礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)融合平臺設(shè)計研究

張 磊

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司唐安煤礦分公司，山西 高平048400）

0 引 言

近年來煤礦安全越來越受到社會各界關(guān)注，從近年來的報道可以發(fā)現(xiàn)我國煤礦行業(yè)還是經(jīng)常出現(xiàn)各類安全事故，對煤礦井下人員的安全構(gòu)成了嚴重威脅，也不利于煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1,2]。與其它行業(yè)相比較而言，煤礦行業(yè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境相對比較復(fù)雜，迫切需要智能化安全監(jiān)控系統(tǒng)來保證生產(chǎn)作業(yè)安全[3]。當(dāng)前階段，人員定位系統(tǒng)、智能化安全監(jiān)控系統(tǒng)都是煤礦行業(yè)必須配備的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的運行在保障人員安全方面發(fā)揮著積極作用[4]。但是，這些系統(tǒng)都使用不同的標(biāo)準(zhǔn)，各個系統(tǒng)相互獨立，數(shù)據(jù)信息無法實現(xiàn)共享，無法在最大限度上發(fā)揮各個系統(tǒng)平臺的功效[5,6]。基于此，本文在綜合考慮煤礦行業(yè)各種實際信息需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進的技術(shù)搭建人-機-物于一體的系統(tǒng)融合平臺。詳細介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式及具體功能設(shè)計。本研究對于保障礦井人員安全有著非常重要的現(xiàn)實意義。

1 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)融合平臺涉及主要內(nèi)容

礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)融合平臺目的在于將礦井已經(jīng)建設(shè)完成的多種安全監(jiān)控系統(tǒng)，如人員定位系統(tǒng)、電網(wǎng)安全監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備遠程控制系統(tǒng)等，進行有效融合形成一個融合平臺。將不同安全監(jiān)測系統(tǒng)進行連通，突破不同系統(tǒng)平臺之間的信息孤島問題，實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的聯(lián)動。

1）礦井多系統(tǒng)多網(wǎng)絡(luò)融合。不同系統(tǒng)在信息傳輸方面有不同的標(biāo)準(zhǔn)體系，需要制定規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)體系進行數(shù)據(jù)傳輸，確保系統(tǒng)通信接口能支持多種傳輸協(xié)議。實現(xiàn)礦井電力監(jiān)控、人員定位、設(shè)備檢測、安全監(jiān)控等數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化傳輸，打通數(shù)據(jù)共享渠道。

2）地面多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合。打通不同安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸問題后，需要將安全監(jiān)控數(shù)據(jù)信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，搭建多系統(tǒng)融合平臺。系統(tǒng)軟件和操作人員可實時調(diào)取數(shù)據(jù)庫中的信息進行顯示，以達到監(jiān)控礦井安全的目的。將礦井所有的安全數(shù)據(jù)信息存儲在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)查詢和使用。

3）安全監(jiān)控系統(tǒng)與GIS融合。將先進的Web矢量圖形與GIS技術(shù)進行有效融合，再結(jié)合電子礦圖，可以綜合展示整個礦山的實際情況，為礦井的安全監(jiān)控提供堅實的基礎(chǔ)。

4）系統(tǒng)融合綜合數(shù)據(jù)分析。將煤礦現(xiàn)有的各類安全監(jiān)控系統(tǒng)全部接入融合平臺，平臺可對所有的數(shù)據(jù)信息進行綜合分析和運用，充分發(fā)揮各監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢，完成單個系統(tǒng)無法完成的任務(wù)。

5）應(yīng)急聯(lián)動。對于一些緊急情況，如突發(fā)性停電、瓦斯超限等需要立即將礦井所有人員全部撤出。此時，可利用系統(tǒng)融合平臺應(yīng)急聯(lián)動功能，利用人員定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)等，在第一時間將人員全部撤出。

2 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)融合平臺實現(xiàn)方案

2.1 融合平臺總體架構(gòu)

如圖1所示為礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)融合平臺總體架構(gòu)。融合平臺由多個不同模塊構(gòu)成，主要包括數(shù)據(jù)信息采集與存儲、數(shù)據(jù)信息分析與展示、系統(tǒng)聯(lián)動等。通過數(shù)據(jù)采集模塊可對礦井所有與安全相關(guān)的監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進行采集，比如人員定位系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)中心模塊主要是對獲得的數(shù)據(jù)信息進行分析處理，將處理結(jié)果進行存儲和對外公布。數(shù)據(jù)分析與展示模塊主要是對數(shù)據(jù)信息進行圖形化展示，以方便操作人員查看，操作人員可通過該模塊查詢歷史數(shù)據(jù)。聯(lián)動模塊可實現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動和數(shù)據(jù)展示聯(lián)動，當(dāng)?shù)V井出現(xiàn)各類突發(fā)情況時，可實時展示故障問題所在區(qū)域的實時情況，包括數(shù)據(jù)信息、視頻信息等。當(dāng)需要緊急撤離礦井人員時，基于聯(lián)動模塊可以利用通信系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)組織撤離人員。

2.2 融合平臺的數(shù)據(jù)采集及綜合分析

如圖2所示為礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)融合平臺數(shù)據(jù)采集過程，系統(tǒng)基于綜合自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成方案實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集，利用測點定義文件對不同測點的數(shù)據(jù)信息進行實時更新。每個測點定義文件由各子系統(tǒng)自行提供，將子系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)更新到文件中，需要更新的數(shù)據(jù)信息包括正常運行數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理結(jié)果等。這些數(shù)據(jù)信息通過專門的程序儲存到數(shù)據(jù)庫中。將多個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進行收集后，還需要搭建專門的數(shù)據(jù)分析模型對數(shù)據(jù)進行綜合分析，通過模型對礦井安全狀態(tài)進行實時評估，評估結(jié)果以多種形式展示，如不同顏色對應(yīng)不同等級的安全狀態(tài)，以警示礦井工作人員，避免發(fā)生安全事故。

2.3 安全監(jiān)控系統(tǒng)與GIS融合

GIS可以為礦井安全監(jiān)控管理提供空間坐標(biāo)定位支持，可提升設(shè)備管理、數(shù)據(jù)聯(lián)動等多個層面的管理水平，使得安全監(jiān)控系統(tǒng)變得更加可靠。利用GIS圖形軟件實現(xiàn)兩者的融合，如圖3所示為圖形軟件的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3 GIS圖形軟件結(jié)構(gòu)框圖

通過圖形編輯模塊可將外部電子礦圖導(dǎo)入到軟件中進行使用，還可對不同層別的圖形進行分層顯示，避免圖形丟失。可將各種對象配置在圖形中，比如機電設(shè)備在圖形中的位置、不同部位安裝的傳感器等，且這些對象與對應(yīng)子系統(tǒng)中的對象進行綁定，兩者之間可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實時更新。圖形展示模塊可對圖形進行放大和縮小、根據(jù)需要制作圖形動畫、右鍵菜單等。圖形驅(qū)動模塊可按照不同子系統(tǒng)的功能自動生成測點對象定義文件，同時提供各類數(shù)據(jù)接口，圖形展示模塊可通過這些接口調(diào)取文件內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，包括實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。可以根據(jù)實際需要，對GIS圖形軟件進行二次開發(fā)，拓展其功能。

2.4 各子安全監(jiān)控系統(tǒng)之間的聯(lián)動

當(dāng)采煤區(qū)現(xiàn)場出現(xiàn)機械設(shè)備故障問題時，可將安全監(jiān)控系統(tǒng)與工業(yè)視頻系統(tǒng)進行聯(lián)動，在視頻系統(tǒng)中實時顯示故障問題區(qū)域的畫面，實現(xiàn)故障問題的遠程監(jiān)控。當(dāng)平臺檢測發(fā)現(xiàn)存在礦井電力安全隱患，需要切斷某塊區(qū)域的供電線路進行檢修時。平臺可以及時向電力監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)提示信息，操作人員根據(jù)提示信息完成對應(yīng)的操作。另外，對停電可能造成影響的區(qū)域也會下發(fā)斷電提示，提醒各方人員做好準(zhǔn)備工作。當(dāng)平臺檢測發(fā)現(xiàn)礦井某塊區(qū)域存在嚴重安全隱患時，可通過應(yīng)急聯(lián)動系統(tǒng)警示該區(qū)域內(nèi)所有人員緊急撤離，并告知撤離路線、附近保存的各種應(yīng)急救援物資、設(shè)備運行情況等。同時還可通過工業(yè)視頻系統(tǒng)實時顯示此區(qū)域的現(xiàn)場情況，通過廣播系統(tǒng)和人員定位系統(tǒng)提醒該區(qū)域人員及時撤離。

3 礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)融合平臺具備的功能

1）子系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采集功能。利用標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口對礦井內(nèi)所有安全監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進行采集，確保數(shù)據(jù)信息采集的準(zhǔn)確性和可靠性，將采集到的數(shù)據(jù)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。

2）數(shù)據(jù)信息的實時顯示功能。融合平臺對采集得到的數(shù)據(jù)信息進行整理分類、等級劃分，篩選出有用的數(shù)據(jù)信息并在監(jiān)控屏幕中實時顯示。

3）分析歷史曲線功能。對于不同測點的歷史數(shù)據(jù)信息可以將它們放在一個坐標(biāo)系內(nèi)進行比較分析，還可以根據(jù)實際需要自由定義曲線縱坐標(biāo)刻度。

4）歷史數(shù)據(jù)查詢與分析功能。數(shù)據(jù)信息采集后存儲在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)需要對歷史數(shù)據(jù)信息進行分析時，可通過程序調(diào)取數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)信息，包括狀態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等。

5）圖形顯示功能。基于電子礦圖，可在圖形中實時顯示不同位置的狀態(tài)數(shù)據(jù)，且可直接在圖形中查詢相關(guān)設(shè)備的故障信息等數(shù)據(jù)。

6）應(yīng)急聯(lián)動功能。可將不同安全監(jiān)控子系統(tǒng)進行聯(lián)動，比如遇到突發(fā)斷電、瓦斯超限等緊急情況時，可以將人員定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等進行聯(lián)動，通知人員盡快撤離出相關(guān)區(qū)域。

7）安全等級評估功能。通過模型評估不同區(qū)域的安全等級，以圖形形式顯示不同區(qū)域的安全等級情況，不同等級以不同顏色展示。一旦融合平臺提示某塊區(qū)域存在安全隱患，可通過監(jiān)控畫面直接展示潛在的安全隱患具體情況。

4 結(jié)論

為了保證礦井人員安全，煤礦企業(yè)建設(shè)了大量的礦用安全監(jiān)測系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)之間由于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，使得它們之間的數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)共享。基于此，本文構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)化的安全監(jiān)控系統(tǒng)融合平臺，通過該平臺可采集不同安全監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，并加以綜合分析利用，實現(xiàn)了不同安全監(jiān)控系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。