基于物联网感知的煤矿安全监测数据级融合研究

摘要：煤炭是全球范围内的重要的资源，煤矿作为煤炭开采的主要生产场所其安全是非常重要的。在煤炭管理中，有较为完善的安全管理体系和安全监测体系。物联网感知技术有着高效便捷、准确率高的特点，本文在煤矿安全监测工作中引入物联网感知技术，浅要探究基于物联网感知的煤矿安全监测数据级融合对煤矿安全生产意义。

关键词：煤矿安全;安全监测;物联网感知

1煤矿安全的特点和重要性

1.1环境复杂性

不同于其他作业形式，煤矿环境是十分复杂的。煤矿内部的标高大都小于±0，内部矿洞蜿蜒复杂，根据开采进度的不同也会存在多个分区，不同分区之间相互独立互不干扰，基本每个区域的作业空间有限，出入口数量少。内部环境由于处于地下位置，内部空气稀薄，呼吸可能依赖外部氧气补充;内部无法依靠自然采光，仅能使用外部光源。在地下位置地质具有未知性，特殊情况下可能存在地下水上浮、天然气泄出、地表水流入等情况。

环境的复杂性即表示其危险源增加，安全管理难度大的特性。

1.2管理复杂性

煤矿开采工作需要较多操作工人的参与，不同工人的分工不同，所属的工作位置也不同。工人流动性大也成为了煤矿工作的特点之一。工人分散、流动性下、安全意识低这些因素加起来会造成管理的复杂性。工人可能没有固定的上下班时间，也可能有不同班次的工人交叉作业的情况，大型煤矿内可能时刻都有人。

在这种情况下，对于安全意识防范、安全教育等工作无法全面普及，甚至连具体的作业人员数量都没有一个确切的数字，当有事故发生时会造成人员情况统计困难、疏散规划困难等情况。

2物联网感知在煤矿安全监测中的应用

2.1温度、湿度感知

温度和湿度数据在煤矿安全中是比较重要的，大部分质量安全问题都能表现为温度湿度的裱花。若一封闭区域内的湿度较低且温度较高，则发生危险的可能性更大。通过温度湿度传感器的形式，能够实时不间断的采集某个区域的内的温度湿度数据，并进行自动记录。通过温度湿度的感知，能够实时监测煤矿内部各个位置的情况，对于湿度、温度的异常变化能够及时知晓并做出相应处理。

温度湿度传感器的技术目前是非常成熟的，并且精确度很高。大部分电子温度传感器的量程范围非常广泛，基本能够监测-45℃至300℃的温度变化。当煤矿环境中出现不符合常理的温度变化并通过数据处理判断数据可信之后，即可判定此区域存在隐患。

2.2位移感应器

位移传感器可应用于矿洞周围、未开采区域位置、重要监测点等，位移传感器的主要功能就是监测位移变化。矿洞的坍塌、沉降等问题均会产生位移变化，使用位移传感器是能够提前监测此类问题的。当前位移传感的精度很高，普通传感器就可以感知1mm的位移变化。在坍塌和沉降事故发生前均会产生位移，但因为矿洞环境等因素对于较小位移往往不能即使发现也很难引起重视。通过位移传感器，能够实时监测微小位移，提前发现上述问题。

在煤矿作业环境中，可能有较多的大型机械设备震动或其他因素影响，容易造成位移传感器的误报情况。对于此种问题，可采用带有震动检测和互联处理功能的传感器模块，并通过专业平台建立物联网网络，当发生位移时，通过各个传感器位置和位置的监测，在计算机软件上实时绘制震动范围及震动中心，安全管理人员可对比正在作业位置判断位移出现的原因。

2.3红外实时监控

红外监控相比与普通监控而言，能够在黑暗条件下采集图像，能够感知大致的环境温度，采集到细微位置变化，还能以延时拍摄的方式进行前后图像对比。对于一些难以察觉的裂缝、碎石数量的增加，黑暗环境下人的活动具有很大作用。

通过红外监控，可以注意远程看到每个作业位置及通道位置人的情况，是否安全开采，是否有危险情况等。可以做到安全监控，有安全隐患时可以实时观察撤离情况和处理情况。也可将红外采集到的图像通过计算机软件结合AI处理技术进行人员数量统计，能够实时统计出各个作业区域的人员数量情况，进出工作区域的情况。采集到的图像也可用于工人安全教育的影像资料，在办公室即可看到开采现场的真实信息，对于危险操作、错误操作等行为及时发现和制止，减少安全问题的发生。

2.4 RFID打卡点

对于安全管理而言，进行巡检是一个十分重要的工作，实际巡检工作中，可能存在形式化严重，侥幸心理强的特点。通过设置RFID打卡点即可避免此种现象。在需要检查的位置设置RFID打卡点，管理人员进行安全检查时在打卡点进行打卡，RFID将数据汇总回传。这种即可知晓每个检查点是否被检查到，检查时间、检查人员等信息也能一并呈现。相比于纸质检查表、拍照打卡等形式，RFID打卡具有真实可靠的特点，无法提前检查或进行虚假打卡，大大提高安全性。

3物联网感知数据级融合研究

3.1數据的可信性探究

数据的来源是各种终端采集设备，数据传输主要通过无线电波的形式，数据处理依靠计算机软件，要想提高数据的可信性，就要确保采集、传输、处理的过程准确无误。对于采集阶段，需选用合格的终端设备，并在投入使用之前进行测试和调整;传输过程尽量使用专用频段网络，并采取动态网络切换的形式，也要注意所用频段的抗干扰性能和穿墙性能，避免和民用网络共用;数据处理所使用的计算机软件要与硬件设施配套，并将数据处理工作交由专人完成。

通过对数据采集、传输、处理多个阶段的合理管理，确保采集到的数据为真实数据并能够准确传输至处理终端，在处理终端经由专业软件由具有资质的技术人员进行数据分析和出具报告。

3.2数据误差处理

数据采集的过程中会因种种原因产生误差，如设备精度、环境干扰、数据级处理方式等。在安全数据监测的过程中要注意对误差的正确处理。对于数据精度误差，若在允许范围内可不用处理，但要定期对设备的精确度进行检查，当误差超过允许值时需注意进行校准或更换。在采集设备附近应尽量避免有可能影响采集结果的因素出现，如高热环境、强磁场等，如遇不可避免的不利环境，可采取具有抗干扰功能的设备消除环境影响。在数据处理阶段，尽量使用计算机进行数据的高精度处理，避免四舍五入、向下取整、舍弃尾数等计算习惯，也可提前约定数据处理习惯，保持尺度统一。当一数据进行多次处理时若经过太多的数据优化，可能会对最终结果产生较大影响，无法反应真实数据。

3.3多数据论证机制

采集准确度和误差都是难以避免的情况，即使加强相应措施和管理，也是有可能出现的。若因为设备问题或误差问题采集到了错误的数据，且在处理过程中没有进行剔除，可能会导致结果误判的情况出现。针对这种问题，可采取多数据论证的机制，在重要控制点选择性的加装设备，新加装设备不与原有设备共用传输通道，处理方式和处理人员也与原数据处理不同，当原数据采集处理完成后，可使用新数据进行复验，若两组数据的结果大致相同，则可判断数据可信。

多数据论证的数据来源也可是不同设备，如对于同一位置，位移传感器显示其具有较大的位移发生，但通过红外监控和图像对比其并没有类似问题发生，则优先考虑是设备故障所致。对重要控制点或薄弱位置可采取更多组数据同时采集处理的方式，监测到的安全数据可信度更高，更符合现场真实情况。

4结语

在煤矿生产工作中，安全是首要控制项目。煤矿因环境复杂、人员管理困难、可变因素等多种特点，在进行安全管理工作时难度较大。物联网感知技术与传统安全管理模式相结合，能够减少安全管理人员的工作量，提高工作效率，同时准确性更高。通过对物联网感知数据进行融合研究，也能使数据更加可信，数据处理更为高效。通过物联网感知与煤矿安全监测结合的模式，对完善煤矿安全管理体系有着重要作用。

参考文献：

[1]基于物联网的煤矿综合自动化系统设计[J].钱建生，马姗姗，孙彦景.煤炭科学技术.2011（02）

[2]基于航迹隶属度的分布式系统数据融合算法[J].冉金和，张玉.信号处理.2011（02）

作者简介：

刘建（1990.11-）男，籍贯河南永城，本科学历。