基于5G的矿山安全生产监管信息化平台建设

2021-01-24张会振

世界有色金属 2020年21期

张会振

（神华和利时信息技术有限公司，北京 100089）

矿产资源行业生产高危性质已众所周知，随着国家加大对矿山安全建设的管控力度，矿业公司的生产监管模式,转变为精细化生产过程安全监管。在当前这个信息化时代，矿山安全生产监管平台已经向信息化平台发展，但由于科学技术和网络的不够发达，导致现有矿山安全生产监管信息化平台的建设始终不能实现最优化[1]。随着5G网络技术的提出和投入试用，为矿山安全生产监管信息化平台建设提供了完善与优化的新思路。本文以5G先进高频段通信技术为切入点，建立一套集实时监控监管，采集和存储监测数据，并快速处理和消化信息，分析解决日常监管问题的高性能优质信息化平台。提高矿山安全生产监管信息化平台的性能，为矿山安全生产增添技术保障，为我国矿山安全建设工作的顺利开展提供助力。

1 基于5G的矿山安全生产监管信息化平台设计

1.1 引入5G高频段通信技术

在现有网络基站基础上，矿山安全生产监管信息化平台引入5G高频段通信技术，实现安全监管信息化平台的高速率数据传输[2]。设定监管信息化平台以6GHZ以上的超高频和30GHZ～60GHZ的极高频实施信息传输，规避用户峰值速率减速过程，最小上传数率可达到数10Gbps/s。对端到端时延数据进行技术弥补，设置最小延时标准在ms级范围，选用最新网络拓扑结构，密集部署在矿山监管区平台，建立穿透力极强的高频波，穿越矿区障碍，以此组合成信息传输媒介，降低通信网络损耗率。是平台各个客户端基于5G网络，实现端到端时延达到ms级，通过技术弥补，采用新的网络拓扑，在矿山密集部署，提升网络高频波在建筑物和障碍物中，信息传输穿透力。当数据信息进行端对端的传输时，将平台连接5G网络，可提供上传速率在10Gbps/s～20Gbps/s之间的信息传输，矿山通信网络损耗度在2%左右，实现低损耗率信息传输，进行监管信息平台网络配备。

1.2 监管信息化平台结构分层

以上述文章中5G高频段通信技术为支撑，通过需求分析得到规划设计原则，按照上述功能模块逻辑架构对平台各层结构实施划分。功能模块中蕴含5G高频段通信智能DNS功能，高频段通信特征存在的独立开发性、高集成性，决定了现有结构为独立划分结构，外网环境的介入为了能够区分现有网络与5G高频段通信的通信编码，避免不同访问出现混乱情况。监管信息化平台的智能DNS功能根据访问的源端IP，配合5G访问的域名，将请求解析发送给需要访问的环境中，以此形成独立的结构分层。

1.3 数据应用管理器设计

基于上述设计的WEB数据获取流程，对监管点基础信息配置数据库结构进行设计。设置安全监控基础信息配置数据库，定义系统提取的各类解除信息，建立监测平台主数据存储的标准管理；设置基础表，记录所属矿山的基础信息的版本信息表，协议规范，和联网传输配置的计算机配置表，实现对数据字典和联网规范，相关详细节点配置进行数据管理。其次，设计数据应用管理器，选用字段冗余处理方式，以NETERROR设置传输网络故障记录表，以SQLServer为存储管理介质，利用对数据库的分区管理方式，管理对数据进行功能模块分区，实现数据应用管理器的设计。

1.4 实现监管信息数据管理

利用WEB数据获取流程，获取并解析采集数据，实现用户直观了解，安全监测点监管信息管理模式。采用分布式，及异地布局方式采集相关数据，在各节点分别部署，相应的数据采集软件，利用各子单位的数据采集功能，同时在总部部署数据收集单元，将各子节点数据进行汇总，联网平台采用SOA构架，和插件化程序，两相结合的方式，运用综合数据解析，分解各业务管理层级的管理流程，实现各种开关量，模拟量的图形与数据，最后基于数字表格的屏幕显示，最终，实现平台监管信息，从获取到处理的综合管理。

2 矿山安全生产监管信息化平台性能验证

测试的目标是验证所建设的信息化平台是否能够达到使用性能方面的要求，主要参考上述提及的性能指标对应进行模拟测试。将信息平台的性能测试，选择在最接近生产环境的仿真环境进行，挑选了上线运行的一个矿山安全生产监管信息系统进行测试。对于一个监管信息平台，矿山安全生产监管人员，会在一天中不同时间段，对业务系统的使用频率呈现变化，对应的系统繁忙程度随之转换。综合考虑业务功能的访问及使用情况，选取最高峰情况下的测试点。应该选取使用频率高、对服务器资源占用大、可能对服务器造成压力的功能模块或功能点作为测试点。使用相关的测试工具，通过创建若干虚拟用户，对系统进行大用户量的并发操作，模拟出业务系统最频繁、承载压力最大的场景，在该场景下对监管信息平台的各项功能模块进行测试，通过收集功能及页面的响应时间，分析并判断各功能和页面是否能够满足性能的要求。

2.1 实验准备

由于矿山安全生产监管信息化平台，涉猎的相关应用及通信数据较为复杂和庞大，所以在平台测试阶段，需要进行一些功能模块数据设置，并生成量化逻辑运算数据供测试使用。

本次性能测试的数据准备表如表1所示，数据量为5万个平台监管信息文件，其中采集文本，传输缓存，功能运行管理的数据量占55%，其他功能模块的文件占比为45%，基础数据文件带有监管处置附件的占比75%。测试数据是通过监管平台智能系统写入数据库。测试范围分布为在10个安全生产部门，500个新增虚拟用户。验证场景分为单监管场景压力测试，混合监管场景压力测试，疲劳监管场景压力测试，对本文建设的基于5G的矿山监管信息平台和普通矿山监管信息平台服务器的监控数据进行测试。下面对最具代表性，可说明平台使用性能的疲劳测试结果进行分析。

表1 实验准备数据表

2.2 实验结果分析

将监管信息平台WEB服务器监测数据得到的,普通矿山监管信息平台服务器的监控数据，与基于5G的矿山监管信息平台服务器的监控数据，综合建立对比柱状图进行数据分析，如图1图2所示。

图1 上传响应耗时对比图

图2 下载响应耗时对比图

从图1和图2中可以看到，普通和5G矿山监管信息平台服务器的监控数据。

在同样疲劳运行情况下，二者的上传响应耗时数据如下。普通矿山监管信息平台服务器的监控数据，在上传响应最小耗时为118ms，最大响应耗时为180ms，响应平均耗时数为150ms。而基于5G的矿山监管信息平台服务器的监控数据显示，其上传响应最小耗时为60ms，最大响应耗时为93ms，响应平均耗时数为75ms。

二者的下载响应耗时数据为，普通矿山监管信息平台服务器，在下载响应最小耗时为31ms，最大响应耗时为119ms，响应平均耗时数为70ms。而基于5G的矿山监管信息平台服务器的监控数据显示，其下载响应最小耗时为16ms，最大响应耗时为60ms，响应平均耗时数为35ms。

基于5G的矿山监管信息平台服务器的各项响应时间，要比普通矿山监管信息平台服务器的响应时间短，而且呈现出近乎50%的时间差，其性能完全可以满足后续平台运行需要，且优于没有5G高频技术的普通矿山监管信息平台。