神東安全監測聯網管理信息系統的設計與實現

張云亮

(神東煤炭集團，陜西神木 719315)

0 引言

神東安全監測聯網系統是安全監測系統的重要組成部分，主要以公司局域網為基礎，在各礦井、洗煤廠設立數據采集服務器，將每個單位安全監控系統的實時數據通過相應的采集平臺傳輸到信息中心的安全監控服務器，由服務器存儲、分析、處理后，通過公司局域網以Web方式展現發布的集成系統。

自神東安全監測聯網管理信息系統投入使用以后，經歷過多次升級改造，目前系統運行雖然比較平穩，但是系統在運行過程中遇到了“瓶頸”，已經滿足不了當前聯網平臺的運行需求。

本次項目的主要目的，就是通過系統改造提升可以很好地提高安全監測系統的數據穩定性、準確性和標準化性，進而更好地提高系統應用水平，從而滿足不斷發展的安全管理和信息化發展需求，為礦井的安全管理水平提供有力的系統保障。

1 聯網管理信息系統現狀和整體設計目標

1．1 聯網管理信息系統的現狀

神東煤炭集團安全監測聯網系統是將各礦井安全監測系統采集的數據，通過神東內網傳輸，存儲在公司安全監測聯網系統的服務器中，用戶通過特定的網址及用戶名進行瀏覽查詢數據，實現對公司各礦井的實時監控。神東煤炭集團公司下屬13個井工礦井和11個洗煤廠，目前所有直屬部門均已經實現信息化、工業化。其中煤礦6大系統中的安全監控系統均已部署實施完畢，管理規范、職能高效保證了現代化礦井安全生產。

神東安全監測聯網系統是以公司局域網為基礎，在各礦井、洗煤廠設立數據采集服務器，將每個單位安全監控系統的實時數據通過相應的采集平臺傳輸到信息中心的安全監控服務器，由服務器存儲、分析和處理后，通過公司局域網以Web方式展現發布的集成系統。

監控系統的發展歷程:①神東安全監測聯網系統于2005年投入使用，實現了原神東煤炭分公司9個礦井的監控聯網管理;②2007年公司根據《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》(AQ1029－2007)要求，對公司安全監測聯網系統實施了升級改造;③2009年5月神東煤炭集團成立后，原金烽、萬利公司各礦井的監測監控系統也與神東煤炭集團順利實現了聯網;④2013年，公司根據神華集團《關于進一步完善安全監控聯網系統的通知》(調度通知〔2013〕57號)要求，由山西精英科技股份有限公司對該系統做了升級，并簽訂了2015年駐現場運維合同對監測聯網系統再次進行了升級，增加了聯網狀態異常報表、模擬量傳感器下限報警等功能，進一步完善了監控聯網系統。目前系統運行雖然比較平穩，但是也逐漸暴露出很多無法解決的問題。

目前的系統在運行過程中遇到了“瓶頸”，已經滿足不了當前聯網平臺的需求。需要通過系統地改造提升，更好地提高安全監測系統的數據穩定性、準確性、標準化系統應用水平。

1．2 整體設計目標

打造神東自主的安全監測聯網管理系統，神東煤炭集團安全監控聯網系統平臺是一個協同管控平臺，涉及礦山安監數據庫與監控聯網應用之間的信息共享和各部門間協同工作，以權限控制和流程化管理為基準，以安監所涉及的各專業信息為內容，以網絡共享和終端通訊為信息發布模式，從而做到及時、有效、便捷的溝通和決策。系統具備分布式處理、數據挖掘、實時數據庫、地圖開放平臺、數據推送機制、數據續傳等功能技術。

2 安全監測聯網管理信息系統分析

2．1 系統架構

軟件平臺是整個安全監測聯網系統平臺的核心部分，為了保證整個系統更好、更穩定地運行，該系統開發環境是一個基于J2EE的開發平臺，能夠把前臺和后臺開發人員的工作完全分離，保證高效率及低成本的開發。煤礦安全監測監控系統以J2EE規范作為實現的基礎，采用當前較為成熟的表示邏輯、業務邏輯、數據邏輯的分布應用多層技術，即瀏覽器層、應用服務器層、數據庫和業務邏輯層。Web框架系統運行在Web服務器中，業務邏輯運行在應用服務器中。通過構建B/S架構模式設計該煤礦安全監測監控系統。B/S模式即為瀏覽器/服務器模式，主要由瀏覽器、Web服務器、應用服務器和數據庫服務器構成。客戶端的瀏覽器通過URL訪問Web服務器，Web服務器請求數據庫服務器，并將獲得的結果以HTML的形式返回給客戶端瀏覽器。監測人員可通過客戶端瀏覽器，實現對煤礦安全的監測監控管理。信息系統構架如圖1所示。

圖1 安全監測聯網管理信息系統架構圖

2．2 安全監控數據采集平臺

KJ系統按照《神東煤礦安全生產監控系統聯網技術要求》以文件的方式生成安全監測數據，煤礦登錄開啟數據采集程序，采集程序處理KJ系統在礦端機上生成的實時數據等安全監測數據，采集程序首先判斷礦端機和實時數據庫以及oracle數據的網絡通斷狀態，如果網絡狀態不通則暫停數據的解析處理，將數據放在待解析文件夾下，等待網絡通后續傳;如果網絡狀態良好則進行文件的解析，看生成的文件能否被解析，若不能被解析則重新進行3次解析，一直不能被解析則將文件移動到異常文件夾內，并記錄日志，方便后續進行問題查找，若可以解析，則判斷測點數據是否存在，若不存在則進行測點的新增并且進行日志的記錄，然后將數據寫入實時數據庫、oracle關系數據庫;其中oracle關系數據庫只保存基本信息和最新的實時數據，這樣通過采集程序將KJ系統生成的數據存儲進行實時數據庫和oracle數據庫。程序提供了強大的日志記錄，方便對異常文件的處理。數據采集流程如圖2所示。

為保證系統的及時性、準確性和高效性，數據存儲、分析及展現需按照多層架構模式分布處理，摒棄傳統的單服務器處理方式，采用多硬件為基礎，軟件為支撐的解決方案來處理日益增長的大數據，主要技術手段如下:①采用瑞中的實時數據庫，進行實時數據的存儲，提高數據的存儲量和存儲時間;②數據采集、存儲、分析展現等過程分離，建立高效的采集、存儲方式，滿足大量實時數據發布和歷史數據存儲;③采集平臺對實時和歷史數據存儲、處理和查詢分開，保證實時數據獨享資源，提高系統實時性。

圖2 數據采集程序運行流程圖

數據采集平臺提供分布式存儲和續傳功能，通過在礦端采集過程中對將要上傳的數據添加時間戳，監測到網絡不順暢的情況下可以將數據進行本地存儲，同時由于在30 s內沒有收到解析數據，系統將會對測點進行斷網日志的記錄，網絡順暢后重新將帶有時間戳的數據上傳至服務端，同時將這個時間段內的測點信息進行標記，在曲線上可以清楚地看到哪些數據是續傳數據。

2．3 平臺架構模式與網絡聯結原則

為提升軟件較高的表現性能，平臺采取C/S+B/S兩種架構模式，要求在調度室安裝C/S客戶端軟件，該軟件提供聯網應有的全部功能，滿足平臺要求的穩定性、高效處理性等軟件工程規范要求。同時為滿足領導和業務部門對礦方安全生產的了解需求，須對業務需求進行定制開發，基于web的B/S架構模式軟件，客戶端只需要通過瀏覽器即可訪問。

平臺采用統一規范的數據通訊協議，網絡聯結遵循下級用戶服從上級用戶、上級用戶供數據格式與傳輸技術的原則;網絡應用軟件系統應具備自動搜索跟蹤瓦斯超限、停風區域，監測顯示瓦斯濃度和區域斷電報警;綜合實時監測報警，直觀顯示監測、運行狀態;隱患報警、網絡跟蹤調度;分類查詢、匯總;聯網通訊中斷自動監測;分級授權、權限分級管理;手機短信等功能。

2．4 在線監測平臺的功能

實時監測監控:實時測點監測;實時列表監測;動態圖形監控;安全報警信息;組合報警監測;煤礦聯網狀態;測點變動實時提醒。

報警管理:報警信息管理;組合報警配置;語音報警設置;手機短信報警設置;模擬量報警分級別顯示。

報表功能:報表網簽功能、傳感器基本信息，開關量報警查詢，模擬量報警查詢，組合報警查詢，故障查詢，測點變化查詢，組合測點變化查詢，開關量傳感器統計，模擬量傳感器統計，傳感器樹形結構，報警次數月統計，故障次數月統計。

安全設置:傳感器信息配置;組合報警信息配置;多級風機組合配置;區域報警配置;標校配置;報警等級;條件配置;礦井信息配置(礦級編碼，井口編碼);推送信息配置;圖形上傳管理以及測點綁定;報表配置。

系統管理:用戶管理;權限管理;煤礦基礎信息管理。

數據查詢:煤礦聯網狀態查詢;監控設備故障查詢;模擬量報警信息查詢;開關量報警信息查詢;實際報警信息查詢;誤報警信息查詢;標校信息查詢;傳感器信息查詢;報警分類查詢;分站和網絡造成的數據中斷分類統計;傳感器故障按照是否有無計劃的統計區分;24 h預報警數據查詢;測點定義變動查詢;預報警數據查詢;歷史曲線查詢、歷史曲線對比、聯網狀態管理。

其他功能:實現系統門戶功能。

系統展現:展示礦井的分布、礦井的連接狀態、礦井總體報警信息等內容。在Web上單擊某一煤礦，有報警時會顯示該礦的安全監控設備布置圖，并將報警點定位到相應的位置。在沒有報警時，用戶可以查看煤礦的煤礦設備布置圖。

2．5 平臺的優點和達到的效果

避免“死數據”:研究安全監測管理系統數據傳輸機制，研究數據傳輸過程中由各種原因引起的數據缺失、數據不匹配。數據存儲、分析及展現按照多層架構模式分布處理，采用實時數據庫，對安全監控數據進行分析、挖掘，利用數據模型對大量數據進行推理、判斷，為井下生產提供智能決策。完善系統對于數據的自定義設置，解決對于以前聯網系統中出現的“死數據”問題，做到能夠對數據進行二次挖掘，從而滿足自己多方面需求分析。

自定義報警:研究安全監測系統的自定義組合報警功能及展現方式，完成對現有安全監測聯網系統的升級改造，實現自定義報警分等級管理，對不同類型測點進行自定義設定報警分級條件。

組合報警:可根據用戶設置的組合，進行邏輯分析并給出分析結果，并伴有相關報警或提示，實現靈活組合報警。用戶根據自身的情況，在某一區域內將若干個傳感器配置到一起，當滿足一定條件時提示區域報警。

綜合報警信息處理:集報警信息、礦井分布示意圖、實時曲線和網絡通斷于一體;自動根據最高報警等級實時切換礦井分布區域背景色(紅色高級報警、黃色中級報警、藍色低級報警)，實時更新報警數量和網絡通斷情況，并自動切換展示當前最高報警的曲線，進行語音報警通知。

3 結語

安全監測聯網管理信息系統項目已經完成并達成預期目標。在系統開發過程中，規范了子系統接口協議，解決現有協議格式多而雜，數據信息少、不精確等一系列問題，統一了集團下屬礦生產監控系統聯網技術規范與接口規范。研究了安全監測管理系統數據傳輸機制，分析了數據傳輸過程中由各種原因引起的數據缺失、數據不匹配。解決了數據在采集到展示等過程中出現的效率低下，延遲誤差。通過研究實時數據庫在補連塔煤礦安全監測系統方面的應用，提出關于對安全監控數據進行分析、挖掘，利用數據模型對大量數據進行推理、判斷，為井下生產提供了智能決策。完善系統對于數據的自定義設置，解決對于以前聯網系統中出現的“死數據”問題，做到能夠對數據進行二次挖掘，從而滿足自己多方面需求分析。研究安全監測系統的自定義組合報警功能及展現方式，完成對現有安全監測聯網系統的升級改造。提出聯網平臺整體架構，采取多樣架構，做到多架構共存，保證平臺長時間運行的高效性和穩定性。