互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦安全信息系統(tǒng)構(gòu)建

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摘要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的出現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煤炭工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)預(yù)警、無(wú)人值守、虛擬現(xiàn)實(shí)，極大地推動(dòng)了煤礦安全信息化建設(shè)。今后一段時(shí)間內(nèi)，煤炭行業(yè)IT技術(shù)的發(fā)展將緊緊圍繞安全生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)管理多種應(yīng)用、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、云計(jì)算等幾個(gè)方面發(fā)展。為此，總結(jié)了互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的煤礦安全信息技術(shù)，提出了基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦安全信息系統(tǒng)架構(gòu)及專有云模式的構(gòu)建及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；云計(jì)算；煤礦安全系統(tǒng)

煤炭作為中國(guó)十分重要的消費(fèi)能源之一，其重要性不言而喻，但同時(shí)煤炭行業(yè)也被視為高危行業(yè)，瓦斯爆炸、煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、沖擊地壓等災(zāi)害事故頻頻發(fā)生，在很大程度上影響了煤礦的安全生產(chǎn)，并對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了很大的威脅。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，煤礦數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化程度顯著提升，再加上各種形式的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)廣泛運(yùn)用，在很大程度上降低了煤礦事故的發(fā)生率，減少了人員傷亡數(shù)量。總而言之，新技術(shù)的運(yùn)用能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中爆炸、火災(zāi)、圍巖等眾多潛在事故隱患的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警和科學(xué)決策，是“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下煤礦安全高效生產(chǎn)的一個(gè)必然選擇。

1互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的煤礦安全信息技術(shù)

1.1煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

煤礦物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)RFID射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)等傳感設(shè)備，遵照事先約定的協(xié)議，綜合運(yùn)用各種各樣的礦用傳感器來(lái)有效地采集井下環(huán)境信息、生產(chǎn)信息，再借助以太網(wǎng)、3G、4G與互聯(lián)網(wǎng)之間形成有效連接，從而實(shí)現(xiàn)信息的交換和通信。該技術(shù)具有十分強(qiáng)大的功能，比如對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、安全隱患的智能化識(shí)別、作業(yè)環(huán)境氣體的監(jiān)測(cè)和預(yù)警以及井下作業(yè)人員的精準(zhǔn)定位等?？傊?，充分運(yùn)用煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠使煤礦生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理變得更加快捷，是確保煤礦安全高效生產(chǎn)的一個(gè)強(qiáng)有力的技術(shù)支撐[1]。

1.2煤礦云計(jì)算技術(shù)

近些年，云計(jì)算技術(shù)取得了飛速發(fā)展，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的強(qiáng)有力推動(dòng)下，人們應(yīng)用它能夠更加方便、廉價(jià)地獲取并使用計(jì)算機(jī)服務(wù)，這種全新的商業(yè)計(jì)算模式正在漸漸地影響著人們運(yùn)用計(jì)算機(jī)的思維方式。充分發(fā)揮云計(jì)算技術(shù)的作用，構(gòu)建一個(gè)先進(jìn)的煤礦企業(yè)云數(shù)據(jù)中心平臺(tái)，并將當(dāng)前已經(jīng)取得的煤礦信息化建設(shè)成果與該技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，最大程度地在大量的煤礦數(shù)據(jù)資源中挖掘出有價(jià)值的信息，能夠在一定程度上確保煤礦的安全、高效生產(chǎn)[2]。

1.3煤礦大數(shù)據(jù)技術(shù)

煤礦大數(shù)據(jù)指的是，為了能夠在生產(chǎn)過(guò)程中更為高效地從高采樣頻率獲取的、海量的、類型不同的煤礦數(shù)據(jù)資源中獲得有價(jià)值的數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)出的一種全新的構(gòu)架和技術(shù)。通常情況下，它的數(shù)據(jù)主要來(lái)自于井下物聯(lián)網(wǎng)感知層的各監(jiān)測(cè)設(shè)備所采集到的各種類型的環(huán)境參數(shù)，比如O2、CO、溫度等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還有一系列與控制設(shè)備有關(guān)的數(shù)據(jù)。由于引發(fā)煤礦事故的原因十分復(fù)雜，人們很難完全認(rèn)識(shí)并掌握各類事故的發(fā)生規(guī)律，也就不能對(duì)相關(guān)的煤礦事故做到精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)和預(yù)警。在這樣的背景下，通過(guò)煤礦大數(shù)據(jù)來(lái)深入挖掘數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值就顯得十分必要，尤其是對(duì)爆炸、火災(zāi)、沖擊地壓等重大危險(xiǎn)源的科學(xué)預(yù)警是相當(dāng)重要的。

2煤礦安全信息系統(tǒng)的架構(gòu)

2.1信息感知層

通常情況下，信息感知層的主要功能是采集各種各樣的信息數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)主要來(lái)源于井下環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)、人員定位、緊急避險(xiǎn)和通信聯(lián)絡(luò)等信息與自動(dòng)化系統(tǒng)，以及煤礦原本就有的一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。

2.2數(shù)據(jù)傳輸層

顧名思義，數(shù)據(jù)傳輸層的功能在于傳輸，即將信息感知層所采集的數(shù)據(jù)通過(guò)云平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)接口傳輸?shù)皆朴?jì)算資源層。通常情況下，該層主要由監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸軟件、安于礦井下的有線和無(wú)線終端構(gòu)成。該層能夠十分有效地運(yùn)用已有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)持續(xù)不斷地傳輸數(shù)據(jù)。同時(shí)，該層還具備數(shù)據(jù)緩存功能，特別是在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)或傳輸速率較低的環(huán)境下，為了能夠最大限度地確保數(shù)據(jù)不丟失，可以啟用數(shù)據(jù)緩存功能，將相關(guān)數(shù)據(jù)存到本地。

2.3云計(jì)算資源層

云計(jì)算資源層不僅是該應(yīng)用架構(gòu)中十分重要的一個(gè)組成部分，也是智能礦山信息化基礎(chǔ)設(shè)施得以成功實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)有力保障。該層主要包含硬件層、通信適配層、資源驅(qū)動(dòng)層和中間件層4個(gè)部分，值得一提的是，中間件層指的是具備云計(jì)算能力的中間件平臺(tái)，它主要負(fù)責(zé)煤礦信息基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化資源池的建設(shè)及做好相關(guān)的管理工作。

2.4應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層主要向企業(yè)及監(jiān)管部門提供面向管理人員的大數(shù)據(jù)分析決策系統(tǒng)，比如一通三防、瓦斯預(yù)警、礦壓分布等，以及各類軟件服務(wù)，從而讓相關(guān)的工作人員能夠?qū)崟r(shí)掌握轄區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)狀況。除此之外，它還具有用戶身份認(rèn)證、權(quán)限控制以及個(gè)性化配置等功能。根據(jù)用戶和監(jiān)管部門的要求，所上傳的煤礦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須要做一個(gè)相對(duì)應(yīng)的分析處理，比方說(shuō)參數(shù)異常判斷分析、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)警統(tǒng)計(jì)等。尤其是對(duì)煤礦人、機(jī)、環(huán)境高度耦合的大系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，龐大的數(shù)據(jù)在礦井災(zāi)害預(yù)警模型的支持下，預(yù)測(cè)預(yù)警將會(huì)變得更加精確，煤礦云平臺(tái)是其得以實(shí)現(xiàn)的信息化基礎(chǔ)。與此同時(shí)，煤礦視頻監(jiān)控所產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)具有規(guī)模大、增速快、價(jià)值密度低等特點(diǎn)，需要更為深入地挖掘才能將數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值最大限度地發(fā)揮出來(lái)，使得視頻監(jiān)控從分析事故原因?yàn)橹髦鸩较蛑悄茴A(yù)警為主的方向轉(zhuǎn)變[3]。

2.5用戶接口層

處于不同層面上的用戶能夠借助于WebAccess（網(wǎng)絡(luò)存?。?、專屬客戶端等終端成功地接入該平臺(tái)，通過(guò)該平臺(tái)提供豐富、高效的煤礦安全生產(chǎn)應(yīng)用服務(wù)。

3煤礦企業(yè)專有云模式的構(gòu)建及應(yīng)用

為了最大程度地確保數(shù)據(jù)安全性和服務(wù)質(zhì)量得到最有效的控制，相關(guān)煤礦企業(yè)選取專有云構(gòu)建模式是十分必要的。該構(gòu)架以企業(yè)已有的基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和架構(gòu)，再通過(guò)虛擬化平臺(tái)得以有效實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，市場(chǎng)上較受歡迎的虛擬化技術(shù)有多種，主要包括基于X86的VMware的ESX平臺(tái)、微軟的Hyper－V平臺(tái)以及RedHat公司的KVM平臺(tái)，可以任選其一。通常情況下，基于虛擬化技術(shù)的專有云架構(gòu)模式由生產(chǎn)、災(zāi)備存儲(chǔ)、多組服務(wù)集群以及無(wú)阻塞網(wǎng)絡(luò)幾個(gè)部分構(gòu)成。其中需要重點(diǎn)提一下存儲(chǔ)網(wǎng)，它的主要功能是對(duì)整個(gè)應(yīng)用架構(gòu)平臺(tái)上所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中統(tǒng)一的存儲(chǔ)。對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境，可以使用FC/SAN或IP/SAN作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備；對(duì)于災(zāi)害環(huán)境，可以使用NAS作為災(zāi)害數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，充分發(fā)揮存儲(chǔ)網(wǎng)的作用，最大限度地滿足不同的用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、并發(fā)訪問(wèn)需求，進(jìn)而為用戶和監(jiān)管機(jī)構(gòu)提供更為高效、更為快捷的數(shù)據(jù)存取服務(wù)[4]。另外，將相關(guān)的虛擬化平臺(tái)軟件安裝于煤礦信息中心物理服務(wù)器上，再通過(guò)存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)同一集群組內(nèi)的服務(wù)器共享生產(chǎn)和災(zāi)備存儲(chǔ)空間，這是現(xiàn)階段煤礦企業(yè)實(shí)施起來(lái)較為容易的一種架構(gòu)模式。但該方案也存在不足之處，比方說(shuō)需要購(gòu)買的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備以及商業(yè)虛擬化軟件授權(quán)等各種各樣的軟硬件平臺(tái)花費(fèi)較大，投資成本較高。對(duì)于煤礦企業(yè)來(lái)講，雖說(shuō)前期可能會(huì)有較大的預(yù)算支出，但考慮到“云化”后所帶來(lái)的巨大價(jià)值，還是值得選擇的，該架構(gòu)不僅能夠使資源池化和服務(wù)變得可度量，業(yè)務(wù)響應(yīng)速度更快，還有利于降低運(yùn)維管理成本、節(jié)約能耗，同時(shí)，還在很大程度上確保了云平臺(tái)的可靠性、穩(wěn)定性[5]。

4結(jié)語(yǔ)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算以及大數(shù)據(jù)等最為先進(jìn)的信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煤炭工業(yè)中，以便于獲得全面的、可供分析的數(shù)據(jù)。對(duì)于今后的煤礦企業(yè)來(lái)說(shuō)，能夠從海量的數(shù)據(jù)中獲取有價(jià)值的數(shù)據(jù)是十分重要的。這些數(shù)據(jù)既可以來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)，也可以來(lái)自于諸如各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器日志、地理位置等能得到洞察價(jià)值數(shù)據(jù)信息的其他設(shè)備。以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，逐步掌握各類事故的發(fā)生規(guī)律，有助于提前發(fā)現(xiàn)隱患，進(jìn)而采用針對(duì)性的措施及時(shí)處理好，大大降低了事故的發(fā)生率，對(duì)于進(jìn)一步改善礦井安全現(xiàn)狀、提供科學(xué)決策來(lái)說(shuō)是十分重要的。

參考文獻(xiàn)：

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［5］高蘭德，潘濤.淺析面向大數(shù)據(jù)的感知礦山物聯(lián)網(wǎng)［J］.中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2014(10)：299-300.

作者：馮永林 單位：山西高平青龍同昌煤業(yè)有限公司