互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)煤礦安全信息系統(tǒng)構(gòu)建

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摘要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的出現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煤炭工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，真正意義上實現(xiàn)了生產(chǎn)預(yù)警、無人值守、虛擬現(xiàn)實，極大地推動了煤礦安全信息化建設(shè)。今后一段時間內(nèi)，煤炭行業(yè)IT技術(shù)的發(fā)展將緊緊圍繞安全生產(chǎn)及經(jīng)營管理多種應(yīng)用、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、云計算等幾個方面發(fā)展。為此，總結(jié)了互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的煤礦安全信息技術(shù)，提出了基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦安全信息系統(tǒng)架構(gòu)及專有云模式的構(gòu)建及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；云計算；煤礦安全系統(tǒng)

煤炭作為中國十分重要的消費能源之一，其重要性不言而喻，但同時煤炭行業(yè)也被視為高危行業(yè)，瓦斯爆炸、煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、沖擊地壓等災(zāi)害事故頻頻發(fā)生，在很大程度上影響了煤礦的安全生產(chǎn)，并對人們的生命財產(chǎn)安全造成了很大的威脅。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，煤礦數(shù)字化、信息化、自動化程度顯著提升，再加上各種形式的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)廣泛運用，在很大程度上降低了煤礦事故的發(fā)生率，減少了人員傷亡數(shù)量。總而言之，新技術(shù)的運用能夠真正意義上實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)過程中爆炸、火災(zāi)、圍巖等眾多潛在事故隱患的實時監(jiān)測、預(yù)警和科學(xué)決策，是“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下煤礦安全高效生產(chǎn)的一個必然選擇。

1互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的煤礦安全信息技術(shù)

1.1煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

煤礦物聯(lián)網(wǎng)是通過RFID射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)等傳感設(shè)備，遵照事先約定的協(xié)議，綜合運用各種各樣的礦用傳感器來有效地采集井下環(huán)境信息、生產(chǎn)信息，再借助以太網(wǎng)、3G、4G與互聯(lián)網(wǎng)之間形成有效連接，從而實現(xiàn)信息的交換和通信。該技術(shù)具有十分強大的功能，比如對生產(chǎn)設(shè)備的實時監(jiān)控、安全隱患的智能化識別、作業(yè)環(huán)境氣體的監(jiān)測和預(yù)警以及井下作業(yè)人員的精準定位等。總之，充分運用煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠使煤礦生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理變得更加快捷，是確保煤礦安全高效生產(chǎn)的一個強有力的技術(shù)支撐[1]。

1.2煤礦云計算技術(shù)

近些年，云計算技術(shù)取得了飛速發(fā)展，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的強有力推動下，人們應(yīng)用它能夠更加方便、廉價地獲取并使用計算機服務(wù)，這種全新的商業(yè)計算模式正在漸漸地影響著人們運用計算機的思維方式。充分發(fā)揮云計算技術(shù)的作用，構(gòu)建一個先進的煤礦企業(yè)云數(shù)據(jù)中心平臺，并將當前已經(jīng)取得的煤礦信息化建設(shè)成果與該技術(shù)有機結(jié)合起來，最大程度地在大量的煤礦數(shù)據(jù)資源中挖掘出有價值的信息，能夠在一定程度上確保煤礦的安全、高效生產(chǎn)[2]。

1.3煤礦大數(shù)據(jù)技術(shù)

煤礦大數(shù)據(jù)指的是，為了能夠在生產(chǎn)過程中更為高效地從高采樣頻率獲取的、海量的、類型不同的煤礦數(shù)據(jù)資源中獲得有價值的數(shù)據(jù)而設(shè)計出的一種全新的構(gòu)架和技術(shù)。通常情況下，它的數(shù)據(jù)主要來自于井下物聯(lián)網(wǎng)感知層的各監(jiān)測設(shè)備所采集到的各種類型的環(huán)境參數(shù)，比如O2、CO、溫度等實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，還有一系列與控制設(shè)備有關(guān)的數(shù)據(jù)。由于引發(fā)煤礦事故的原因十分復(fù)雜，人們很難完全認識并掌握各類事故的發(fā)生規(guī)律，也就不能對相關(guān)的煤礦事故做到精準地預(yù)測和預(yù)警。在這樣的背景下，通過煤礦大數(shù)據(jù)來深入挖掘數(shù)據(jù)的潛在價值就顯得十分必要，尤其是對爆炸、火災(zāi)、沖擊地壓等重大危險源的科學(xué)預(yù)警是相當重要的。

2煤礦安全信息系統(tǒng)的架構(gòu)

2.1信息感知層

通常情況下，信息感知層的主要功能是采集各種各樣的信息數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)主要來源于井下環(huán)境監(jiān)測、機電設(shè)備監(jiān)測、人員定位、緊急避險和通信聯(lián)絡(luò)等信息與自動化系統(tǒng)，以及煤礦原本就有的一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。

2.2數(shù)據(jù)傳輸層

顧名思義，數(shù)據(jù)傳輸層的功能在于傳輸，即將信息感知層所采集的數(shù)據(jù)通過云平臺的標準接口傳輸?shù)皆朴嬎阗Y源層。通常情況下，該層主要由監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸軟件、安于礦井下的有線和無線終端構(gòu)成。該層能夠十分有效地運用已有的移動網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)來持續(xù)不斷地傳輸數(shù)據(jù)。同時，該層還具備數(shù)據(jù)緩存功能，特別是在沒有網(wǎng)絡(luò)或傳輸速率較低的環(huán)境下，為了能夠最大限度地確保數(shù)據(jù)不丟失，可以啟用數(shù)據(jù)緩存功能，將相關(guān)數(shù)據(jù)存到本地。

2.3云計算資源層

云計算資源層不僅是該應(yīng)用架構(gòu)中十分重要的一個組成部分，也是智能礦山信息化基礎(chǔ)設(shè)施得以成功實現(xiàn)的強有力保障。該層主要包含硬件層、通信適配層、資源驅(qū)動層和中間件層4個部分，值得一提的是，中間件層指的是具備云計算能力的中間件平臺，它主要負責(zé)煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化資源池的建設(shè)及做好相關(guān)的管理工作。

2.4應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層主要向企業(yè)及監(jiān)管部門提供面向管理人員的大數(shù)據(jù)分析決策系統(tǒng)，比如一通三防、瓦斯預(yù)警、礦壓分布等，以及各類軟件服務(wù)，從而讓相關(guān)的工作人員能夠?qū)崟r掌握轄區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)狀況。除此之外，它還具有用戶身份認證、權(quán)限控制以及個性化配置等功能。根據(jù)用戶和監(jiān)管部門的要求，所上傳的煤礦監(jiān)測數(shù)據(jù)必須要做一個相對應(yīng)的分析處理，比方說參數(shù)異常判斷分析、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和報警統(tǒng)計等。尤其是對煤礦人、機、環(huán)境高度耦合的大系統(tǒng)來說，龐大的數(shù)據(jù)在礦井災(zāi)害預(yù)警模型的支持下，預(yù)測預(yù)警將會變得更加精確，煤礦云平臺是其得以實現(xiàn)的信息化基礎(chǔ)。與此同時，煤礦視頻監(jiān)控所產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)具有規(guī)模大、增速快、價值密度低等特點，需要更為深入地挖掘才能將數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值最大限度地發(fā)揮出來，使得視頻監(jiān)控從分析事故原因為主逐步向智能預(yù)警為主的方向轉(zhuǎn)變[3]。

2.5用戶接口層

處于不同層面上的用戶能夠借助于WebAccess（網(wǎng)絡(luò)存取）、專屬客戶端等終端成功地接入該平臺，通過該平臺提供豐富、高效的煤礦安全生產(chǎn)應(yīng)用服務(wù)。

3煤礦企業(yè)專有云模式的構(gòu)建及應(yīng)用

為了最大程度地確保數(shù)據(jù)安全性和服務(wù)質(zhì)量得到最有效的控制，相關(guān)煤礦企業(yè)選取專有云構(gòu)建模式是十分必要的。該構(gòu)架以企業(yè)已有的基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上對服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲進行統(tǒng)一規(guī)劃和架構(gòu)，再通過虛擬化平臺得以有效實現(xiàn)。當前，市場上較受歡迎的虛擬化技術(shù)有多種，主要包括基于X86的VMware的ESX平臺、微軟的Hyper－V平臺以及RedHat公司的KVM平臺，可以任選其一。通常情況下，基于虛擬化技術(shù)的專有云架構(gòu)模式由生產(chǎn)、災(zāi)備存儲、多組服務(wù)集群以及無阻塞網(wǎng)絡(luò)幾個部分構(gòu)成。其中需要重點提一下存儲網(wǎng)，它的主要功能是對整個應(yīng)用架構(gòu)平臺上所有的數(shù)據(jù)進行集中統(tǒng)一的存儲。對于生產(chǎn)環(huán)境，可以使用FC/SAN或IP/SAN作為數(shù)據(jù)存儲設(shè)備；對于災(zāi)害環(huán)境，可以使用NAS作為災(zāi)害數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，充分發(fā)揮存儲網(wǎng)的作用，最大限度地滿足不同的用戶數(shù)據(jù)存儲、并發(fā)訪問需求，進而為用戶和監(jiān)管機構(gòu)提供更為高效、更為快捷的數(shù)據(jù)存取服務(wù)[4]。另外，將相關(guān)的虛擬化平臺軟件安裝于煤礦信息中心物理服務(wù)器上，再通過存儲虛擬化技術(shù)實現(xiàn)同一集群組內(nèi)的服務(wù)器共享生產(chǎn)和災(zāi)備存儲空間，這是現(xiàn)階段煤礦企業(yè)實施起來較為容易的一種架構(gòu)模式。但該方案也存在不足之處，比方說需要購買的服務(wù)器、存儲設(shè)備以及商業(yè)虛擬化軟件授權(quán)等各種各樣的軟硬件平臺花費較大，投資成本較高。對于煤礦企業(yè)來講，雖說前期可能會有較大的預(yù)算支出，但考慮到“云化”后所帶來的巨大價值，還是值得選擇的，該架構(gòu)不僅能夠使資源池化和服務(wù)變得可度量，業(yè)務(wù)響應(yīng)速度更快，還有利于降低運維管理成本、節(jié)約能耗，同時，還在很大程度上確保了云平臺的可靠性、穩(wěn)定性[5]。

4結(jié)語

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下，物聯(lián)網(wǎng)、云計算以及大數(shù)據(jù)等最為先進的信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煤炭工業(yè)中，以便于獲得全面的、可供分析的數(shù)據(jù)。對于今后的煤礦企業(yè)來說，能夠從海量的數(shù)據(jù)中獲取有價值的數(shù)據(jù)是十分重要的。這些數(shù)據(jù)既可以來自物聯(lián)網(wǎng)，也可以來自于諸如各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器日志、地理位置等能得到洞察價值數(shù)據(jù)信息的其他設(shè)備。以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，逐步掌握各類事故的發(fā)生規(guī)律，有助于提前發(fā)現(xiàn)隱患，進而采用針對性的措施及時處理好，大大降低了事故的發(fā)生率，對于進一步改善礦井安全現(xiàn)狀、提供科學(xué)決策來說是十分重要的。

參考文獻：

［1］李濤，陸博.面向物聯(lián)網(wǎng)的礦山綜合管理系統(tǒng)的研究［J］.有色冶金設(shè)計與研究，2016(3)：26-28.

［2］譚章祿，陳曉.煤炭企業(yè)信息化建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展對策探討［J］.工礦自動化，2016(7)：63-65.

［3］鄭磊.基于云計算的省級煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)管信息平臺建設(shè)思路［J］.中州煤炭，2016(8)：110-113.

［4］馬小平，胡延軍，繆燕子.物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計算技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用研究［J］.工礦自動化，2014(4)：5-9.

［5］高蘭德，潘濤.淺析面向大數(shù)據(jù)的感知礦山物聯(lián)網(wǎng)［J］.中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2014(10)：299-300.

作者：馮永林 單位：山西高平青龍同昌煤業(yè)有限公司