霍州煤電集團(tuán)多參數(shù)水文監(jiān)測(cè)智能預(yù)警系統(tǒng)

王國(guó)強(qiáng)+劉鵬

摘要：我國(guó)是一個(gè)水害多發(fā)的國(guó)家，又是一個(gè)以煤炭為基礎(chǔ)能源的國(guó)家。礦井水害是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題，它不僅干擾了煤礦的正常生產(chǎn)，而且會(huì)造成人員傷亡，因此必須完善礦井水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 礦井水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)目前煤礦防水治水存在的問(wèn)題（傳統(tǒng)的水文監(jiān)測(cè)方式需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，并且容易將人為誤差引入測(cè)量中，影響測(cè)量的精度，進(jìn)而影響對(duì)數(shù)據(jù)的分析，造成預(yù)報(bào)災(zāi)害不利的后果）研究設(shè)計(jì)的一種智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：礦井水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；2.4GHZ無(wú)線傳輸；樹(shù)狀星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

隨著資源緊缺，煤礦開(kāi)采深度加深，水害成為主要的災(zāi)害之一，2006年1月1日至2014初，全國(guó)共發(fā)生重大透水事故二百余起，給礦工生命安全和國(guó)家財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重危害，水害已成為煤礦開(kāi)采過(guò)程中的第二大災(zāi)害。因此，建立一套完整的礦井水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)煤礦地下水的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警、預(yù)報(bào)系統(tǒng)顯得尤為重要，對(duì)指導(dǎo)礦井生產(chǎn)和礦井水害的防治具有十分重要的意義。

本研究成果分為礦井井上和井下兩部分，采用樹(shù)狀星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

井上部分為地面水文長(zhǎng)觀孔的水位、水溫監(jiān)測(cè)，地面水位水溫遙測(cè)自動(dòng)記錄混合分站采集水位和水溫?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到主站微機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

井下部分利用水文監(jiān)測(cè)分站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)專(zhuān)用通訊電纜或井下環(huán)型以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬷行恼荆偻ㄟ^(guò)局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

基層部分采用物理三層結(jié)構(gòu)，分別稱(chēng)為數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)處理層（實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主站），水文數(shù)據(jù)庫(kù)及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布層。基層數(shù)據(jù)通訊可以采用光纖或者專(zhuān)用通訊線，礦井以太網(wǎng)。

主要功能是水文孔基本資料的輸入、多參數(shù)水文數(shù)據(jù)的采集、水文數(shù)據(jù)的查詢、水文數(shù)據(jù)的可視化、水位趨勢(shì)分析以及異常情況報(bào)警等，系統(tǒng)以礦井水文信息的查詢和分析為核心，提供了輸入編輯、查詢、分析、輸出等實(shí)用而豐富的管理功能。核心任務(wù)是：為進(jìn)行切實(shí)可行的礦井水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源與趨勢(shì)分析。具有：測(cè)點(diǎn)定義自動(dòng)識(shí)別；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示；歷史曲線、數(shù)據(jù)查詢；用戶權(quán)限分級(jí)分類(lèi)設(shè)置等功能。

網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)定義的變化，如新增測(cè)點(diǎn)、改變、刪除等；由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到數(shù)據(jù)以后，系統(tǒng)可自動(dòng)不斷更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頁(yè)面；人員通過(guò)局域網(wǎng)，用瀏覽器即可及時(shí)方便的瀏覽各測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)畫(huà)面；水文數(shù)據(jù)的歷史曲線、歷史數(shù)據(jù)的查詢功能，查詢結(jié)果可以通過(guò)列表形式顯示也可以通過(guò)曲線圖直方圖的形式顯示；用戶分類(lèi)和用戶權(quán)限設(shè)定功能，用戶登錄時(shí)進(jìn)行身份驗(yàn)證從而確定該用戶的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限，可以進(jìn)入用戶管理界面進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用戶的設(shè)定，普通用戶則直接進(jìn)入查詢界面。

霍州煤電集團(tuán)多參數(shù)水文監(jiān)測(cè)智能預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路：通過(guò)現(xiàn)代化工業(yè)以太網(wǎng)，將霍州煤電集團(tuán)下屬礦區(qū)與霍州煤電集團(tuán)多參數(shù)水文監(jiān)測(cè)智能預(yù)警系統(tǒng)采用無(wú)線方式并網(wǎng)，也可以采用現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)并網(wǎng)集中顯示。建設(shè)為高標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)化、統(tǒng)一管理的現(xiàn)代化礦井。建成各礦水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后通過(guò)TCP/IP協(xié)議，連接的方式將各礦采集到的水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整體匯總成統(tǒng)一的管理框架可觀看查閱。

主站安裝在各使用單位地測(cè)科或者信息調(diào)度中心，對(duì)各礦水文地質(zhì)工作提供參考依據(jù)，主站部分主要由工控機(jī)、UPS電源、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、打印機(jī)、顯示器等組成，主站上需要安裝礦井水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件B/S版本，承擔(dān)數(shù)據(jù)采集及上傳功能。

具體根據(jù)煤礦井下環(huán)境及地質(zhì)構(gòu)造，選擇需要監(jiān)控的水文參數(shù)，目前礦井水文監(jiān)測(cè)工作主要監(jiān)測(cè)以下內(nèi)容，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況選擇：

系統(tǒng)軟件實(shí)際物理組成，主要包括操作系統(tǒng)部分、辦公軟件部分、數(shù)據(jù)處理部分、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布部分和煤礦自動(dòng)化控制系統(tǒng)集成部分。

霍州煤電集團(tuán)多參數(shù)水文監(jiān)測(cè)智能預(yù)警系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)解決礦井水害防治問(wèn)題，是多學(xué)科領(lǐng)域與水文科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。該系統(tǒng)集礦井水文數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享、礦井水害預(yù)警、輔助決策于一體，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)手段對(duì)地下水的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而能夠及時(shí)掌握水文動(dòng)態(tài)，達(dá)到對(duì)水害事故的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報(bào)、早防治。對(duì)保障煤礦的安全、正常生產(chǎn)具有重要的意義。

該系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的硬件部分研究?jī)?nèi)容主要有：傳感器、遙測(cè)分站、傳輸系統(tǒng)和水文監(jiān)測(cè)主機(jī)等，系統(tǒng)可以通過(guò)傳感器和遙測(cè)分站將地面或井下采集到的各種水文實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使用工業(yè)以太網(wǎng)，按照設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，將各觀測(cè)點(diǎn)的水文數(shù)據(jù)傳輸、處理并存儲(chǔ)到水文信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)的軟件部分研究?jī)?nèi)容主要有：水文數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、組織與數(shù)據(jù)庫(kù)建立、水文數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)發(fā)布以及智能預(yù)測(cè)預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)。

霍州煤電集團(tuán)多參數(shù)水文監(jiān)測(cè)智能預(yù)警系統(tǒng)，采用有線傳輸和無(wú)線傳輸兩種傳輸方式，有線傳輸采用光纖、工業(yè)以太網(wǎng)、CAN總線、礦井電話線等傳輸方式。無(wú)線通過(guò)2.4G無(wú)線技術(shù)，GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。2.4G無(wú)線技術(shù)，其頻段處于2.405GHz-2.485GHz（科學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)）之間，這個(gè)頻段是國(guó)際規(guī)定的免費(fèi)頻段，是不需要向國(guó)際相關(guān)組織繳納任何費(fèi)用的。這就為2.4G無(wú)線技術(shù)可發(fā)展性提供了必要的有利條件。而且2.4G無(wú)線技術(shù)不同于之前的27MHz無(wú)線技術(shù)，霍州煤電集團(tuán)多參數(shù)水文監(jiān)測(cè)智能預(yù)警系統(tǒng)采用2.4G無(wú)線技術(shù)，它的工作方式是全雙工模式傳輸，在抗干擾性能上要比27MHz有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

霍州煤電集團(tuán)多參數(shù)水文監(jiān)測(cè)智能預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)集礦井水文數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享、礦井水害預(yù)警、輔助決策于一體，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)手段對(duì)地下水的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而能夠及時(shí)掌握水文動(dòng)態(tài)，達(dá)到了對(duì)水害事故的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)報(bào)、早防治。對(duì)保障煤礦的安全、正常生產(chǎn)具有重要的意義。

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