礦井安全監控系統融合平臺設計研究

張 磊

（山西蘭花科技創業股份有限公司唐安煤礦分公司，山西 高平048400）

0 引 言

近年來煤礦安全越來越受到社會各界關注，從近年來的報道可以發現我國煤礦行業還是經常出現各類安全事故，對煤礦井下人員的安全構成了嚴重威脅，也不利于煤礦行業的可持續發展[1,2]。與其它行業相比較而言，煤礦行業生產作業環境相對比較復雜，迫切需要智能化安全監控系統來保證生產作業安全[3]。當前階段，人員定位系統、智能化安全監控系統都是煤礦行業必須配備的系統，這些系統的運行在保障人員安全方面發揮著積極作用[4]。但是，這些系統都使用不同的標準，各個系統相互獨立，數據信息無法實現共享，無法在最大限度上發揮各個系統平臺的功效[5,6]。基于此，本文在綜合考慮煤礦行業各種實際信息需求的基礎上，結合先進的技術搭建人-機-物于一體的系統融合平臺。詳細介紹了系統的結構模式及具體功能設計。本研究對于保障礦井人員安全有著非常重要的現實意義。

1 礦井安全監控系統融合平臺涉及主要內容

礦井安全監控系統融合平臺目的在于將礦井已經建設完成的多種安全監控系統，如人員定位系統、電網安全監控系統、設備遠程控制系統等，進行有效融合形成一個融合平臺。將不同安全監測系統進行連通，突破不同系統平臺之間的信息孤島問題，實現不同系統之間的聯動。

1）礦井多系統多網絡融合。不同系統在信息傳輸方面有不同的標準體系，需要制定規范化的標準體系進行數據傳輸，確保系統通信接口能支持多種傳輸協議。實現礦井電力監控、人員定位、設備檢測、安全監控等數據信息的標準化傳輸，打通數據共享渠道。

2）地面多系統數據融合。打通不同安全監控系統數據傳輸問題后，需要將安全監控數據信息存儲在數據庫中，搭建多系統融合平臺。系統軟件和操作人員可實時調取數據庫中的信息進行顯示，以達到監控礦井安全的目的。將礦井所有的安全數據信息存儲在統一的數據庫中，以便后續查詢和使用。

3）安全監控系統與GIS融合。將先進的Web矢量圖形與GIS技術進行有效融合，再結合電子礦圖，可以綜合展示整個礦山的實際情況，為礦井的安全監控提供堅實的基礎。

4）系統融合綜合數據分析。將煤礦現有的各類安全監控系統全部接入融合平臺，平臺可對所有的數據信息進行綜合分析和運用，充分發揮各監控系統的優勢，完成單個系統無法完成的任務。

5）應急聯動。對于一些緊急情況，如突發性停電、瓦斯超限等需要立即將礦井所有人員全部撤出。此時，可利用系統融合平臺應急聯動功能，利用人員定位系統、通信系統和廣播系統等，在第一時間將人員全部撤出。

2 礦井安全監控系統融合平臺實現方案

2.1 融合平臺總體架構

如圖1所示為礦井安全監控系統融合平臺總體架構。融合平臺由多個不同模塊構成，主要包括數據信息采集與存儲、數據信息分析與展示、系統聯動等。通過數據采集模塊可對礦井所有與安全相關的監測系統的數據信息進行采集，比如人員定位系統、設備監測系統等。數據中心模塊主要是對獲得的數據信息進行分析處理，將處理結果進行存儲和對外公布。數據分析與展示模塊主要是對數據信息進行圖形化展示，以方便操作人員查看，操作人員可通過該模塊查詢歷史數據。聯動模塊可實現應急聯動和數據展示聯動，當礦井出現各類突發情況時，可實時展示故障問題所在區域的實時情況，包括數據信息、視頻信息等。當需要緊急撤離礦井人員時，基于聯動模塊可以利用通信系統、廣播系統組織撤離人員。

2.2 融合平臺的數據采集及綜合分析

如圖2所示為礦井安全監控系統融合平臺數據采集過程，系統基于綜合自動化系統數據集成方案實現數據信息的采集，利用測點定義文件對不同測點的數據信息進行實時更新。每個測點定義文件由各子系統自行提供，將子系統運行過程中產生的數據更新到文件中，需要更新的數據信息包括正常運行數據、故障數據、報警數據、數據處理結果等。這些數據信息通過專門的程序儲存到數據庫中。將多個子系統的數據信息進行收集后，還需要搭建專門的數據分析模型對數據進行綜合分析，通過模型對礦井安全狀態進行實時評估，評估結果以多種形式展示，如不同顏色對應不同等級的安全狀態，以警示礦井工作人員，避免發生安全事故。

2.3 安全監控系統與GIS融合

GIS可以為礦井安全監控管理提供空間坐標定位支持，可提升設備管理、數據聯動等多個層面的管理水平，使得安全監控系統變得更加可靠。利用GIS圖形軟件實現兩者的融合，如圖3所示為圖形軟件的結構框圖。

圖3 GIS圖形軟件結構框圖

通過圖形編輯模塊可將外部電子礦圖導入到軟件中進行使用，還可對不同層別的圖形進行分層顯示，避免圖形丟失。可將各種對象配置在圖形中，比如機電設備在圖形中的位置、不同部位安裝的傳感器等，且這些對象與對應子系統中的對象進行綁定，兩者之間可實現數據信息的實時更新。圖形展示模塊可對圖形進行放大和縮小、根據需要制作圖形動畫、右鍵菜單等。圖形驅動模塊可按照不同子系統的功能自動生成測點對象定義文件，同時提供各類數據接口，圖形展示模塊可通過這些接口調取文件內的數據信息，包括實時數據和歷史數據。可以根據實際需要，對GIS圖形軟件進行二次開發，拓展其功能。

2.4 各子安全監控系統之間的聯動

當采煤區現場出現機械設備故障問題時，可將安全監控系統與工業視頻系統進行聯動，在視頻系統中實時顯示故障問題區域的畫面，實現故障問題的遠程監控。當平臺檢測發現存在礦井電力安全隱患，需要切斷某塊區域的供電線路進行檢修時。平臺可以及時向電力監控系統下發提示信息，操作人員根據提示信息完成對應的操作。另外，對停電可能造成影響的區域也會下發斷電提示，提醒各方人員做好準備工作。當平臺檢測發現礦井某塊區域存在嚴重安全隱患時，可通過應急聯動系統警示該區域內所有人員緊急撤離，并告知撤離路線、附近保存的各種應急救援物資、設備運行情況等。同時還可通過工業視頻系統實時顯示此區域的現場情況，通過廣播系統和人員定位系統提醒該區域人員及時撤離。

3 礦井安全監測系統融合平臺具備的功能

1）子系統數據信息采集功能。利用標準化的數據接口對礦井內所有安全監控子系統的數據信息進行采集，確保數據信息采集的準確性和可靠性，將采集到的數據信息存儲到數據庫中。

2）數據信息的實時顯示功能。融合平臺對采集得到的數據信息進行整理分類、等級劃分，篩選出有用的數據信息并在監控屏幕中實時顯示。

3）分析歷史曲線功能。對于不同測點的歷史數據信息可以將它們放在一個坐標系內進行比較分析，還可以根據實際需要自由定義曲線縱坐標刻度。

4）歷史數據查詢與分析功能。數據信息采集后存儲在數據庫中，當需要對歷史數據信息進行分析時，可通過程序調取數據庫中的歷史數據信息，包括狀態數據、設備運行數據、報警數據、故障數據等。

5）圖形顯示功能。基于電子礦圖，可在圖形中實時顯示不同位置的狀態數據，且可直接在圖形中查詢相關設備的故障信息等數據。

6）應急聯動功能。可將不同安全監控子系統進行聯動，比如遇到突發斷電、瓦斯超限等緊急情況時，可以將人員定位系統、通信系統、廣播系統等進行聯動，通知人員盡快撤離出相關區域。

7）安全等級評估功能。通過模型評估不同區域的安全等級，以圖形形式顯示不同區域的安全等級情況，不同等級以不同顏色展示。一旦融合平臺提示某塊區域存在安全隱患，可通過監控畫面直接展示潛在的安全隱患具體情況。

4 結論

為了保證礦井人員安全，煤礦企業建設了大量的礦用安全監測系統。但這些系統之間由于建設標準不統一，使得它們之間的數據無法實現共享。基于此，本文構建了標準化的安全監控系統融合平臺，通過該平臺可采集不同安全監控子系統的數據信息，并加以綜合分析利用，實現了不同安全監控系統之間的互聯互通。