矿井安全监控系统融合平台设计研究

张 磊

（山西兰花科技创业股份有限公司唐安煤矿分公司，山西 高平048400）

0 引 言

近年来煤矿安全越来越受到社会各界关注，从近年来的报道可以发现我国煤矿行业还是经常出现各类安全事故，对煤矿井下人员的安全构成了严重威胁，也不利于煤矿行业的可持续发展[1,2]。与其它行业相比较而言，煤矿行业生产作业环境相对比较复杂，迫切需要智能化安全监控系统来保证生产作业安全[3]。当前阶段，人员定位系统、智能化安全监控系统都是煤矿行业必须配备的系统，这些系统的运行在保障人员安全方面发挥着积极作用[4]。但是，这些系统都使用不同的标准，各个系统相互独立，数据信息无法实现共享，无法在最大限度上发挥各个系统平台的功效[5,6]。基于此，本文在综合考虑煤矿行业各种实际信息需求的基础上，结合先进的技术搭建人-机-物于一体的系统融合平台。详细介绍了系统的结构模式及具体功能设计。本研究对于保障矿井人员安全有着非常重要的现实意义。

1 矿井安全监控系统融合平台涉及主要内容

矿井安全监控系统融合平台目的在于将矿井已经建设完成的多种安全监控系统，如人员定位系统、电网安全监控系统、设备远程控制系统等，进行有效融合形成一个融合平台。将不同安全监测系统进行连通，突破不同系统平台之间的信息孤岛问题，实现不同系统之间的联动。

1）矿井多系统多网络融合。不同系统在信息传输方面有不同的标准体系，需要制定规范化的标准体系进行数据传输，确保系统通信接口能支持多种传输协议。实现矿井电力监控、人员定位、设备检测、安全监控等数据信息的标准化传输，打通数据共享渠道。

2）地面多系统数据融合。打通不同安全监控系统数据传输问题后，需要将安全监控数据信息存储在数据库中，搭建多系统融合平台。系统软件和操作人员可实时调取数据库中的信息进行显示，以达到监控矿井安全的目的。将矿井所有的安全数据信息存储在统一的数据库中，以便后续查询和使用。

3）安全监控系统与GIS融合。将先进的Web矢量图形与GIS技术进行有效融合，再结合电子矿图，可以综合展示整个矿山的实际情况，为矿井的安全监控提供坚实的基础。

4）系统融合综合数据分析。将煤矿现有的各类安全监控系统全部接入融合平台，平台可对所有的数据信息进行综合分析和运用，充分发挥各监控系统的优势，完成单个系统无法完成的任务。

5）应急联动。对于一些紧急情况，如突发性停电、瓦斯超限等需要立即将矿井所有人员全部撤出。此时，可利用系统融合平台应急联动功能，利用人员定位系统、通信系统和广播系统等，在第一时间将人员全部撤出。

2 矿井安全监控系统融合平台实现方案

2.1 融合平台总体架构

如图1所示为矿井安全监控系统融合平台总体架构。融合平台由多个不同模块构成，主要包括数据信息采集与存储、数据信息分析与展示、系统联动等。通过数据采集模块可对矿井所有与安全相关的监测系统的数据信息进行采集，比如人员定位系统、设备监测系统等。数据中心模块主要是对获得的数据信息进行分析处理，将处理结果进行存储和对外公布。数据分析与展示模块主要是对数据信息进行图形化展示，以方便操作人员查看，操作人员可通过该模块查询历史数据。联动模块可实现应急联动和数据展示联动，当矿井出现各类突发情况时，可实时展示故障问题所在区域的实时情况，包括数据信息、视频信息等。当需要紧急撤离矿井人员时，基于联动模块可以利用通信系统、广播系统组织撤离人员。

2.2 融合平台的数据采集及综合分析

如图2所示为矿井安全监控系统融合平台数据采集过程，系统基于综合自动化系统数据集成方案实现数据信息的采集，利用测点定义文件对不同测点的数据信息进行实时更新。每个测点定义文件由各子系统自行提供，将子系统运行过程中产生的数据更新到文件中，需要更新的数据信息包括正常运行数据、故障数据、报警数据、数据处理结果等。这些数据信息通过专门的程序储存到数据库中。将多个子系统的数据信息进行收集后，还需要搭建专门的数据分析模型对数据进行综合分析，通过模型对矿井安全状态进行实时评估，评估结果以多种形式展示，如不同颜色对应不同等级的安全状态，以警示矿井工作人员，避免发生安全事故。

2.3 安全监控系统与GIS融合

GIS可以为矿井安全监控管理提供空间坐标定位支持，可提升设备管理、数据联动等多个层面的管理水平，使得安全监控系统变得更加可靠。利用GIS图形软件实现两者的融合，如图3所示为图形软件的结构框图。

图3 GIS图形软件结构框图

通过图形编辑模块可将外部电子矿图导入到软件中进行使用，还可对不同层别的图形进行分层显示，避免图形丢失。可将各种对象配置在图形中，比如机电设备在图形中的位置、不同部位安装的传感器等，且这些对象与对应子系统中的对象进行绑定，两者之间可实现数据信息的实时更新。图形展示模块可对图形进行放大和缩小、根据需要制作图形动画、右键菜单等。图形驱动模块可按照不同子系统的功能自动生成测点对象定义文件，同时提供各类数据接口，图形展示模块可通过这些接口调取文件内的数据信息，包括实时数据和历史数据。可以根据实际需要，对GIS图形软件进行二次开发，拓展其功能。

2.4 各子安全监控系统之间的联动

当采煤区现场出现机械设备故障问题时，可将安全监控系统与工业视频系统进行联动，在视频系统中实时显示故障问题区域的画面，实现故障问题的远程监控。当平台检测发现存在矿井电力安全隐患，需要切断某块区域的供电线路进行检修时。平台可以及时向电力监控系统下发提示信息，操作人员根据提示信息完成对应的操作。另外，对停电可能造成影响的区域也会下发断电提示，提醒各方人员做好准备工作。当平台检测发现矿井某块区域存在严重安全隐患时，可通过应急联动系统警示该区域内所有人员紧急撤离，并告知撤离路线、附近保存的各种应急救援物资、设备运行情况等。同时还可通过工业视频系统实时显示此区域的现场情况，通过广播系统和人员定位系统提醒该区域人员及时撤离。

3 矿井安全监测系统融合平台具备的功能

1）子系统数据信息采集功能。利用标准化的数据接口对矿井内所有安全监控子系统的数据信息进行采集，确保数据信息采集的准确性和可靠性，将采集到的数据信息存储到数据库中。

2）数据信息的实时显示功能。融合平台对采集得到的数据信息进行整理分类、等级划分，筛选出有用的数据信息并在监控屏幕中实时显示。

3）分析历史曲线功能。对于不同测点的历史数据信息可以将它们放在一个坐标系内进行比较分析，还可以根据实际需要自由定义曲线纵坐标刻度。

4）历史数据查询与分析功能。数据信息采集后存储在数据库中，当需要对历史数据信息进行分析时，可通过程序调取数据库中的历史数据信息，包括状态数据、设备运行数据、报警数据、故障数据等。

5）图形显示功能。基于电子矿图，可在图形中实时显示不同位置的状态数据，且可直接在图形中查询相关设备的故障信息等数据。

6）应急联动功能。可将不同安全监控子系统进行联动，比如遇到突发断电、瓦斯超限等紧急情况时，可以将人员定位系统、通信系统、广播系统等进行联动，通知人员尽快撤离出相关区域。

7）安全等级评估功能。通过模型评估不同区域的安全等级，以图形形式显示不同区域的安全等级情况，不同等级以不同颜色展示。一旦融合平台提示某块区域存在安全隐患，可通过监控画面直接展示潜在的安全隐患具体情况。

4 结论

为了保证矿井人员安全，煤矿企业建设了大量的矿用安全监测系统。但这些系统之间由于建设标准不统一，使得它们之间的数据无法实现共享。基于此，本文构建了标准化的安全监控系统融合平台，通过该平台可采集不同安全监控子系统的数据信息，并加以综合分析利用，实现了不同安全监控系统之间的互联互通。