非煤矿山安全综合监测监控系统的研究与实现

非煤矿山安全综合监测监控系统的研究与实现

【摘要】非煤矿山井下安全监测监控由井下人员定位、巷道环境监测监控、井下通信联络等多个子系统组成，由于各个子系统标准不够统一，导致各个系统各自运行，信息不能互通，操作繁琐、信息对比不方便，难以进行综合决策判断。系统将非煤矿山井下各个分离的安全监测监控子系统整合起来，消除各个子系统造成的信息孤岛，统一数据信息格式，集中数据管理。实现对矿山井下、井上的统一应急联动、统一决策指挥、统一数据共享与分析，为科学指挥决策提供更加综合全面直观的数据分析。

【关键词】非煤矿山;井下安全;综合监测监控;统一决策

矿山安全是采矿工业可持续发展的重要组成部分，搞好矿山安全工作，对发展地区经济和保持社会稳定具有重要意义。然而随着矿产资源开发强度的加大，矿山安全事故预警和防治技术相对于矿山开采技术来说相对落后以致矿山生产环境不断恶化，矿山事故越来越严重，且各类可导致矿山安全事故的潜在隐患也在增多。频繁发生的矿山安全事故，给国家、企业以及职工家庭造成了巨大的生命和财产的损失，严重制约了国民经济和矿山企业的可持续发展。

从现在矿山应用上来看，矿山安全监测由各个设备厂商独立的监测系统组成，由于各个监测系统标准不够统一，导致各个监测系统信息不能互通，操作繁琐、信息对比不方便，难以进行综合判断和决策，因此建设统一安全监测监控平台有着现实的意义。通过综合研究，逐步掌握各个监测系统的设计、实施及维护等关键技术[1～3]，对系统底层数据进行分析整理，构建统一的数据交换格式和开放数据交换接口;利用先进的信息技术对各个监测系统监测数据进行深入分析;将各个系统合理进行整合，构建集中综合安全监测监控指挥平台。

1.研究思路及关键技术

非煤矿山安全综合监测监控系统是以GIS为平台展现井下矿道布局，集成井下人员定位、巷道环境监测监控、井下通信联络等相关安全监测技术[4]，从GIS上直观观测到井下人员情况和其他安全监测设备的监测数据，利用远程控制技术对井下风机、水泵等安全设备进行远程控制。分析和研究网络技术、信息技术在矿山作业中的作用，运用信息化手段对矿山的安全生产管理进行辅助支持;需要解决以下几个关键问题：

统一数据格式：把井下人员定位子系统、监测监控子系统、通信联络子系统的数据统一整合到管理平台。通过各个厂商的接口进行收集的数据库数据，形成统一的数据。

数据综合分析：如何提炼出有价值的数据，并进行综合分析为矿山的安全决策提供科学的数据依据。

报警数据模型的建立：根据事件行为进行实验数据，并且通过实验数据分析制作报警数据模型。报警后如何触发应急响应。报警数据模型的建立为矿山安全生产提供有力的保证。

无人值守远程控制系统的研究：对矿山电力系统、排水系统、通风系统、提升运输计量系统、选矿系统等高危区域进行自动化改造，达到远程自动控制，逐渐减少危险区域人员数量，直至达到无人值守，打造本质安全。

2.系统实现

2.1 软件开发环境

系统采用SOA框架结构，以面向服务的设计理念对各子模块的结构和功能进行详细设计;采用三层分布式开发技术，以Microsoft公司的.Net4.0为系统开发平台，以SQLServer2008为数据库平台，通过系统开发，全面实现系统的各项功能。

2.2 数据设计路线

系统中涉及多家设备厂商，需要把多家设备厂商的数据进行整合、分析，数据流的走向就显得十分重要。考虑系统的扩展性，会有一个数据总线监听各个厂商数据库中的传感器关键表，同步到系统的业务表中。（如图1所示）

Web平台：前台的表现平台

GIS平台：根据用户提供的基础地理信息数据，绘制井下巷道走向。与web 平台进行前台的数据交互。

数据监听服务：对需要集成的厂商的数据进行数据监听，为主系统的实时数据做保证服务。

Webservice：业务的处理层，对前台提交的请求进行提交。

图1

2.3 系统框架

系统总体结构如图2所示：

图2 系统总体结构

按照系统各部分的功能及属性，可以粗略地将系统归纳为五层，每一层均有相对集中的逻辑处理范畴，主要是以下三层。

设备接入层：主要为井下人员定位设备、环境监测监控设备、井下通信联络设备，以及井下GIS数据。

数据维护层：对需要集成的厂商的数据进行数据监听，为主系统的实时数据做保证服务。

功能应用层：核心管理层，包括系统管理软件、数据综合分析及展示、综合预警报警，访问控制。

2.4 系统功能

系统在技术上实现以下功能（图3是系统界面图）：

图3 系统界面图

1）矿山各种监测监控子系统集中管理，统一调度指挥，集中控制

○单点登录：用户登录系统后通过接口访问监测平台各类数据。

○数据集中展示：集中展示井下人员状态、环境监测（一氧化碳监测、风速风压监测、视频监测等）数据、运行状态等信息。

2）系统自动预警报警，远程联动控制

○多种方式报警：当传感器数据超过预警值时，采用声光警报、短信通知相关责任人、内部通讯系统报警联动等多种方式进行报警。

○设备远程联动控制：系统通过调用设备的远程控制接口，对远程控制安全设备的启动、停止进行控制，数据报警和安全设备自动联动控制。

3）利用3D实景矿山，图形图表直观方式展示全矿山安全生产状态

○图形化分析手段：利用图形化手段展示数据，对比历史数据，比较分析数据，趋势分析并进行图形化展示，使用户能够直观获取传感器、设备运行数据。

○3D虚拟现实展示：利用虚拟现实技术展示井下人员状态、设备运行状态。