图1 煤矿安全监控多系统融合平台架构
闫兆振1,2
(1.中煤科工集团常州研究院有限公司， 江苏 常州 213015；2.天地(常州)自动化股份有限公司， 江苏 常州 213015)
摘要：针对《煤矿安全监控系统升级改造技术方案(征求意见稿)》对多系统融合的要求，分析了煤矿安全监控多系统融合的建设内容，介绍了一种煤矿安全监控多系统融合平台的实现方案及主要功能。该平台通过地面融合的方式进行数据采集，并进行数据的统一处理与综合分析，通过Web方式进行数据展示与查询，通过GIS图形软件完成安全监控系统与GIS的融合，实现了多系统联动及应急联动功能。
关键词：煤矿安全监控； 多系统融合； GIS图形展示； 应急联动
2015年11月25日，国家煤矿安全监察局科技装备司发布了《关于征求〈煤矿安全监控系统升级改造技术方案(征求意见稿)〉意见的通知》，其基本目标之一是促进安全监测监控多元融合和信息共享，提高煤矿安全预测预警水平，实现安全监测监控信息的深度分析和综合利用[1]。
《煤矿安全监控系统升级改造技术方案(征求意见稿)》明确指出“支持多网、多系统融合”，“加强数据应用分析”和“应急联动”也均需要在系统融合基础上进行[1]。可见，多系统融合是煤矿安全监控系统升级改造必不可少的建设内容。针对该要求，本文结合目前对煤矿安全监测、设备运行、生产调度等方面的研究成果[2-3]，提出了一种煤矿安全监控多系统融合平台设计方案。
煤矿安全监控多系统融合的目标是通过多网、多系统融合，将人员定位、电力监控、设备监测等融入安全监控系统，实现多系统融合和信息综合管理，解决矿井不同安全监测监控系统间“信息孤岛”问题，并实现安全监控系统与工业电视、应急广播、人员定位等系统的联动。因此，井下多网、多系统融合,地面多系统数据融合,安全监控系统与GIS融合,多系统融合的综合数据分析,应急联动等都属于多系统融合的内容。
(1) 井下多网、多系统融合。通过统一数据传输协议及研发新型的高速、支持多种传输接口的综合分站实现井下系统融合，对安全监控、人员定位、电力监控、设备监测等系统数据进行统一传输，实现各个系统数据通道的共享及融合。
(2) 地面多系统数据融合。通过多种数据接入方式实现矿井安全生产监测监控类系统的数据融合及共享，同时将安全生产相关数据存储在实时数据库及关系型数据库中，建立多系统融合平台。数据可直接在操作员站、可视化应用软件中进行实时显示，以实现对煤矿安全生产工况的实时监控。通过建设全矿统一的安全生产综合数据库，可实现对全矿安全生产历史状况的查询与分析，同时为矿井数据分析提供基础数据平台和访问接口。
(3) 安全监控系统与GIS融合。采用基于Web的矢量图形与GIS技术，将多系统融合平台(包括安全监测监控、人员定位等)与电子矿图有机结合，实现矿山信息的综合展示，满足“一矿一图”的发展要求。
(4) 多系统融合的综合数据分析。利用多系统融合平台接入安全监控系统的环境监测数据、人员定位系统的区域人员数据、各设备监测系统的设备运行状况数据等，进行综合数据分析及应用，形成综合业务应用，实现单个系统无法实现的综合性功能。
(5) 应急联动。在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，安全监控系统自动与应急广播、通信、人员定位等系统应急联动。
本文不考虑井下多网、多系统融合，仅针对地面多系统数据融合及基于数据融合的应用与联动展开研究，介绍煤矿安全监控多系统融合平台的实现方案。
2.1 平台总体架构
煤矿安全监控多系统融合平台总体架构如图1所示。平台包括数据采集、数据中心、数据展示与分析、系统联动等模块。数据采集模块通过OPC、WCF、文本文件等方式[4-5]，实现对安全监控系统、人员定位系统、电力监控系统及其他设备监测系统等数据的实时采集。数据中心模块对采集的数据进行常规处理、报警逻辑处理、数据分析计算、历史数据存储，并对数据进行统一发布。数据展示与分析模块主要实现实时数据、实时图形、历史曲线、报警数据及数据综合分析结果的展示及查询等[6-7]。系统联动模块主要实现数据展示联动与应急联动，当系统发生故障、报警时，自动弹出对应区域的参数、设备状态与工业电视视频等；当发生报警需要撤人时，自动产生联动命令，通过联动通信组件下发到对应的系统。
图1 煤矿安全监控多系统融合平台架构
2.2 数据采集与多系统融合数据综合分析
煤矿安全监控多系统融合平台的数据采集采用传统的综合自动化系统数据集成方案[8]，采用OPC、文本文件、WCF等方式接入，通过测点定义文件进行系统测点更新，如图2所示。
测点定义文件由各融合子系统提供，由测点定义解析程序进行文件解析并更新到数据采集服务。实时数据的更新需要融合子系统根据数据传输方式提供相应的文件或服务端接口。数据处理程序负责数据处理，包括实时数据、故障数据、报警数据及常规数据的处理。数据存储程序负责将历史数据存储到数据库中。
在实现多系统数据融合的基础上，建立了数据综合分析模型，如环境预测预警模型、区域环境评价模型等。平台的设计重点是实现区域环境评价模型，利用环境监测数据、人员定位数据、设备运行工况数据对矿井某区域的安全状况进行综合评价，以不同颜色或声音提示该区域处于安全或不安全状态，防止事故发生[9]。
图2 煤矿安全监控多系统融合平台数据采集流程
2.3 安全监控系统与GIS的融合
煤矿安全监控系统与GIS的融合有助于系统在设备管理、信息展示和数据联动等方面提供统一的空间坐标，提高安全监测监控的有效性、实时性，在监控、报警时产生更大的应用价值和效益，适应矿山信息化及“一网一站”、“一矿一图”等发展要求。安全监控系统与GIS的融合主要通过GIS图形软件实现，GIS图形软件结构如图3所示。
图3 GIS图形软件结构
图形编辑模块配置图形并生成图形文件，支持CAD格式的电子矿图导入，导入后可分层显示各类图形，避免主要图形对象丢失[10]；可在图上配置各种动态对象，如传感器、通风机、带式输送机等，并与相关业务系统中的相关对象进行绑定。图形展示模块支持缩放、自定义动画、右键菜单、事件、鹰眼及轨迹回放等[11]。图形驱动模块根据业务系统生成测点对象定义文件，并提供实时数据、历史数据接口供图形展示模块调用。GIS图形软件支持二次开发，可通过开放的接口开发其他基于CAD图形的应用。
2.4 系统联动
系统联动模块制定了与各融合子系统的联动协议，通过数据展示联动功能及联动通信组件与人员定位、应急广播、电力监控等系统进行联动[12-13]。
(1) 当作业现场发生设备运行故障时，安全监控系统能够与工业电视系统联动，自动将对应工业电视画面弹出显示，以便直观监视现场故障状况。
(2) 与电力监控系统联动。当安全监控系统监测到基层矿井有重大隐患并需要对某区域进行断电时，向电力监控系统发送桌面消息框[14]，提示电力监控系统管理人员进行相应操作，同时将断电可能影响的范围在图形上进行闪烁提示。管理人员根据实际情况判断是否需要断电。
(3) 应急联动。当安全监控系统监测到矿井某区域有重大隐患或灾情时，可在监测画面上提示该区域现有人员、危险区域人员的撤离路线、该区域附近的救援物资储备情况、该区域的环境状况和主要设备运行情况，同时显示该区域的工业电视画面；通过应急广播系统语音播放事故情况及撤离路线，并通过人员定位卡发出声光报警，通知井下人员迅速撤离。
(1) 数据采集功能。采用统一标准的数据接口采集各系统数据，保证采集数据的准确性。当监测数据有增、减等变动时，自动反映到平台中。
(2) 实时数据显示功能。平台可根据接入的系统类型对数据进行分类、分级、筛选显示。
(3) 历史曲线分析功能。可在一个坐标系内显示多个测点的历史曲线，曲线的纵坐标可自定义刻度。
(4) 历史数据查询及分析功能。可查询系统中的测点数据、故障报警记录、设备的运行情况统计及相关图表。
(5) 事件日志功能。可对所有涉及系统配置的操作及一些重要操作进行完整记录，包括操作时间、操作者、操作码及描述等。
(6) 图形功能。可通过Web方式的GIS图形显示系统中各类实时动态数据及设备状态数据，并通过图中的右键菜单快捷查看指定设备的开停统计、故障统计等。
(7) 应急联动功能。在正常情况下，可通过图形展示区域、设备参数及工业电视联动功能，在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，实现安全监控系统与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。
(8) 移动监控功能。可通过手持设备实时查询平台中的实时数据、报警数据、故障数据及历史曲线等。
(9) 区域危险等级评价功能。在图形上实时显示每个区域的状态，当作业区域处于异常或危险状态时，点击该区域可弹出影响该作业区域安全的各种因素，并可查看该区域的作业人员和工业电视画面。
针对《煤矿安全监控系统升级改造技术方案(征求意见稿)》中有关多系统融合的要求，设计了煤矿安全监控多系统融合平台。该平台可实现多系统数据融合、数据综合分析、安全监控系统与GIS的融合、应急联动等功能，综合利用各系统数据，避免“信息孤岛”，实现多系统间的互联互通。
参考文献：
[1] 国家安全生产监督管理总局.国家煤矿安监局科技装备司 关于征求《煤矿安全监控系统升级改造技术方案(征求意见稿)》意见的通知[EB/OL].(2015-11-30)[2016-11-05].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_5826/2015/1130/261019/content_261019.htm.
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YAN Zhaozhen1,2
(1.CCTEG Changzhou Research Institute, Changzhou 213015, China；2.Tiandi (Changzhou) Automation Co., Ltd., Changzhou 213015, China)
Abstract：For multi-system fusion requirement inTechnologyschemesofupgradingofcoalminesafetymonitoringandcontrolsystem(exposuredraft), construction contents of multi-system fusion for coal mine safety monitoring and control were analyzed. A realization scheme of multi-system fusion platform for coal mine safety monitoring and control was introduced as well as its main functions. The platform collects data by fusion mode on the ground as well as unified data procession and comprehensive analysis, displays data by Web mode, and realizes fusion function of monitoring system and GIS by GIS graph software as well as multi-system linkage function and emergency linkage function.
Key words：coal mine safety monitoring and control; multi-system fusion; GIS graph displaying; emergency linkage
文章编号：1671-251X(2017)02-0011-04
DOI：10.13272/j.issn.1671-251x.2017.02.003
收稿日期：2016-12-14；
修回日期：2016-12-26；责任编辑：李明。
基金项目：天地(常州)自动化股份有限公司研发项目(2016GY101)。
作者简介：闫兆振(1981-)，男，山东菏泽人，副研究员，硕士，现主要从事煤矿软件产品的设计与开发工作，E-mail：davidyan_ren@163.com。
中图分类号：TD76
文献标志码：A
网络出版：时间：2017-01-22 10:20
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20170122.1020.003.html
闫兆振.煤矿安全监控多系统融合平台[J].工矿自动化，2017,43(2)：11-14.