基于智慧云的調度指揮管控服務平臺的技術研究

王曙東

（徐州科瑞礦業科技有限公司，江蘇 徐州 221008）

1 研究背景、現狀及意義

1.1 研究背景

智慧化調度指揮已經成為煤炭行業發展的一大趨勢，促使數字礦井的概念應運而生。數字化有助于提高指揮調度的水平，但煤礦環境復雜，調度軟件模型復雜多變。滑動視頻樣例的訓練過程容易因局部極小值而影響訓練過程，以偏概全，得不到全局最優解。此外，訓練過程中計算量大、訓練次數多、學習效率低以及收斂速度慢。隨著煤礦企業數字化的不斷推進，人臉識別和行為識別檢測等在煤礦指揮調度上獲得發展[1]。

1.2 研究現狀

將智慧云運用在煤礦企業中，使得平臺中的軟件能及時調用設備和進行指揮管控，保障了礦井的安全生產。智慧云項目是將軟件與硬件相結合，達到了統一接口規范、信息化系統聯動以及數據共享的目的。

1.3 研究意義

智慧云調度指揮管理服務平臺包括自動監控、報警以及遠程監控設備狀況等功能，能夠幫助企業更好地觀察設備數據和監控各區域情況，保障礦井安全生產。礦井的各個區域有不同的設備處理不同的工作。遠程監控和報警功能能夠實時查看礦井的運轉情況，減輕了企業壓力[2-4]。

2 需求分析與研究內容

智慧云調度指揮管控服務平臺（以下簡稱智慧云平臺）是為煤礦企業安全生產和高效管理而打造的管理服務平臺。融合安防和智能化的前沿技術以及專業經驗，集視頻、門禁、可視對講、融合通信、動力環境、安全管控、作業管控、智能巡檢以及輔助決策等多個業務子系統為一體，是一款高效、開放以及靈活的平臺軟件產品，可為客戶提供設備安全、環境安全、生產安全以及作業安全的綜合智能解決方案。通過對傳統調度指揮管控服務平臺的研究和對目前技術的了解，根據煤礦的現狀詳細設計智慧云平臺的總體框架，構建智慧云平臺的功能模型。

3 智慧云平臺總體設計

3.1 智慧云平臺的模塊組成

智慧云平臺由智慧云監測預警子系統整合和統一管理采集的告警信息，通過視頻監控和通信等功能與之融合，實現告警信息聯動展現、通信互聯以及協同顯示3大功能，滿足預警監測、快速處置以及協同作戰等安全管控業務需求，優化業務流程[5,6]。智慧云平臺功能模塊如圖1所示，根據功能將用戶設置為超級管理員、管理員、操作員以及移動用戶4類角色。功能分為基礎功能、人臉識別、報警、知識圖譜、可視化對講等。

圖1 智慧云平臺功能模塊

3.2 總體架構

設計與開發智慧云平臺，確定系統的框架結構。根據實際應用，平臺主要實施應用軟件、調度指揮平臺服務以及基礎設施3方面內容。

3.2.1 智慧云平臺基礎設施

建設智慧云平臺基礎設施的過程中，基于本地云計算中心的相關基礎設施以及其對應的相關技術，建設對應的智慧云調度管控服務云計算基礎。根據實際需要布置相關的設備和數據，包括系統操作控制軟件、煤礦信息數據庫、網絡環境以及運行環境，為客戶提供先進的云服務系統。利用虛擬技術建設相關的調度網絡，實施有效管理，有助于降低系統的整體運行成本，提高運行效率和質量[7]。

3.2.2 調度指揮管控平臺服務

建設云資源管理平臺，有利于實現智慧云調度指揮管控服務的實踐效果。利用對數據的搜索和訪問、對系統元數據的管理和維護、對引擎的有效維護以及對醫療服務界面的開發和維護等，為用戶提供對用戶權限的管理、對系統整體運營的管理等支持。利用智慧云平臺建設為客戶提供智能化服務的信息平臺，實現各種煤炭資源的有效整合和優化配置，設計最佳的資源調度方案。

3.2.3 應用軟件

智慧云平臺框架如圖2所示。智慧云平臺采用人工智能S-T視頻分析技術和云計算技術，構建煤礦井下智慧云數據聯動分析框架，實現煤礦井下人員、設備以及環境數據的互聯互通，抑制信息孤島現象，創造一個適合未來智能化煤礦發展的服務平臺。總體框架自上而下分為設備接入層、數據交互層、基礎支撐層、基礎應用層、應用服務層以及業務表現層6層。業務表現層包含瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）客戶端、客戶機/服務器（Client/Server，C/S）客戶端、App移動端以及小程序等，可滿足用戶不同應用場景的需求。

圖2 智慧云平臺框架

4 智慧云平臺特點、創新點及應用前景

4.1 智慧云平臺特點

智慧云平臺是以信息化、數字化、網絡化以及智能化為建設核心，基于智能物聯的綜合業務管理平臺軟件，具備強大的后臺服務能力，具有接口規范、多信息化系統聯動、高度的數據共享以及可最大限度交互等優勢，滿足客戶不同應用端的使用需求。

4.2 智慧云平臺創新點

4.2.1 網絡模型

采用FcaNet頻率通道注意力網絡和YOLOv5網絡模型，在YOLOv5的基礎上構建煤礦井下人臉應用邊緣處理模型Fca_YOLO。通過構建包含隱含層的神經網絡模型，以更少的單層參數與更深的網絡結構，實現煤礦井下人臉識別、布控、以圖搜圖以及人體車體特征等應用，確保高準確率和高效率。

4.2.2 輕量級工作流設計思想

“可視化界面”即定義排查工作流程界面，根據要求將其轉變成機構模型和信息模型中所闡釋的關系模型結構，建立完備的工作流引擎的數據模型。工作流引擎應用框架如圖3所示。

圖3 工作流引擎應用框架

4.3 系統應用前景

傳統的調度指揮管控服務平臺在建設理念、系統架構以及業務功能擴展等方面存在諸多弊端。該項目對煤礦的調度指揮管控服務平臺重新進行思考和定位，打造智慧云平臺，解決了目前煤礦運營時效性低下、生產過程中應對緊急情況的掌控力弱以及無法及時響應井下突發事件的情況，全面提升了應用系統的使用效率與體驗。

5 結 論

隨著社會的不斷發展，我國的煤礦企業不斷壯大。構建一個行之有效的智慧云平臺十分必要，契合了一個企業不斷向信息化轉變的需要，逐步完善了企業在新發展形勢下的管理制度。為應對煤礦企業對智慧云調度系統的需求，智慧云調度平臺需具備以下功能。

第一，智慧云調度平臺能夠幫助業務人員快速、直觀、全局地掌握廠區的安全狀況。

第二，構建智慧云調度平臺，可實現安全管控、安全監測、人員定位、知識圖譜、實時預覽、動環監測、門禁業務、人臉應用、可視對講、作業管控、智能巡檢以及輔助決策等功能。

第三，較為全面地明確智慧云調度平臺實現的具體功能模塊、各分支模塊以及平臺的性能需求，提高安全管控各環節的溝通效率，降低由于通信不暢和層級煩瑣造成的損失。

第四，智慧云調度平臺在人臉識別系統部分重點闡述了人臉識別的工作流程、人臉識別算法、基于FcaNet頻率通道注意力網絡和YOLOv5網絡模型，實現了煤礦井下人臉識別、布控、以圖搜圖等應用。