煤礦人員定位系統數據不對稱分析

鄧穎松

（福建省華廈能源設計研究院有限公司 福建福州 350000）

1 概述

為抓好礦山安全，切實保護好煤礦員工的生命安全，國家礦山安全監察局（福建局）利用“福建煤礦安全風險監測預警系統”平臺，在線遠程監察執法。通過對各類異常報警數據分析并做出煤礦安全風險研判，落實隱患整改［1］。煤礦人員定位系統上傳數據的準確性、有效性、實時性將對煤礦安全風險起著決定性的作用。

2 安全監測預警系統平臺人員定位數據采集原理解析

數據層數據完全由本地人員系統廠家提取本地數據庫數據生成，臨時存放在本地D 盤“EXCHANG”目錄下。平臺在本地安裝“GatherClient”采集服務，采集服務按文件生成的頻率將暫存在“EXCHANG”目錄下的文件取走。平臺對數據層各模塊數據制定準入規則，對采集數據進行關聯分析判定，部分準入規則將在后文詳細說明。符合規則的數據進入到數據管理層，否則將被取消采集，取消采集的文件存放在本地“XML”文件目錄下。數據管理層的數據作為平臺的基礎數據，平臺根據《煤礦安全規程》《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》（AQ 1029—2019）、《煤礦安全監控系統通用技術要求》（AQ 6201—2019）等規范及要求對數據做出判定，最后在安全監測預警系統平臺中顯示出來。

3 本地人員定位系統數據采集原理與數據生成

3.1 數據采集原理

礦山人員隨身攜帶的識別卡進入讀卡器相應工作區域后，該人員編碼經加密后即將信息發射出去；讀卡器接收到識別卡發來的無線信號，經區域定位分站接收處理后，提取人員編碼相關信息，經井下環網交換機傳送至人員定位主機，完成礦井人員自動跟蹤與定位管理。硬件信息將由獲取環網相應設備IP 后自定義生成。該定位系統還具有人員超時、區域超員、人員求救、考勤管理等功能。本地系統配置SQL SERVER 2008R2 數據庫，存儲本地系統產生的各類數據。

3.2 數據生成

本地人員定位系統的數據展示全部基于本地SQL 數據庫。由于安全監測預警系統平臺數據無法直接調取本地數據庫，所以系統廠家需按平臺要求重新編寫一個數據生成程序，從數據庫中生成符合平臺采集格式及規則的數據。

本地人員定位系統是基于系統自己的規則生成數據，并存儲至SQL 數據庫。安全監測預警系統平臺的數據是基于本地生成且判定合格后的數據。從數據來源的角度來看，本地數據一定是大于平臺歸集的數據，本地系統產生的數據一旦被平臺判定為不規范數據，那本地端與平臺監管端數據不一致的問題便體現出來。煤礦人員定位系統采集數據生成文件及生成頻率要求如表1。

表1 數據生成文件及頻率

4 數據有效性解析

4.1 生成時間的有效性

同類相鄰的2 個文件生成時刻必須是以上表格中生成頻率的0.8 倍～1.5 倍之間。

4.2 生成格式的有效性

生成文件的文件格式必須是“.xml”的文件格式，時間格式必須是“yyyy-mm-dd hh∶mm∶ss”。

4.3 規則的有效性

（1）基站實時數據規則。基站實時數據內的基站數量必須與基站基本信息數據內基站的數量一致。

（2）井下作業人員實時數據規則。①人員進入下一基站時刻不應早于前一基站時刻；②人員入井時刻不應晚于數據文件生成時刻；③人員出井時刻不應晚于數據文件生成時刻；④人員出井時刻不應早于行進軌跡最后基站讀取時刻。

（3）人員基本信息規則。“姓名”“身份證”“職位”“職務”“工種”這5 個字段為必填項。

（4）區域基本信息規則。嚴格按照國家對煤礦井下單班作業人員限員規定。目前福建煤礦分2 個生產能力判定：①30 萬t/a<生產能力≤60 萬t/a 的礦井，單班人數應≤100 人；②生產能力≤30 萬t/a 的礦井，單班人數應≤80 人。

5 不對稱案例分析

5.1 案例1：出入井記錄不完整

2022 年3 月20 日—3 月22 日，池坪蘆坑卡號為5409 人員本地系統均有2 次出入井記錄，但預警系統平臺中前一次顯示未出井，后一次卻沒有出入井記錄。數據處理流程如圖1所示。

圖1 數據處理流程圖

分析數據生成記錄文件：調取2022 年3 月20 日本地生成程序數據查看，有一條完整的出入井記錄對應時刻為2022-03-20 11∶51∶33—2022-03-20 12∶18∶40。同樣調取平臺數據查看卻只有一條入井記錄對應時刻為2022-03-20 11∶51∶33--。由流程圖可知本地系統數據沒有過多的限制規則判定，輸出的記錄完整。平臺添加了判定規則后，該數據通過了“基本信息判定”“入井時刻判定”，但沒有通過“出井時刻判定”。

根據判定規則對該出井數據分析：發現軌跡的生成邏輯產生了錯亂，多生成一條軌跡。正常邏輯是最后進入的讀卡器編號應為001R01，時刻也應為2022-03-20 12∶18∶40，而這個數據最后多生成了一條進入讀卡器編號為006R02 的軌跡，該軌跡的時刻對應為2022-03-20 12∶11∶47，這違反了規則有效性“人員進入下一基站時刻不應早于前一基站時刻”的這條規則。所以該條出井數據被取消采集，所以該人員在預警系統平臺沒有出井記錄。

3 月22 日卡號5409 本地明明有出入井記錄，預警系統平臺卻沒有記錄。調取本地生成數據查看，未發現卡號5409 的數據，但本地SQL SERVER 2008R2 數據庫中有出入井數據，基于本地數據庫，所以本地系統有記錄。由于生成程序未將卡號5409 人員信息生成出來，因此該人員信息不存在，所以該人員當天沒有出入井記錄。

進一步分析生成程序漏生成記錄問題，從本地系統數據可以看出，入井時刻為17∶03∶27，出井時刻為17∶06∶44，時刻間隔3 min 17 s。查看生成程序發現，該程序設置的生成頻率規則也是5 min，但生成程序只生成在這個周期內有入井時刻，未出井人員數據，在一個生成周期內出入井人員數據被生成程序自動忽略，所以造成了該人員在這個周期內的數據丟失。

該案例是生成程序邏輯產生了問題。建議修改生成程序邏輯，第一種情況將出井讀卡器讀取時刻作為人員軌跡最后時刻，不應將前一個讀卡器讀取時刻添加到最后軌跡時刻。第二種情況需將一個采集周期內的出入井數據應從本地數據庫中提取成出來，而不是忽略該數據。

5.2 案例2：出現一人多卡問題

2021 年12 月29 日，東井田煤礦當天有10 人同一時刻同時出井，國家礦山安全局（福建局）通過預警系統平臺遠程監察，質疑存在一人多卡問題，需礦方書面說明情況。

分析數據生成記錄文件：分別調取2021 年12 月29 日平臺數據和本地數據查看，對應不同人員的入井時刻，均有生成完整的出入井記錄，說明這些人員信息均通過了平臺判定規則。通過判定的數據作為基礎數據，平臺將對這些數據分析研判。一人多卡判定流程如圖2 所示。

圖2 一人多卡判定流程圖

依據判定流程，分析到這10 個人出井時刻均為2021-12-29 12∶11∶15，平臺判定疑似一人多卡。但從本地的查詢數據中發現，出井時刻并非一致，但為什么會生成一致的時刻呢？經數據分析比對及查看生成程序發現，該組數據均為1 個采集周期（5 min）內產生的數據，各個人出井的時刻不同且相差在5 min 以內，數據文件生成時刻為2021-12-29 12∶11∶20。程序開發人員為了滿足“人員出井時刻不應晚于數據文件生成時刻”這個規則，將該時刻周期內最后一個出井人員的出井時刻賦予了所有這周期內出井的人員。為了滿足規則而賦予一個與實際不符的時刻，造成了預警系統平臺的誤判。

該案例是生成程序直接賦值出井時刻造成的。建議不可隨意修改原始數據，在數據生成上多增加幾條相應的判斷語句。

5.3 案例3：人員軌跡缺失

國家礦山安全監察局（福建局）通過“福建煤礦安全生產風險監測預警系統”平臺，遠程監察中發現部分礦井人員軌跡存在缺失，其表現形式為人員在井下突然消失，無法獲取到人員實時信息。若軌跡缺失人員為帶班領導，則該時間段平臺顯示“空崗”。存在人員軌跡缺失的可能性如下3 點。

（1）礦井區域設置異常。根據福建省礦山特點，人員定位系統設定以下區域：重點區域、限制區域、井口區域等，若這幾個區域的關鍵詞無法被識別，生成程序會自動歸集為其他區域。由于本地設置是幾個不同區域，但程序生成僅有1 個區域有2 種情況：①生成程序會把各區域限員人數累加，造成區域人員超限設置，違反了本文中區域基本信息規則，平臺按規則判定為無效數據、取消采集；②人員實際軌跡在區域間切換，生成數據產生錯亂，進入新區域后由于無法正確識別該區域而丟失數據。

（2）讀卡器關聯區域異常。每個區域應安裝相應的分站和讀卡器，在本地系統設置完區域后，相應的讀卡器要關聯上，否則該讀卡器讀到的數據無法寫入數據庫，造成人員軌跡消失。

（3）井下分站時刻未同步。正常井下分站時間需要與地面定位主機的時間同步，若未同步會違反本文中井下作業人員實時數據的規則，該數據將被取消采集。

該案例問題的關鍵是本地系統基礎數據不規范造成的，建議按規范設置本地系統，按規則生成相關文件。

5.4 案例4：出現帶班空崗問題

多次出入井部分數據丟失造成人員未出井帶班空崗：2022 年5 月16 日，平臺顯示卡號尾數為5431 的人員未出井，卡號尾數為2589 的礦領導空崗34 min 43 s。帶班空崗判定流程如圖3 所示。

圖3 帶班空崗判定流程圖

分析數據生成記錄文件：卡號尾數為5431 的人員單天多次出入井，平臺顯示其中3 條出入井記錄分別為：19∶08∶27—19∶43∶09；19∶48∶02—20∶14∶38—20∶51∶03。該數據稍作分析可以發現未出井數據存在明顯的問題，若19∶48∶02 入井尚未出井，那20∶14∶38 這條出入井記錄是如何產生的呢？進一步對19∶48∶02 這條入井記錄前兩組數據比較分析，平臺端前一條出入井數據顯示19∶08∶27—19∶43∶09，本地端前一條出入井數據顯示19∶08∶27—20∶00∶42。為什么同一個入井記錄出現2 個不同的出井記錄?查看本地數據庫文件，并沒有19∶43∶09 的出井時刻，也沒有19∶48∶02 的入井時刻。

很明顯，又是生成程序出現了問題，程序為了解決多次出入井軌跡連續性問題，強制給19∶08∶27 這條入井數據補充了一條19∶43∶09 的出井數據和下一條19∶48∶02 的入井數據，生成程序實際也有對應19∶48∶02 的入井數據，生成了一條19∶58∶13的出井數據，巧的是該條數據違反了本文中區域基本信息的規則被取消采集，導致平臺只收到入井時刻，沒有出井時刻。

該礦山為一天兩班制，正常中班領導帶班出井后井下將沒有工人再作業。當日卡號為2589 的中班帶班領導于23∶25∶16出井，卡號尾數為5431 的人員由于其中一條數據出井時刻未被采集，所以當日在井下停留時刻至23∶59∶59。依據空崗流程對出井時刻比較：23∶59∶59＞23∶25∶15，所以判定為“空崗”時刻差為34 min 43 s。

該案例中除了多生成不規范數據外，空崗問題明顯是受卡號5431 數據關聯產生的。建議生成程序對關聯數據充分考慮，不應滿足個別需求而忽略了數據的統一性和真實性，修改程序算法，按規則生成相應數據，使平臺與本地數據一致。

6 結語

礦山人員定位系統采集了各工種人員的出入井信息、區域信息、軌跡信息、超時信息、求救信息等，這些數據的有效性和真實性對安全生產和應急救援起到至關重要的作用。“福建煤礦安全風險監測預警系統” 平臺的建設基于礦山這些數據的歸集，使得監察工作又多了一種方式。做好本地數據與平臺數據的比對與分析，及時協助程序開發人員修改相應程序，保持數據的一致性，為礦山企業的安全生產，以及監管部門的遠程監察及風險防控起到積極的作用。