基于云計算技術的煤礦信息管理研究

摘要：在當前和今后的較長一段時間內，煤炭將會是我國國民經濟生產和生活中的主要能源供給門類，煤炭資源對于國民經濟發展的重要作用不可低估，它在很大程度上保障著我國經濟社會的持續快速發展。而即便是我國基礎性的能源資源，煤礦企業的生產運營也應跟隨時代的要求，將更多的信息技術和計算機技術應用其中，最大限度的提升煤礦信息管理的效率。而基于云計算技術的煤礦信息管理架構是一種全新的資源調度方式，能夠為煤礦企業的發展提供必要的技術支撐。本文以此為基礎，首先闡述了云計算和關鍵技術，然后分析了基于云計算技術的煤礦信息管理系統的構建，最后將云計算技術應用到了安監系統的構建之中。

關鍵詞：云計算技術；煤礦信息管理；安監系統；數據庫

中圖分類號：TP393.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712（2012）20-0009-02

在經歷過近10年的快速發展之后，煤炭企業無論在經濟基礎還是在市場思維方面都得到了前所未有的進步，尤其在對信息技術的應用方面，更是得到了較大的進展，無論是網絡數據量，還是用戶終端量都得到了不斷的、甚至是幾何級數的增加。在這一情況下，煤炭企業數據中心的繼續良性運行就需要全新的計算與服務模式才能滿足其發展和市場的需要。在當前和今后的較長一段時間內，煤炭將會是我國國民經濟生產和生活中的主要能源供給門類，煤炭資源對于國民經濟發展的重要作用不可低估，它在很大程度上保障著我國經濟社會的持續快速發展。而即便是我國基礎性的能源資源，煤礦企業的生產運營也應跟隨時代的要求，將更多的信息技術和計算機技術應用其中，最大限度的提升煤礦信息管理的效率。而基于云計算技術的煤礦信息管理架構是一種全新的資源調度方式，能夠為煤礦企業的發展提供必要的技術支撐。云計算技術能夠為用戶提供虛擬的計算、存儲與網絡資源，為研究開發新一代分布式煤礦安全監管信息系統提供全新的思路。本文以此為基礎，首先闡述了云計算和關鍵技術，然后分析了基于云計算技術的煤礦信息管理系統的構建，最后將云計算技術應用到了安監系統的構建之中。

一、云計算及其關鍵技術分析

（一）云計算技術

經過多年的發展，云計算技術已經基本發展成熟，雖然尚未有一個全球范圍內統一的定義，但是就結構和功能而言，云指的是一個包含大量可用虛擬資源的“資源池”，在“資源池”中，所包含的虛擬資源能夠依據不同的負載進行動態的重新配置，以期達到最優的資源利用率。在云計算中，最為關鍵的技術是虛擬化、分布式并行計算和分布式存儲技術等。在云計算技術中，“資源池”往往通過基礎設施提供商，按照服務等級協議，采用時付費的模式進行開發和管理。

（二）云計算的關鍵技術分析

1.云存儲。作為一種分布式的存儲技術，具影響力的云存儲技術是GFS。該技術是一個管理大型分布式數據密集型計算的可擴展的分布式文件系統。該系統通過廉價的商用硬件搭建起系統，以此向用戶提供大量的可以容錯的高性能服務。GFS系統通過Master和大量塊服務器組成[1]。其中，Master用于存放文件系統的所有元數據。在GFS文件系統中，一般通過冗余存儲的方式保證數據的可靠性、一致性和安全性。其中的每份數據在系統中都會有3個以上的備份。

2.云數據管理技術。在云計算技術中，計算系統往往要對大數據集進行處理和分析，并將得到的數據信息向用戶呈現，滿足用戶的服務訴求。所以，基于云計算技術的數據管理必須能夠高效的管理大數據集，在數量巨大的數據庫中找到特定的數據，解決云計算數據管理中的技術問題。云數據管理技術的特點是對海量的數據進行存儲和讀取，然后根據用戶的需要進行后續的分析[2]。

3.虛擬化技術。該技術指的是通過新增的虛擬中間層截獲上層軟件對底層接口的調用，并對調用結果做出新的解釋和處理的過程。在這一過程中，能夠實現異構環境中的資源共享，能夠對這些資源進行統一的管理與協同，同時，支持應用大規模部署、遷移與運行維護等。在云計算的虛擬化技術中，能夠同時運行多個不同的操作系統，每個操作系統都會運行于一個虛擬的CPU或者虛擬主機之上[3]。對云計算技術而言，虛擬化允許安裝了不同操作系統的多個虛擬機在同一物理機上進行獨立的甚至是并行的運行，每個虛擬機都能夠在相應的硬件中加載操作系統與應用程序。

4.并行計算技術。云計算中一般采用Map/Reduce并行編程模型，該模型不但適用于云計算，還能夠在多核與多處理器和異構機群上具有良好的性能。利用該模型，程序員能夠相對容易的編寫緊耦合的程序，在運行的過程中，能夠高效的調度與執行任務。并且在實現的過程中，可以通過調用Map函數，指定對各分塊數據進行處理，也可以調用Reduce函數，指定對分塊數據處理的中間結果進行歸納和總結。因此，對用戶來說，只需調用這兩個函數來編寫分布式并行程序即可，而不必關心輸入的數據分塊、分配與調度問題。

二、基于云計算技術的煤礦信息管理系統的構建

（一）系統總體設計

基于云計算的煤礦信息管理系統的構建一般采用集中管理和分布式處理相結合的模式進行構建，形成統一信息系統。該系統在總體設計上，要為全國煤礦信息管理部門提供一個高效、安全、實用、可靠的信息化應用平臺。系統通過標準的數據采集網關，可以實現不同系統數據的采集功能，通過無線網絡，基于無線傳輸的網絡平臺，還能夠方便的為不具備有線網絡條件的煤礦企業提供成本低、見效快、高效率的數據傳輸平臺，實現管理數據的遠程無線傳輸。同時，還能夠通過短信方式將報警信息發送到相關人員的手機上，為煤礦企業的生產提供強有力的信息管理手段[4]。

（二）方案特點與優勢

1.虛擬化動態擴展資源優勢。在云計算中心采用的服務器虛擬化可使維護費用大幅降低，可減少服務器占用空間，降低購買軟硬件設備的成本，節省能源和維護成本。此外，虛擬化技術可大幅提升系統的安全性。

2.通過認證系統對數據加密，保證數據傳輸過程中的安全可靠性。煤礦信息管理部門可實現對所轄區域各煤礦的遠程管理及調控[5]。相關的報警信息也可及時發送到煤礦管理人員的移動終端或手機上。煤礦行業管理部門也可對各煤礦生產管理人員發送管理信息，實現對煤礦的遠程管理與控制。

3.采用管理型SaaS架構建立服務全國各級煤礦信息管理的平臺，實現各級煤礦數據的實時監測、遠程傳輸。針對全國煤礦信息管理開發的大規模海量數據庫功能完備，可實現實時數據查詢、歷史數據查詢及安全情況分析等功能。

三、云計算技術在煤礦信息管理中的應用——安監信息系統的構建

煤礦信息管理系統需求大致可以歸結為以下幾點：可擴展性、可靠性、安全性、高效性、交互性和便捷性等。在煤礦安監信息系統的構建中，需要在以下幾個方面做出努力：

（一）安全生產模塊

該模塊主要涉及通風、供電、安全以及煤流計量等方面的監測。由于這些數據具有一定的共同之處，并且出于實時性考慮，在設計過程中，在顯示及功能方面采取統一性原則，各個子系統均具備實時曲線、實時顯示、歷史曲線以及歷史查詢等功能[6]。生產安全檢測模塊所顯示的實時性及歷史性數據都與煤礦安全狀況之間存在較為緊密的聯系，從而確保受平臺管理的分布式煤礦狀態更加清晰和透明。

（二）預警與報警模塊

該模塊是整體煤礦安全生產監控系統的一大重點內容。災害預警系統首先將所監控到的相關數據進行整合，再通過特定算法，發出煤礦安全警報，一旦檢測點所監測到的安全狀態與標準的煤礦安全狀態發生偏離，并且達到一定程度時，災害報警系統可以通過注入語音、警燈等方式對重大煤礦災害事故自動發出報警[7]，但由于現有技術水平的限制，報警只是在某檢測點或檢測量安全狀態已經超出標準的煤礦安全狀態水平之后發出，而不能在出現危險趨勢的情況下發出報警。

（三）系統管理模塊

該模塊主要包括基礎信息的維護、用戶及日志管理等方面的內容。通過相關維護工作，向系統彈出選擇菜單提供相應數據。用戶管理主要針對的是用戶信息及用戶權限，如增加新用戶、修改用戶信息以及刪除用戶等，同時還負責用戶角色的分配，而用戶權限設定權則是掌握在系統管理員手中。其中，日志管理系統自動備份數據，并將備份資料存儲在云存儲平臺中，以確保數據安全性。

（四）設備管理模塊

該模塊主要是由監控基站管理、監控點管理、無線信標器管理以及傳感器管理等構成。監控點管理主要設定監控點地點、類型以及斷電值等；無線信標器管理主要管理信標器；傳感器管理主要是設定傳感器類型、名稱及其單位等。生產安全檢測模塊主要涉及通風、煤流計量等方面的監測[8]。由于這些數據具有一定的共同之處，并且出于實時性考慮，在設計過程中，在顯示及功能方面采取統一性原則，各個子系統均具備實時曲線、實時顯示、歷史曲線以及歷史查詢等功能。

四、結束語

隨著我國能源需求的不斷上升，尤其是在“十二五”期間，我國煤礦行業實現了跨越式的發展，在這種情況下，煤礦信息管理日益得到了全社會的普遍關注。為此，煤礦企業需要在自動化控制方面進行必要的投入，將云技術技術等融入到煤礦企業的發展運營之中，實現煤礦企業的自動化控制和信息化管理，改變以往的煤礦企業信息管理的技術落后、控制復雜、信息處理速度慢、自動化程度低、穩定性差的狀態。云計算借助網絡共享以按需、易擴展的方式獲得所需資源，是一種符合煤礦企業信息化管理要求的新型服務，在煤礦信息管理中具有十分廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]曹金玲.基于云計算的分布式煤礦安全監控系統研究[J].煤炭技術，2012，2：36-37.

[2]Dean J，Ghemawat S.Map Reduce：Simplied data processing on large clusters[C].//OSD Ip04：Proceedings of the 6th Symposium on Operating System Design and Implementation.New York：ACM Press，2004.

[3]HU Li-yuan.The application research of the MVC mode and the Struts framework[J].Computer and Information Technology，2011，4：9-12.

[4]翟勃，劉柯.基于云計算的煤炭企業電子采購系統研究與設計[J].西安科技大學學報，2012，3：254-258.

[5]程寬，臧東輝，張國鋒.基于云計算的煤礦安全監管信息系統[J].應用能源技術，2012，4：10-13.

[6]康瑛石，吳吉義，王海寧.基于云計算的一體化煤礦安全監管信息系統[J].煤炭學報，2011，5：873-877.

[7]Michael Armbrust，Armando Fox，Rean Griffith，et al.Above the clouds：a berkeley view of cloud computing[EB/OL].http：// www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2009/EECS-2009-28.html，2011，1，15.

[8]陳香香.云計算中MapReduce性能優化及應用[D].重慶：重慶大學，2011.