錄實驗結(jié)果，進(jìn)而判斷兩種信息系統(tǒng)對于礦山安全監(jiān)控管理信息的綜合執(zhí)行能力。

2.2 實驗結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計的實驗步驟，采集實驗數(shù)據(jù)，將兩種信息系統(tǒng)下的執(zhí)行數(shù)進(jìn)行對比。具體實驗結(jié)果，如表2所示。

表2 實驗結(jié)果對比表

根據(jù)表2可以看出，本文設(shè)計的信息系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)與設(shè)計數(shù)完全一致，而對照組存在執(zhí)行失敗的情況。因此，設(shè)計信息系統(tǒng)可以實現(xiàn)對礦山安全監(jiān)控管理信息的成功執(zhí)行。通過驗證結(jié)果，證明所設(shè)計的信息系統(tǒng)其各項功能均可以滿足設(shè)計總體要求，可以廣泛應(yīng)用于礦山安全信息監(jiān)控管理方面。

3 結(jié)束語

文章開展了基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)設(shè)計，為礦山安全監(jiān)控管理信息的優(yōu)化設(shè)計提供理論支持。最后采用設(shè)計對比實驗的方式，驗證了本文設(shè)計的信息系統(tǒng)在實際的應(yīng)用中可提升執(zhí)行能力，降低傳統(tǒng)信息系統(tǒng)存在的執(zhí)行失敗次數(shù)，因此，在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大該種系統(tǒng)在礦山安全信息監(jiān)控管理中的應(yīng)用。