人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)在礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景研究

摘要：礦業(yè)生產(chǎn)對(duì)安全工作歷來(lái)重視，也要求加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)，這對(duì)各類現(xiàn)代技術(shù)的運(yùn)用提出了一定要求。以人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)在礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，分析其應(yīng)用方法，包括工作系統(tǒng)搭建、邏輯分析和輔助技術(shù)選擇等，最后簡(jiǎn)述該系統(tǒng)的應(yīng)用問(wèn)題與應(yīng)對(duì)建議。系統(tǒng)地呈現(xiàn)了人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，可以為未來(lái)各地礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：人工智能""嗅覺(jué)系統(tǒng)""礦業(yè)生產(chǎn)""安全監(jiān)測(cè)

Application"Prospects"of"AI"Olfactory"System"in"Mining"Production"Safety"Monitoring

WANG"Dong

Hubei"Xingfa"Chemicals"Group"Co.，"Ltd.，"Yichang，"Hubei"Province，"443000"China

Abstract："Mining"production"has"always"attached"great"importance"to"safety"work"and"also"requires"strengthening"safety"monitoring，"which"puts"forward"certain"requirements"for"thenbsp;application"of"various"modern"technologies."Starting"from"the"application"advantages"of"artificial"intelligence（AI）"olfactory"system"in"mining"production"safety"monitoring，"and"on"this"basis，"this"paper"analyzes"its"application"methods，"including"work"system"construction，"logical"analysis，"and"selection"of"auxiliary"technologies."Finally，"it"briefly"describes"the"technical"application"issues"and"corresponding"suggestions"of"the"system."It"systematically"presents"the"characteristics"and"advantages"of"AI"olfactory"system，"providing"reference"for"future"mining"production"safety"monitoring"work"in"various"regions.

Key"Words："AI;"Olfactory"system;"Mining"production;"Safety"monitoring

人工智能是一項(xiàng)現(xiàn)代化的應(yīng)用技術(shù)，主要強(qiáng)調(diào)對(duì)人類智能進(jìn)行模擬，并延伸到實(shí)際工作中。從現(xiàn)狀上看，人工智能技術(shù)在多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域已經(jīng)被應(yīng)用，且發(fā)揮了一定的積極作用。就礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)而言，人工智能技術(shù)也具有積極的應(yīng)用空間，我國(guó)部分地區(qū)礦務(wù)工作大體完善，但受到工作理念、傳統(tǒng)方式的制約，安全方面的工作水平依然落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，有改進(jìn)的空間和必要[1]。在此背景下，分析人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)在礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、方法等，可以系統(tǒng)呈現(xiàn)其應(yīng)有前景，服務(wù)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用與礦業(yè)生產(chǎn)。

1人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1"靈敏性高

人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)在礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用可以發(fā)揮靈活性高的優(yōu)勢(shì)。這一優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是人工智能技術(shù)可以借助程序和工作系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行信息采集，靈敏發(fā)現(xiàn)礦業(yè)生產(chǎn)安全方面的威脅。例如：通過(guò)傳感器感知井下環(huán)境信息、分析空氣質(zhì)量、瓦斯?jié)舛鹊龋欢侨斯ぶ悄芗夹g(shù)可以"24小時(shí)不間斷作業(yè)，與人工模式相比，其能夠從時(shí)間角度實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)的有效覆蓋和延伸，靈敏察覺(jué)傳統(tǒng)模式下無(wú)法被發(fā)現(xiàn)的安全隱患[2]。值得注意的是，很多礦業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)可能面臨爆炸、塌方等重大安全事故威脅，造成人員傷亡，借助人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)，這一類隱患的發(fā)生率也可得到控制，減少重大安全事故的發(fā)生率。

1.2""適用性強(qiáng)

礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中，人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用也具有適用性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。該優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)本身主要依賴傳感器、通信、集成技術(shù)等提供服務(wù)，上述技術(shù)在多種類別的礦區(qū)、生產(chǎn)場(chǎng)景內(nèi)可以發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)分析、感知和應(yīng)急處理[3]；二是人工智能技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)具有很強(qiáng)的通適性，如針對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測(cè)的人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)，由于瓦斯爆炸濃度參數(shù)和條件比較固定，所以，針對(duì)該問(wèn)題組織的礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)在大部分地區(qū)可發(fā)揮作用。部分礦井工作條件復(fù)雜，難以通過(guò)常規(guī)的人工檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行安全分析，人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)也可以適應(yīng)相關(guān)工作需要[4]。

1.3""模式成熟

人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的原理比較明確，主要利用終端設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信息采集，再根據(jù)采集結(jié)果進(jìn)行對(duì)照分析，判斷生產(chǎn)環(huán)境是否符合預(yù)期、是否安全。在軟、硬件技術(shù)無(wú)異常的情況下，其原理不會(huì)出現(xiàn)其他變化，具有模式成熟、經(jīng)驗(yàn)豐富的優(yōu)勢(shì)。例如：應(yīng)用于北方各地煤礦的井下通風(fēng)管理模式主要通過(guò)人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)對(duì)井下氣流信息進(jìn)行分析，以判斷其是否存在通風(fēng)方面的問(wèn)題、是否影響工作人員常規(guī)呼吸等[5]，該模式在其他類別的地下礦井、其他地區(qū)的煤礦生產(chǎn)工作中也可直接套用，只需對(duì)遠(yuǎn)程端工作參數(shù)進(jìn)行修正即可，工作模式成熟、穩(wěn)定，能夠?yàn)榈V業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)工作提供服務(wù)。

2""人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用方法

2.1""搭建工作系統(tǒng)

礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中，需要做好工作系統(tǒng)搭建，以確保人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用的軟、硬件得到滿足。從共性角度出發(fā)，該系統(tǒng)一般考慮5個(gè)要素，即執(zhí)行段、智能分析模塊、遠(yuǎn)程系統(tǒng)、通信模塊及其他輔助裝置，系統(tǒng)框架如圖1所示。

按照?qǐng)D1所示模式，礦業(yè)生產(chǎn)安全有關(guān)信息（如瓦斯?jié)舛取⑼庑畔ⅰ⒅ёo(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性等）均一體通過(guò)各類采集渠道加以收集，這些信息通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)姆绞郊刑峁┙o智能模塊，由智能模塊進(jìn)行分析，評(píng)估其是否安全，再根據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行處理。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要為智能模塊提供邏輯程序方面的支持，同時(shí)關(guān)注人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的工作態(tài)勢(shì)，對(duì)其不能處理的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行干預(yù)。輔助系統(tǒng)包括應(yīng)急報(bào)警設(shè)備、處理終端，以及可能需要的可視化設(shè)施等，這些設(shè)備不影響人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的核心功能，但可以提升其工作能力，對(duì)于一些小型安全事故，也可以發(fā)揮預(yù)防和應(yīng)急處理的作用。

工作系統(tǒng)搭建的另一個(gè)要點(diǎn)在于工作端的設(shè)備配置，一般以電子計(jì)算機(jī)為主。考慮到人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的重要作用，為提升礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)水平，需要加強(qiáng)計(jì)算機(jī)性能分析，要求其虛擬內(nèi)存、顯存、磁盤空間分別達(dá)到32"GB、16"GB、2"TB，以便實(shí)時(shí)處理各類數(shù)據(jù)、下達(dá)指令、存儲(chǔ)工作信息。

2.2""確定關(guān)鍵工作邏輯

從當(dāng)前運(yùn)用與未來(lái)發(fā)展的角度出發(fā)，人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)在礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用均關(guān)注工作邏輯確立，以明確清晰的工作邏輯為基礎(chǔ)，處理各類可能存在的問(wèn)題，形成工作日志，服務(wù)人員作業(yè)。建議仍以智能技術(shù)為中心，但增加嗅覺(jué)系統(tǒng)的覆蓋效應(yīng)，以多終端嗅探的方式開(kāi)展安全分析，其工作框架如圖2所示。

根據(jù)圖2所示模式，在不改變?nèi)斯ぶ悄苄嵊X(jué)系統(tǒng)一般工作原理的情況下，以礦業(yè)生產(chǎn)安全有關(guān)的各類信息為采集對(duì)象，分別在不同區(qū)域、不同空間內(nèi)放置采集器，如可視化探頭、空氣傳感器、溫度傳感器等，這些設(shè)備采集的信息均實(shí)時(shí)進(jìn)行傳輸，由智能模塊進(jìn)行分析、組織處理和記錄。在具體工作中，主要根據(jù)礦業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)確定工作終端的作業(yè)邏輯。以井下通風(fēng)條件為例，默認(rèn)某礦井的要求通風(fēng)參數(shù)達(dá)到0.15"m/s水平。在實(shí)際工作中，受掘進(jìn)作業(yè)區(qū)域環(huán)境、設(shè)備性能、控制參數(shù)等因素影響，實(shí)際礦井通風(fēng)參數(shù)可能圍繞0.15"m/s?上下變化，表現(xiàn)如下：

[min；0.12；0.13；0.14；0.15；0.16；0.17；0.18；max]?

可以將“0.15"m/s?”作為最小參數(shù)代入計(jì)算機(jī)中，之后，通過(guò)傳感器對(duì)井下通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行收集。當(dāng)井下通風(fēng)參數(shù)可以達(dá)到0.15"m/s?或以上水平時(shí)，智能認(rèn)定當(dāng)前工作參數(shù)無(wú)異常，可以滿足井下通風(fēng)要求；當(dāng)傳感器提供的信息表明井下通風(fēng)參數(shù)未達(dá)到0.15m/s時(shí)，需要繼續(xù)組織信息采集；當(dāng)持續(xù)多個(gè)信息樣本顯示井下通風(fēng)參數(shù)未達(dá)到0.15m/s時(shí)，需要由智能終端發(fā)出警報(bào)，并通過(guò)應(yīng)急系統(tǒng)加強(qiáng)通風(fēng)處理，以提升通風(fēng)能力。

2.3""選取得當(dāng)?shù)妮o助技術(shù)

輔助技術(shù)是指各類與人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)有關(guān)、可以改善礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)工作水平的非核心技術(shù)，包括控制器局域網(wǎng)"（Controller"Area"Network，CAN）總線技術(shù)、嵌入技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等。從發(fā)展的角度看，人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)在礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景比較廣闊，需要尋求技術(shù)更新，以進(jìn)一步提升其應(yīng)用效益，這要求應(yīng)用更多的輔助技術(shù)，以改善技術(shù)應(yīng)用效果。

以CAN總線技術(shù)為例，在圖1、圖2所示模式中，多個(gè)終端工作設(shè)備需要同步進(jìn)行工作來(lái)采集礦業(yè)生產(chǎn)安全相關(guān)信息，提供智能模塊以完成監(jiān)測(cè)。然而，部分礦區(qū)的工作環(huán)境復(fù)雜，可能存在金屬礦與對(duì)應(yīng)的強(qiáng)大磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)直接干擾通信活動(dòng)，使人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)終端設(shè)備提供的信息無(wú)法有效傳遞。即便在弱磁場(chǎng)環(huán)境下，很多信息也難以通過(guò)單一信道完成傳遞，可能產(chǎn)生信息互擾問(wèn)題。為對(duì)以上問(wèn)題予以應(yīng)對(duì)，可以在終端工作設(shè)備與智能模塊之間設(shè)置CAN總線處理器，每一個(gè)終端工作設(shè)備均以獨(dú)立的有線信道與CAN總線系統(tǒng)進(jìn)行物理形式的連接。人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)啟動(dòng)后，其終端工作設(shè)備持續(xù)采集有關(guān)信息，并以獨(dú)立信道進(jìn)行單獨(dú)傳輸，可以避免磁場(chǎng)干擾，也可以減少并道傳輸模式下信息互擾的問(wèn)題，保證信息的可讀性，便于智能模塊快速、精準(zhǔn)進(jìn)行信息讀取和對(duì)照，改善人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)在礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的可靠性。

2.4""強(qiáng)調(diào)應(yīng)用跟蹤

礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)應(yīng)嚴(yán)格、持續(xù)開(kāi)展，在常規(guī)應(yīng)用人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)重視技術(shù)應(yīng)用效果跟蹤，以拓展其應(yīng)用前景。未來(lái)，主張采用大數(shù)據(jù)積累分析的方式作技術(shù)應(yīng)用跟蹤。

按照?qǐng)D2所示模式，無(wú)論人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)是否發(fā)現(xiàn)了礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)工作中的問(wèn)題，均要求根據(jù)工作情況每日進(jìn)行信息記錄。其中一部分信息可能與警報(bào)、處理標(biāo)準(zhǔn)比較接近，但仍未達(dá)到“安全風(fēng)險(xiǎn)”的觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。例如：井下通風(fēng)參數(shù)長(zhǎng)期維持在0.15"m/s、0.16"m/s左右，即便能夠保證通風(fēng)需要，也已經(jīng)處于風(fēng)險(xiǎn)邊緣，要求工作人員以1周或1個(gè)月為周期，持續(xù)對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)有關(guān)信息進(jìn)行采集和分析。當(dāng)通風(fēng)有關(guān)的信息顯示本周頻繁、多次出現(xiàn)通風(fēng)參數(shù)接近臨界值時(shí)，可以對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行處理，更換老化部件，以保證系統(tǒng)保持預(yù)期工作能力，適當(dāng)改善井下通風(fēng)參數(shù)。借助人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)形成的大數(shù)據(jù)，提升礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)的工作質(zhì)量。

3"人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用問(wèn)題與應(yīng)對(duì)建議

礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)工作中，人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用前景廣闊，但仍受到一定技術(shù)限制，包括消防聯(lián)動(dòng)能力不足、工作精度不高等。例如：部分礦井下可能出現(xiàn)瓦斯?jié)舛冗^(guò)高、小型消防事故，也有部分礦井內(nèi)的有害氣體濃度過(guò)大、超過(guò)人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的工作上限，前者需要及時(shí)予以處理，后者可能誘發(fā)管控不及時(shí)和麻痹大意的問(wèn)題。未來(lái)，主張加強(qiáng)技術(shù)聯(lián)動(dòng)方面的處理，并適當(dāng)改善工作能力水平，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理質(zhì)量。在技術(shù)聯(lián)動(dòng)方面，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)應(yīng)用現(xiàn)代化的集成技術(shù)和方法，或嵌入模式，使一些功能模塊與當(dāng)前人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)能夠兼容，實(shí)現(xiàn)人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)工作能力的拓展，包括警報(bào)系統(tǒng)、應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng)等。

4""結(jié)語(yǔ)

綜上所述，人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)在礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景廣闊，未來(lái)，應(yīng)根據(jù)其不足進(jìn)一步尋求優(yōu)化。從現(xiàn)狀上看，該系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)多樣，包括較高的靈敏性、成熟的工作模式等。在具體應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)關(guān)注人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)搭建、做好邏輯分析、選取得當(dāng)?shù)妮o助技術(shù)，并從應(yīng)用跟蹤角度出發(fā)，尋求技術(shù)應(yīng)用改進(jìn)。未來(lái)，建議從技術(shù)聯(lián)動(dòng)、精度改進(jìn)角度入手，應(yīng)對(duì)人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)在礦業(yè)生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用瓶頸，進(jìn)一步突出技術(shù)特點(diǎn)，服務(wù)礦業(yè)生產(chǎn)的有關(guān)工作。

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