煤炭企业远程实时监管云服务系统

任 敏，杜文广，杨 勇

(1.太原理工大学信息工程学院，山西 太原 030024;2.太原科技大学电子信息工程学院，山西 太原 030024)

责任编辑:许 盈

随着煤炭企业信息系统的广泛应用和信息化程度的提高，煤炭企业对信息的依赖程度越来越大。传统的以个人计算机和互联网为基础的信息系统已经逐步显现出滞后性。而随着智能移动终端的发展和移动网络的升级，移动信息化逐步拓展传统信息系统的应用范围，已经成为信息化建设的发展趋势。然而移动终端由于受限于其便利性，其很多功能(如复杂计算能力、海量存储等)与个人计算机相比都相应受到较多的限制。借助高速互联网实现分布式协同计算的云计算技术，使得这种缺陷可以得到弥补。通过建设煤炭企业远程实时监管云服务系统，可以更进一步地提高煤炭企业的信息化程度，实现更加高效灵活的企业安全生产的监控和管理，为煤炭企业安全生产提供有力保障，同时降低资源浪费。

1 移动云计算

云计算(Cloud Computing)是分布式计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机技术发展融合的产物。其架构自下而上分为3层:IAAS(Infrastructure－as－a－Service)层是基础设施即服务层，服务器集群共享存储、处理能力及宽带等资源;PAAS(Plartform－as－a－Service)层是平台即服务层，不同的企业或单位通过该平台享用IAAS层集成的资源，并从集中的服务器中交付个人及商务应用;SAAS(Software－as－a－Service)层是软件即服务层，SAAS层实际上强调的是一种计算模式，客户无需再购买软件而是租用软件服务，提供商按需供给、按量收费。

移动云计算技术就是“云+端”的模式，借助于移动互联网的价值，利用后台的云服务，对终端设备进行快速适配，将多数应用放在终端中执行，即便是终端设备性能比较弱也没有问题，因为可以在后台计算好推送到移动终端。移动云将“计算”从终端设备(端)转移到整个软硬件系统(云)来实现，从而弱化了对移动终端设备的处理能力的需求［1－8］。

2 煤炭企业远程实时监管云服务系统

2.1 系统架构设计

整个系统的设计采用分层设计的方案，分为应用系统层、应用整合层、移动平台层、移动网络层和终端层。平台业务逻辑结构如图1所示。

1)应用系统层。应用系统层是系统最底层，该层主要包括各子系统及构成子系统的传感器、执行器、开关柜、智能变配电装置、行程开关等现场设备。系统利用RS－232、RS－422、RS－485、OPC 接口、ODBC 接口对各子系统(压风、瓦斯检测、锅炉监控、视屏监控等)PLC分站、电机智能控制器、其他智能监控分站运行参数进行采集，并负责传达集中控制信号至现场设备。

图1 平台业务逻辑结构图

2)应用整合层。在应用系统层之上是应用整合层，通过矿井工业以太环网的建设可以统一整合现有单功能型检测监控子系统、工业电视和有线/无线调度通信系统，建立井上、井下统一工业控制专网。应用ESB总线技术、XML技术及数据源等技术，对各个业务系统进行对接，采集各个系统的数据后，在应用整合层进行汇总、处理，对应用系统进行整合，使井上、井下各种功能的监控系统成为一个完整的综合自动化子系统，消除“信息孤岛”现象。

3)移动平台层。移动平台是该系统的核心层。在移动平台层，利用云计算等关键技术，如虚拟机技术、数据存储技术、数据管理技术、分布式编程与计算技术对系统实时数据进行抽取、压缩、分析，利用Hadoop架构了一个强扩展性、高容错性、高传输率、低廉的分布式文件系统(Hadoop Distributed File System)，借助MapReduce模式实现任务的分解和结果的汇总，采用云计算集中式的调度机制对海量数据进行处理，实现基于业务作业的灵活调度和管理，建立不同层面面向现场的生产调度指挥平台，实时监测生产现场的状况，实现煤流、运输、通风、人员、工作面等多种安全生产分析模型，并对多重移动智能终端进行统一管理。

4)移动网络层。把运营商的通信资源(短信、彩信、LBS、GSM/GPRS/3G/LTE)统一接入进来，对资源进行统一管理和按需分配。系统采用统一的网络隔离、安全传输以及应用数据等方面的安全措施，保证了业务数据的安全性，为移动终端接入后的数据传输与实时展现奠定了基础。

5)终端层。最顶层是直接面向用户的统一的、界面友好的信息门户(EIP)，系统将移动平台层抽取的数据及业务管理的数据通过统一的门户形式进行展现，所有的系统通过单点登录即可实现全面的访问及控制，并同时提供全矿统一的安全权限管理。客户安装开发的客户端软件，在移动平台中进行注册及安全绑定后，通过快速调用API(Application Programming Interface)封装函数经过移动网络(运营商)访问系统。

2.2 系统实现

根据系统分层设计的思想，系统实现的核心问题是数据的集成、抽取、处理、分析这个完整的过程，下面以数据处理核心过程为例，阐述系统的实现过程。其实现过程如图2所示。

图2 系统数据流处理实现流程图

在系统数据的传输过程中，主机数据接收和客户端数据推送是相辅相成的。主机相当于服务器，子系统相当于客户机(图2中的客户端)。每个客户机将自己得到的子系统信息推送到服务器(主机)处，然后主机处理这些数据，并决定哪些数据存入关系数据库，哪些数据存入实时数据库。

1)客户端数据采集实现:系统采用目前市场上常见的上位机数据接口形式(如OPC、文本、数据库等)与各种自动化管理系统对接，采集涉及安全生产的各种数据。

2)客户端数据处理实现:系统采用pSpace实时数据库系统、SDA数据采集系统，对客户端采集到的业务数据进行分类、去冗处理。

3)客户端数据传输实现:客户端在广域网范围内将业务数据文件推送到主机上，待主机对业务数据进行进一步的处理。

4)主机业务数据处理实现:主机接收广域网范围内客户端推送过来的业务数据文件，采用基于Hadoop架构的MapReduce分布式计算模式，对子系统中抽取的数据进行统一的分布式处理，快速生成数据报表，并存储到关系型数据库或者实时数据库，实现智能终端上的软件去调用这些被处理过的数据，并在页面上进行展示。

2.3 系统应用

煤炭企业远程实时监管云服务系统目前已经成功应用于山西省某煤矿企业的安全生产管理中，由于系统应用的高安全性，系统自上线至今为止，并发用户量已突破2 000，访问速度不低于15 s。系统访问流程图如图3所示。

图3 系统访问流程图

客户申请登录时，系统首先对其数字证书进行验证，若验证通过则客户登录系统成功，可实时查阅安全生产报表和生产工作面图;若未通过验证，则提示申请注册。用户注册时，系统提供从无线接入到终端用户认证，统一制定并颁发一一对应的数字安全证书，杜绝系统应用过程中人为因素带来的安全隐患。系统部分终端应用效果如图4所示。

图4 系统部分终端应用效果图(截图)

2.4 系统优势

煤炭企业远程实时监管云服务系统对安全生产涉及的各个子系统进行对接，采集各个系统的数据进行集成，具有集中管理、分布式处理、数据无线传输等特点，降低了煤炭企业的管理成本并提高了系统安全性能。与传统煤炭企业管理系统相比，具有明显的优势:

1)建设了服务于煤矿各个子系统的统一监管信息平台，支持数据的实时监测和远程传输，并采用Hadoop架构对海量数据进行快速处理，实现了实时数据查询、历史数据查询及安全情况分析等功能。

2)较好的扩展性和重用性。系统采用J2EE基础框架技术将OPC，ODBC，OLEDB等工业自动化监控系统的接口进行标准化实现，为实现各种异构系统的接入提供了技术保障。

3)灵活管理。系统支持包括CDMA1X/EV－DO、GSM/GPRS/WCDMA/TD－SCDMA、WLAN 等多种无线接入技术，能够实现短/彩信、LBS位置定位等无线资源的统一管理调用。

4)降低成本。在移动平台层建设采用云计算技术建设虚拟资源池，减少服务器的占地面积，降低购买实体服务器及维护费用，节省能源及成本。

5)采用数字证书技术，具有高可靠性。系统支持CA认证体系的标准，并提供数据加密和传输通道加密等能力，包括PKI证书技术、AES 256内容加密方式和SSL 1024信道加密方式等方面针对无线网络和无线终端进行整体安全保障。安全体系架构如图5所示。

图5 系统安全体系架构图

6)嵌入式组态客户端。系统提供手机、平板电脑等无线终端嵌入式组态客户端统一开发技术，通过各个组态界面来快速实现嵌入式终端的远程监管功能。

3 结语

煤炭企业远程实时监管云服务系统利用数据采集终端与生产企业内的生产监控系统对接，采用云计算及分布式数据处理技术对数据进行统一处理后传送给智能控制终端，实现了远程实时监管和随时随地办公，对煤炭企业的移动信息化建设起到指导意义和促进作用，具有较强的普遍性和实用性。鉴于该系统取得的成果，目前已经开始山西无线企业云平台的研究，从而为无线山西奠定更为坚实的基础。

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