煤矿安全监测监控数据联网采集系统的研究与设计

毛开江

(应急管理部信息研究院，北京市朝阳区，100029)

党的十九大报告中明确要求 “树立安全发展理念，弘扬生命至上、安全第一的思想，健全公共安全体系，完善安全生产责任制，坚决遏制重特大安全事故，提升防灾减灾救灾能力”[1]。《中共中央国务院关于推进安全生产领域改革发展的意见》要求“构建国家、省、市、县四级重大危险源信息管理体系，对重点行业、重点区域、重点企业实行风险预警控制，有效防范重特大生产安全事故”[2]。应急管理部党组书记黄明在2019年5月23日全国应急管理科技和信息化会议上明确提出，要着力提升监测预警能力，用好物联网技术，实时感知风险，推进应急管理科技信息化工作跨越式发展。国家煤矿安全监察局局长黄玉治在煤矿安全监察信息化工作座谈会上的讲话指出，要加快推进煤矿安全生产风险监测预警系统建设，加快推进与煤矿的联网工作，对可能发生事故的发展趋势作出超前研判，及时采取有效应对措施。如果煤矿关键数据上不来，系统联不上，实现监测预警则缺乏数据基础，因此对煤矿感知数据进行采集、汇总以及展示，为煤矿安全生产综合信息化管理提供重要的数据支撑和基础保障意义重大。

本文通过分析当前各省级煤矿安全监察局联网现状和联网方式，研究设计了一套煤矿安全监测监控数据联网采集系统，为精准执法、提升事故防控预警和应急处置能力、强化落实煤矿企业安全生产主体责任提供了精准的数据支撑。

1 煤矿安全监测监控系统联网现状分析

“十三五”期间，全国各个省级煤矿安全监察局相继开展了煤矿监测监控数据联网相关信息化建设，其中山东煤矿安监局开展了煤矿安全远程监管监察信息化平台建设，为形成整套的行业应用标准和大规模推广打下了基础，具有明显的典型和示范作用[3]；内蒙古煤矿安监局建成了煤矿信息化综合信息系统，该系统是按照“一中心三系统”(一个数据中心、煤矿安全监察信息系统、煤矿安全监管信息系统、企业安全管理系统)进行的顶层设计，具有很强的实用性[4]；云南煤矿安监局建设了煤矿安全监察局煤矿事故风险分析平台，该平台集成了煤矿安全生产管理、安全监察、煤矿监测监控、人员定位、重大设备等信息，利用云技术和大数据分析技术，通过建立灾害事故分析模型对事故风险进行分析，为防范煤矿重特大事故提供了技术支撑[5]；重庆煤矿安监局建设了煤矿事故风险分析平台，以互联网、云计算、大数据技术为基础,将煤矿基本情况、基础数据、工业视频、安全监控、人员定位、隐患排查等信息融为一体,为开展事故风险分析评估等工作提供了有效手段[6]；河北煤矿安监局建设了煤矿安全监察应用系统，实现了煤矿监管监察的信息化管理[7]。通过对各个省级煤矿安全监察局的煤矿监管监察信息化建设情况进行分析，各个省级煤矿安全监察局系统都对煤矿安全监测监控数据进行了采集，采集内容基本一致，但采集方式各有不同。

1.1 煤矿安全监测监控系统联网内容

煤矿安全监测监控系统联网内容主要以煤矿安全生产在线监测联网备查系统通用技术要求和数据接入标准(试行)(安监总厅规划〔2016〕138号)以及《煤矿感知数据采集规范》(应急科信办〔2019〕3号)要求的内容为主，井工矿主要包括工业视频监控数据、安全(瓦斯抽采)监控数据、井下作业人员管理数据、重大设备监控数据、主通风机监控数据、主排水监控数据、立井提升监控数据、斜井提升监控数据、空气压缩机监控数据、绞车监控数据、矿压及冲击地压监测数据、水文地质监测数据、供电监控数据、井下运输监控数据；露天矿主要包括边坡监测数据、车辆人员位置数据、工业视频监控数据等。

1.2 联网方式分析

当前不同省份采用不同的联网方式，经过归纳整理主要分为以下3类。

1.2.1 部署前置机，分级联网

该种方式主要通过在煤矿企业部署数据采集前置终端，煤矿企业根据采集规范将监测监控数据进行转换后推送到数据采集前置终端，由前置终端将数据依次推送至县级煤矿安全监管部门→市级煤矿安全监管部门或监察分局→省级煤矿安全监管监察部门。该种方式的优点是联网工作分级负责，责任分工明确；缺点是联网层级多、运维工作繁琐、数据冗余大。

1.2.2 直接对接，分级联网

该种方式直接通过煤矿企业生产系统将监测监控数据推送至县级煤矿安全监管部门→市级煤矿安全监管部门或监察分局→省级煤矿安全监管监察部门。该种方式的优点是联网费用低，责任分工明确；缺点是数据传输稳定性差、联网层级多、运维工作繁琐、数据冗余大。

1.2.3 部署前置机，两级联网

该种方式主要通过在煤矿企业部署数据采集前置终端，煤矿企业根据采集规范将监测监控数据进行转换后推送到数据采集前置终端，由前置终端将数据直接推送到省级煤矿安全监管监察部门，各级分级调用数据。该种方式的优点是数据冗余低，一数一源，一源多用；缺点是省级煤矿安全监管监察部门系统运维压力大，权责不清晰。

2 煤矿安全监测监控数据联网采集系统设计

2.1 总体架构设计

煤矿安全监测监控数据联网采集系统总体设计采用三级联网模式，在煤矿企业部署数据采集前置机，通过数据采集系统采集煤矿安全监控、人员定位、水文监测、供电监测、冲击地压等监测监控数据，依托省级煤矿安全监管监察部门的相关基础设施通过专线/互联网/VPN传输至省级煤矿安全监管监察部门，依托国家煤矿安全监察局的基础设施，在省级煤矿安全监管监察部门部署数据采集系统，将煤矿监测监控数据上传至国家煤监局，国家煤矿安全监察局根据业务需要，开发重大风险预警、综合风险分析、事故应急支持及风险动态研判等应用系统。对于煤矿工业视频，通过在煤矿企业、省级煤矿安全监管监察部门、国家煤监局建设视频管理平台，各级视频管理平台级联对接。煤矿安全监测监控数据联网采集系统总体架构如图1所示。

图1 煤矿安全监测监控数据联网采集系统总体架构

2.2 功能设计

煤矿安全监测监控数据联网采集系统主要对煤矿监测监控数据进行采集，由于各煤矿企业及各省级煤矿安全监管监察部门建设的系统数据源不一致，因此要求支持不同类型数据库，包括Mysql、Oracle、DB2、人大金仓等关系型数据库，也要支持HBase、MongoDB等非关系型数据库，支持数据文件、Rest API、消息对接等不同的数据源。采集方式支持文件传输、消息队列、数据库接口等方式。煤矿安全监测监控数据联网采集系统功能设计如图2所示。

(1)数据采集。该模块中需要解决跨平台的问题，本文通过虚拟数据库的方式来解决跨平台多数据源的问题，通过XML中间层实现不同结构数据的统一访问和采集，进而实现数据的共享与同步，满足不同使用场景的需求。

(2)数据传输。该模块主要是将数据从下级平台向上级平台进行集中处理，需要采用加密机制进行传输，可以远距离、毫秒级进行稳定传输。

图2 煤矿安全监测监控数据联网采集系统功能设计

(3)数据缓存管理。该模块将采集到的数据保存一份到前置机的前置数据库中作为数据缓存，当数据上传过程出现问题或有数据缺失时，系统记录缺失数据的时间范围，并每天定时从缓存中查询缺失数据重新上传，数据缓存时间可以根据需要设定。

(4)数据质量管理。该模块主要包括数据质量指标、数据质量校验以及数据质量统计。数据质量指标包括但不限于数据到报率、数据未到总时间以及数据缺失时次等。这些指标的计算和统计通过配置的方式实现，并在前置系统中进行统计，每天定时通过数据采集模块将结果上传至上级系统。

(5)运行监控。该模块主要解决各级煤矿安全监管监察部门需要前置数据采集系统的运行情况，以便进行故障排查。监控的内容主要包括数据采集监控和数据传输监控。

3 应用实践

2019年，煤矿安全监测监控数据联网采集系统已在内蒙古煤矿风险监测预警系统中得到应用，已将内蒙古地区100余座煤矿监测监控数据联网采集到内蒙古煤矿安监局，并将相关数据传输至国家煤矿安全监察局。

(1)系统的应用验证了设计的可行性和可靠性。目前，内蒙古地区煤矿企业安全监控系统传输频率为20 s上传一次数据，人员定位系统30 s上传一次数据，按照一个煤矿平均300个安全监控系统传感器、200个人员定位系统基站计算，每矿每天上传26万条数据，目前每天已将100余座煤矿2600万余条数据稳定传输至内蒙古煤监局，并且每5 min从内蒙古煤监局上传至国家煤监局。

(2)系统的应用积累了丰富的实践经验，具有很好的示范作用。根据目前系统的运行情况，系统运行稳定，其成功应用为下一步开展煤矿风险研判及大数据分析提供了技术和数据支撑，为煤矿安监系统开展煤矿监测监控数据联网积累了丰富的实践经验，具有很好的示范作用。

4 结语

煤矿监测监控数据联网系统的研究与应用为下一步开展煤矿风险分析预警提供了数据和技术手段，解决了煤矿真实安全监控数据实现远程监管监察无法及时获取、事故追溯备查难、风险分析与预警防控难等问题，为最终实现风险研判智能化、监察执法精准化打下基础，对提升煤矿监管监察信息化水平、推动全国煤矿安全监管监察信息化建设具有重要意义，为最大程度地防止和减少重大安全事故的发生提供了支撑，同时为煤监系统开展监测监控系统联网建设提供了借鉴作用。