基于云聯(lián)網(wǎng)的礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

馮文超

（蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子與信息工程系，甘肅 蘭州 730070）

本文提出了基于云聯(lián)網(wǎng)礦山安全生成監(jiān)控系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，制定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸接口，實(shí)現(xiàn)多監(jiān)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)采集，傳輸和融合的標(biāo)準(zhǔn)化，打破安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)孤島[1]，并以云計(jì)算為基礎(chǔ)搭建礦山監(jiān)控存儲(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的集中維護(hù)和管理，降低多監(jiān)控系統(tǒng)之間集成的復(fù)雜度，同時(shí)提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，又為未來(lái)礦山安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺(tái)[2]的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

1 礦山云監(jiān)控總體設(shè)計(jì)

1.1 總體思路

在云監(jiān)控架構(gòu)中，以不改變?cè)斜O(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控應(yīng)用的前提之下，將多監(jiān)控系統(tǒng)整合在一起。

首先通過(guò)構(gòu)建物理服務(wù)器集群，并在服務(wù)器集群上搭建云平臺(tái)[3]，并通過(guò)虛擬機(jī)技術(shù)搭建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器，管理服務(wù)器，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，備份服務(wù)器等，在云平臺(tái)上構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的分析服務(wù)器。監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過(guò)傳感器采集相關(guān)的環(huán)境參數(shù)，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆破脚_(tái)中，為了兼容原有的監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)建綜合數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)，分別為各種監(jiān)控提供云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)接口，同時(shí)為了兼容上層應(yīng)用，在應(yīng)用與云存儲(chǔ)平臺(tái)中構(gòu)建應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)，為應(yīng)用與云存儲(chǔ)之間提供數(shù)據(jù)接口。

1.2 云監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于上述思想，基于云聯(lián)網(wǎng)的礦山安全生產(chǎn)云監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)必須滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，信息的集中存儲(chǔ)。

在云平臺(tái)的實(shí)施上，可以依據(jù)功能不同構(gòu)建不同內(nèi)網(wǎng)，并通過(guò)云監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。云監(jiān)控平臺(tái)的實(shí)施架構(gòu)如圖1所示。

圖1 安全生產(chǎn)云聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)施架構(gòu)

在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，安全生產(chǎn)云聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以劃分為三種內(nèi)網(wǎng)：監(jiān)控內(nèi)網(wǎng)，礦辦內(nèi)網(wǎng)和集團(tuán)內(nèi)網(wǎng)。監(jiān)控內(nèi)網(wǎng)主要連接各種監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，如生產(chǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，人員定位數(shù)據(jù)等。通過(guò)在高性能服務(wù)器集群上構(gòu)建云監(jiān)控存儲(chǔ)平臺(tái)，將這些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，同時(shí)可利用云平臺(tái)靈活部署的特點(diǎn)，后續(xù)可以滿足監(jiān)控平臺(tái)接入的需求、礦辦內(nèi)網(wǎng)可直接接入云監(jiān)控平臺(tái)，不僅可以滿足日常辦公使用，同時(shí)可以構(gòu)建礦辦數(shù)據(jù)中心，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

從上述分析可以看出，構(gòu)建礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控云聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)采集和信息集成，為了實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)在不同層面的應(yīng)用之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，需要構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

為了實(shí)現(xiàn)礦山的安全生產(chǎn)，礦山企業(yè)通常部署各種環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)以獲得各種環(huán)境參數(shù)，這些監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立存儲(chǔ)和管理各自的數(shù)據(jù)，增加了礦山企業(yè)管理的復(fù)雜度，因此在高可靠硬件平臺(tái)上構(gòu)建軟件接入平臺(tái)，將數(shù)據(jù)的采集，存儲(chǔ)，同步和共享標(biāo)準(zhǔn)化，為礦區(qū)，礦山企業(yè)，礦山集團(tuán)整合多種數(shù)據(jù)源。為此，本文采用了MCGS組件[4]實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)和應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)。

圖2 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

本軟件平臺(tái)主要包括三部分，首先是標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化接口，是綜合數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)形式，將底層各種監(jiān)控系統(tǒng)獲取到的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到MCGS數(shù)據(jù)服務(wù)器中存儲(chǔ)；其次是MCGS數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，是應(yīng)用網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)形式，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)庫(kù)之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同步；最后是上層應(yīng)用，以各種形式，如報(bào)表，動(dòng)態(tài)曲線，三維動(dòng)畫(huà)等形式展示當(dāng)前礦山的各種環(huán)境參數(shù)以及歷史統(tǒng)計(jì)信息等。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

如前文分析，礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)部署的時(shí)間不同，生產(chǎn)的廠家各異，工作的方式的差異導(dǎo)致礦山監(jiān)控系統(tǒng)中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一的異構(gòu)數(shù)據(jù)[5]，使得各種監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口，就是為了將各個(gè)不同的安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取到的信息經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)解密，數(shù)據(jù)提取，重新組織等方法重新組織。標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口的總體設(shè)計(jì)如圖3所示。

在上述標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)中，以最小化改動(dòng)原監(jiān)控系統(tǒng)為原則，各安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集器獲取到相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)后，通過(guò)旁路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接口轉(zhuǎn)發(fā)到標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口，旁路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接口僅僅是將數(shù)據(jù)復(fù)制傳輸?shù)綐?biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口，而不做任何其他改變，可以從最大程度上降低對(duì)原監(jiān)控系統(tǒng)的改變。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)測(cè)試

為了測(cè)試礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，本文以HDFS[6]搭建了云存儲(chǔ)平臺(tái)，并以MCGS搭建了數(shù)據(jù)顯示平臺(tái)，通過(guò)集成現(xiàn)有的人員定位監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息集成，可以查閱包括當(dāng)前礦井下瓦斯?jié)舛龋咚骨€報(bào)表，皮帶開(kāi)停，人員具體位置查詢，包括人員具體位置和下井時(shí)間，可以讓管理人員在第一時(shí)間了解井下人員的工作狀況，同時(shí)通過(guò)預(yù)警功能及時(shí)發(fā)現(xiàn)下人員出現(xiàn)在不合理的位置提前警告等。

4 結(jié)語(yǔ)

基于云聯(lián)網(wǎng)的礦山安全生產(chǎn)系統(tǒng)通過(guò)采用云平臺(tái)的方式，通過(guò)虛擬機(jī)替代服務(wù)器，有效的解決了礦山企業(yè)計(jì)算資源的浪費(fèi)，虛擬機(jī)的使用大大降低了系統(tǒng)的部署和維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)可有效的降低多安全監(jiān)控系統(tǒng)集成的難度，基本實(shí)現(xiàn)了集中維護(hù)，集中管理的設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)也為煤礦大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供了基礎(chǔ)。