煤礦智能安全信息化建設(shè)探討

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摘要：采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，將煤礦數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和治理，并以三維礦山模型為基礎(chǔ)，以GIS一張圖形式進(jìn)行集中展示，實(shí)現(xiàn)了煤礦智能安全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、綜合決策數(shù)據(jù)、安全態(tài)勢(shì)的綜合查看。

關(guān)鍵詞：煤礦；智能安全；一張圖；信息化

1引言

近年來(lái)，國(guó)家有關(guān)部門下發(fā)了多個(gè)文件，要求運(yùn)用新一代信息技術(shù)，建設(shè)煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，評(píng)估煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)，提高監(jiān)察監(jiān)管水平。到2035年各類煤礦需要實(shí)現(xiàn)智能化，并通過(guò)一張圖對(duì)智能安全管理信息進(jìn)行展示。根據(jù)相關(guān)要求，目前煤礦智能安全一張圖建設(shè)已經(jīng)取得了一定的成果，王勇[1]（2019）提出了一張圖融合設(shè)計(jì)方案，介紹了平臺(tái)架構(gòu)及設(shè)計(jì)模式。黎佩東[2]（2020）等提出了開源組件的礦井GIS一張圖設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了礦井空間位置及設(shè)備數(shù)據(jù)的綜合展示。各學(xué)者們對(duì)智能安全一張圖進(jìn)行了一系列的研究，但是大部分集中在架構(gòu)設(shè)計(jì)、大數(shù)據(jù)分析及建模等方面，對(duì)于智能安全一張圖的具體展示內(nèi)容方面研究較少。本文針對(duì)當(dāng)前研究的現(xiàn)狀和問(wèn)題，主要闡述智能安全GIS平臺(tái)的各圖層展示內(nèi)容及邏輯。

2概述

2.1智能安全定義

將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)控制、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智能裝備等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與煤礦不同區(qū)域、不同專業(yè)、不同災(zāi)害的人、機(jī)、環(huán)、管數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合，形成全面自主感知、實(shí)時(shí)高效互聯(lián)、智能分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)預(yù)警、精準(zhǔn)協(xié)同控制的煤礦智能安全系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)礦井安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控、隱患排查閉環(huán)管理、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、人員管理、培訓(xùn)考試、職業(yè)健康等工作智能管控與預(yù)警，實(shí)現(xiàn)礦井本質(zhì)安全、智能運(yùn)行。

2.2一張圖信息化展示

煤礦智能安全一張圖信息化建設(shè)的核心是數(shù)字化，在此基礎(chǔ)上采用先進(jìn)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度加工提煉，通過(guò)結(jié)合各種預(yù)警模型，對(duì)礦山安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行智能預(yù)警，達(dá)到礦山安全智能化管理的目的。一張圖信息化展示內(nèi)容分為三個(gè)層次，包括礦井三維建模數(shù)據(jù)、安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)警決策數(shù)據(jù)。（1）礦井三維建模數(shù)據(jù)礦井三維建模是將井下三維坐標(biāo)等地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，構(gòu)建礦山信息模型。三維GIS平臺(tái)可根據(jù)周邊宏觀地理信息，提供空間查詢及空間分析功能，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合BIM技術(shù)，構(gòu)成礦山MIM平臺(tái)。MIM注重微觀領(lǐng)域中建筑內(nèi)部的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，可將井巷工程的物理特性用數(shù)字表達(dá)，可基于三維GIS進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。（2）安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在礦山三維建模的基礎(chǔ)上，采集各項(xiàng)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息并通過(guò)一張圖進(jìn)行集中展示，主要包括安全監(jiān)測(cè)信息、人員定位信息、工業(yè)視頻信息、產(chǎn)量監(jiān)測(cè)信息、重大設(shè)備信息等。（3）預(yù)警決策數(shù)據(jù)一張圖展示的預(yù)警決策數(shù)據(jù)是對(duì)三維礦山模型的固有信息與數(shù)據(jù)采集的信息進(jìn)行融合分析，科學(xué)提取加工數(shù)據(jù)，借助預(yù)警體系和智能安全分析模型，對(duì)礦井安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果展示在一張圖上。

3架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要包括兩個(gè)方面：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)靜態(tài)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是指井下環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)和人員位置等的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)是指粉塵濃度、瓦斯?jié)舛取囟取L(fēng)速、礦壓、水位等；設(shè)備狀態(tài)是指大型設(shè)備，如通風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、供電設(shè)備、水泵等的工作狀態(tài)；人員位置是指下井人員及所在位置。非實(shí)時(shí)靜態(tài)數(shù)據(jù)是指實(shí)體對(duì)象的地理位置信息，通過(guò)采集這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)建井下三維模型，實(shí)體對(duì)象分為井上和井下部分。井上包括工業(yè)廣場(chǎng)、道路、地形、辦公樓、變電站、瓦斯抽放站、機(jī)房等樓宇建筑；井下包括井巷、工作面、硐室、大型設(shè)備、傳感器、攝像頭等。

3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層

采用flume等方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集完成后需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。經(jīng)過(guò)技術(shù)選型，選擇kafka作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的工具。kafka是高吞吐量的分布式訂閱消息系統(tǒng)，可通過(guò)Hadoop來(lái)處理日志和日志聚合，可支持每秒數(shù)百萬(wàn)的消費(fèi)，能夠保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性能，支持并行數(shù)據(jù)加載，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)解析后推送至后臺(tái)服務(wù)，同時(shí)實(shí)時(shí)推送至前端界面。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在postgres關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)里，包括gis數(shù)據(jù)庫(kù)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)三種。

3.3數(shù)據(jù)分析層

數(shù)據(jù)分析層主要包括數(shù)據(jù)AI分析及平臺(tái)服務(wù)兩部分。AI分析主要是通過(guò)算法配置、模型訓(xùn)練、模型運(yùn)行來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析；平臺(tái)服務(wù)主要包括基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、應(yīng)用治理服務(wù)、數(shù)據(jù)治理服務(wù)、服務(wù)治理等方面，融合各種預(yù)警模型，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合決策分析。

3.4數(shù)據(jù)展示層

數(shù)據(jù)展示層是將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策數(shù)據(jù)展示在三維GIS上。礦井三維建模展示井下各生產(chǎn)系統(tǒng)、巷道、硐室等三維模型，并將各傳感器、重大設(shè)備、定位分站等設(shè)備標(biāo)注在GIS圖上，展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將預(yù)警決策結(jié)果數(shù)據(jù)信息展示在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)上。

4展示內(nèi)容

4.1雙重預(yù)防一張圖

雙重預(yù)防一張圖是以三維礦井模型為基礎(chǔ)，將煤礦雙重預(yù)防信息集成到統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，主要展示風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)信息、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控、隱患排查治理、三違管理、事故管理等方面。風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)信息主要展示風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的分布、風(fēng)險(xiǎn)與隱患圖標(biāo)、風(fēng)險(xiǎn)四色圖等；風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控主要展示統(tǒng)計(jì)信息（本日新增、本日受控、失控風(fēng)險(xiǎn)）、圖表信息（各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量占比、各地點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量、各專業(yè)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量）、風(fēng)險(xiǎn)列表（各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)列表信息、各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)詳細(xì)信息）、圖標(biāo)信息（重大風(fēng)險(xiǎn)信息卡、較大風(fēng)險(xiǎn)信息卡）等；隱患排查主要展示當(dāng)前重大隱患和A級(jí)隱患數(shù)量、各流程隱患數(shù)量（待下達(dá)、待接收、待整改、待復(fù)查、待銷號(hào)）、各級(jí)隱患占比、各地點(diǎn)隱患數(shù)量、各專業(yè)隱患數(shù)量、隱患詳細(xì)信息、重大隱患信息卡等；三違信息主要展示本日新增、昨日新增、當(dāng)前統(tǒng)計(jì)、三違占比、三違信息卡等；事故管理主要展示事故數(shù)量、事故占比、事故詳細(xì)信息等。

4.2安全生產(chǎn)系統(tǒng)一張圖

主要展示生產(chǎn)系統(tǒng)一張圖，包括通風(fēng)系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、抽采系統(tǒng)等十幾個(gè)系統(tǒng)信息，展示內(nèi)容包括生產(chǎn)系統(tǒng)整體圖、重大設(shè)備基本信息、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息、異常狀態(tài)等，可直觀查看設(shè)備的工況信息、報(bào)警信息、工況分析、運(yùn)行日志等。

4.3各專題系統(tǒng)一張圖

各專題主要展示的是人員定位專題、產(chǎn)量專題、工業(yè)視頻專題、傳感器監(jiān)測(cè)信息等。監(jiān)測(cè)傳感器展示的是傳感器的實(shí)時(shí)信息、統(tǒng)計(jì)信息和報(bào)警信息，包括基本信息、參量信息、量程變動(dòng)折線圖、斷電等傳感器異常信息、傳感器數(shù)量占比、圖標(biāo)及信息卡等；人員定位展示的是人員的精確位置、區(qū)域定位基站實(shí)時(shí)信息、帶班領(lǐng)導(dǎo)、井下人數(shù)變動(dòng)折線圖、異常報(bào)警類型及明細(xì)等；產(chǎn)量信息展示日月年產(chǎn)量及產(chǎn)能比、超產(chǎn)信息等；工業(yè)視頻展示視頻列表、視頻查看、視頻回放、視頻違規(guī)處理、視頻統(tǒng)計(jì)等信息；水文監(jiān)測(cè)展示礦井降雨量、涌水量、排水量、水文點(diǎn)監(jiān)測(cè)信息等；應(yīng)急管理展示應(yīng)急預(yù)案信息、演練信息、物資信息、專家信息、救援隊(duì)信息等。

4.4災(zāi)害預(yù)警一張圖

災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)主要是展示煤礦六大災(zāi)害系統(tǒng)數(shù)據(jù)及預(yù)警結(jié)果數(shù)據(jù)，包括水災(zāi)、火災(zāi)、瓦斯、沖擊地壓、頂板監(jiān)測(cè)、粉塵，展示的是各災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)信息、列表信息、各工作面信息。瓦斯防治展示瓦斯的抽采量、剩余含量、瓦斯?jié)舛茸兓劬€圖等；頂板監(jiān)測(cè)展示各種壓力傳感器基本信息、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、圖表統(tǒng)計(jì)信息及圖標(biāo)等；沖擊地壓展示應(yīng)力云圖、應(yīng)力值、微震信息、進(jìn)尺信息等。

4.5其他信息一張圖

對(duì)于煤礦各項(xiàng)人機(jī)環(huán)管報(bào)警數(shù)據(jù)在一張圖進(jìn)行直觀展示。人員報(bào)警包括超時(shí)、超員、求救報(bào)警、進(jìn)入限制區(qū)域等；設(shè)備報(bào)警指的是各重大設(shè)備的報(bào)警信息；環(huán)境報(bào)警指的是傳感器斷電、斷線、超量程、調(diào)校、故障等報(bào)警信息；管理報(bào)警指的是人員違規(guī)操作、不安全行為監(jiān)測(cè)、皮帶異物等異常信息的監(jiān)測(cè)報(bào)警。另外，對(duì)于重點(diǎn)關(guān)注的信息也可以在重點(diǎn)關(guān)注信息一張表進(jìn)行查看。

4.6安全態(tài)勢(shì)分析一張圖

在上述各系統(tǒng)一張圖的基礎(chǔ)上，應(yīng)用模型算法，構(gòu)建安全態(tài)勢(shì)綜合分析一張圖，包括礦井、生產(chǎn)系統(tǒng)、區(qū)域等各層級(jí)風(fēng)險(xiǎn)得分、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)列表等。礦井整體、各生產(chǎn)系統(tǒng)安全態(tài)勢(shì)重點(diǎn)展示得分、等級(jí)、重大風(fēng)險(xiǎn)列表及詳情，區(qū)域安全態(tài)勢(shì)展示區(qū)域得分、等級(jí)、區(qū)域統(tǒng)計(jì)信息（區(qū)域人數(shù)、傳感器數(shù)量、攝像頭數(shù)量、風(fēng)險(xiǎn)隱患數(shù)量、進(jìn)尺信息、瓦斯防突信息等）、報(bào)警列表信息（報(bào)警時(shí)間、報(bào)警地點(diǎn)、報(bào)警類型）等。

5結(jié)論

本文總結(jié)了煤礦智能安全的內(nèi)容，在礦山三維建模的基礎(chǔ)上，借助一張圖形式，將空間數(shù)據(jù)與安全管理數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，對(duì)礦山的整體安全情況進(jìn)行了直觀展示。通過(guò)一張圖的展示，可全面了解礦井地質(zhì)信息、安全監(jiān)測(cè)信息、風(fēng)險(xiǎn)信息，實(shí)現(xiàn)多維數(shù)字礦山，為實(shí)現(xiàn)更高層次的智慧礦山奠定基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

［1］王勇.煤礦多系統(tǒng)“一張圖”融合聯(lián)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2019，45（09）：99-102+108.

［2］黎佩東，許金，何橋.基于開源組件的礦井GIS一張圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].煤炭工程，2020，52（10）：20-24.

作者：王超 趙金娥 張志明 單位：山東精誠(chéng)電子科技有限公司