基于智慧云的调度指挥管控服务平台的技术研究

王曙东

（徐州科瑞矿业科技有限公司，江苏 徐州 221008）

1 研究背景、现状及意义

1.1 研究背景

智慧化调度指挥已经成为煤炭行业发展的一大趋势，促使数字矿井的概念应运而生。数字化有助于提高指挥调度的水平，但煤矿环境复杂，调度软件模型复杂多变。滑动视频样例的训练过程容易因局部极小值而影响训练过程，以偏概全，得不到全局最优解。此外，训练过程中计算量大、训练次数多、学习效率低以及收敛速度慢。随着煤矿企业数字化的不断推进，人脸识别和行为识别检测等在煤矿指挥调度上获得发展[1]。

1.2 研究现状

将智慧云运用在煤矿企业中，使得平台中的软件能及时调用设备和进行指挥管控，保障了矿井的安全生产。智慧云项目是将软件与硬件相结合，达到了统一接口规范、信息化系统联动以及数据共享的目的。

1.3 研究意义

智慧云调度指挥管理服务平台包括自动监控、报警以及远程监控设备状况等功能，能够帮助企业更好地观察设备数据和监控各区域情况，保障矿井安全生产。矿井的各个区域有不同的设备处理不同的工作。远程监控和报警功能能够实时查看矿井的运转情况，减轻了企业压力[2-4]。

2 需求分析与研究内容

智慧云调度指挥管控服务平台（以下简称智慧云平台）是为煤矿企业安全生产和高效管理而打造的管理服务平台。融合安防和智能化的前沿技术以及专业经验，集视频、门禁、可视对讲、融合通信、动力环境、安全管控、作业管控、智能巡检以及辅助决策等多个业务子系统为一体，是一款高效、开放以及灵活的平台软件产品，可为客户提供设备安全、环境安全、生产安全以及作业安全的综合智能解决方案。通过对传统调度指挥管控服务平台的研究和对目前技术的了解，根据煤矿的现状详细设计智慧云平台的总体框架，构建智慧云平台的功能模型。

3 智慧云平台总体设计

3.1 智慧云平台的模块组成

智慧云平台由智慧云监测预警子系统整合和统一管理采集的告警信息，通过视频监控和通信等功能与之融合，实现告警信息联动展现、通信互联以及协同显示3大功能，满足预警监测、快速处置以及协同作战等安全管控业务需求，优化业务流程[5,6]。智慧云平台功能模块如图1所示，根据功能将用户设置为超级管理员、管理员、操作员以及移动用户4类角色。功能分为基础功能、人脸识别、报警、知识图谱、可视化对讲等。

图1 智慧云平台功能模块

3.2 总体架构

设计与开发智慧云平台，确定系统的框架结构。根据实际应用，平台主要实施应用软件、调度指挥平台服务以及基础设施3方面内容。

3.2.1 智慧云平台基础设施

建设智慧云平台基础设施的过程中，基于本地云计算中心的相关基础设施以及其对应的相关技术，建设对应的智慧云调度管控服务云计算基础。根据实际需要布置相关的设备和数据，包括系统操作控制软件、煤矿信息数据库、网络环境以及运行环境，为客户提供先进的云服务系统。利用虚拟技术建设相关的调度网络，实施有效管理，有助于降低系统的整体运行成本，提高运行效率和质量[7]。

3.2.2 调度指挥管控平台服务

建设云资源管理平台，有利于实现智慧云调度指挥管控服务的实践效果。利用对数据的搜索和访问、对系统元数据的管理和维护、对引擎的有效维护以及对医疗服务界面的开发和维护等，为用户提供对用户权限的管理、对系统整体运营的管理等支持。利用智慧云平台建设为客户提供智能化服务的信息平台，实现各种煤炭资源的有效整合和优化配置，设计最佳的资源调度方案。

3.2.3 应用软件

智慧云平台框架如图2所示。智慧云平台采用人工智能S-T视频分析技术和云计算技术，构建煤矿井下智慧云数据联动分析框架，实现煤矿井下人员、设备以及环境数据的互联互通，抑制信息孤岛现象，创造一个适合未来智能化煤矿发展的服务平台。总体框架自上而下分为设备接入层、数据交互层、基础支撑层、基础应用层、应用服务层以及业务表现层6层。业务表现层包含浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）客户端、客户机/服务器（Client/Server，C/S）客户端、App移动端以及小程序等，可满足用户不同应用场景的需求。

图2 智慧云平台框架

4 智慧云平台特点、创新点及应用前景

4.1 智慧云平台特点

智慧云平台是以信息化、数字化、网络化以及智能化为建设核心，基于智能物联的综合业务管理平台软件，具备强大的后台服务能力，具有接口规范、多信息化系统联动、高度的数据共享以及可最大限度交互等优势，满足客户不同应用端的使用需求。

4.2 智慧云平台创新点

4.2.1 网络模型

采用FcaNet频率通道注意力网络和YOLOv5网络模型，在YOLOv5的基础上构建煤矿井下人脸应用边缘处理模型Fca_YOLO。通过构建包含隐含层的神经网络模型，以更少的单层参数与更深的网络结构，实现煤矿井下人脸识别、布控、以图搜图以及人体车体特征等应用，确保高准确率和高效率。

4.2.2 轻量级工作流设计思想

“可视化界面”即定义排查工作流程界面，根据要求将其转变成机构模型和信息模型中所阐释的关系模型结构，建立完备的工作流引擎的数据模型。工作流引擎应用框架如图3所示。

图3 工作流引擎应用框架

4.3 系统应用前景

传统的调度指挥管控服务平台在建设理念、系统架构以及业务功能扩展等方面存在诸多弊端。该项目对煤矿的调度指挥管控服务平台重新进行思考和定位，打造智慧云平台，解决了目前煤矿运营时效性低下、生产过程中应对紧急情况的掌控力弱以及无法及时响应井下突发事件的情况，全面提升了应用系统的使用效率与体验。

5 结 论

随着社会的不断发展，我国的煤矿企业不断壮大。构建一个行之有效的智慧云平台十分必要，契合了一个企业不断向信息化转变的需要，逐步完善了企业在新发展形势下的管理制度。为应对煤矿企业对智慧云调度系统的需求，智慧云调度平台需具备以下功能。

第一，智慧云调度平台能够帮助业务人员快速、直观、全局地掌握厂区的安全状况。

第二，构建智慧云调度平台，可实现安全管控、安全监测、人员定位、知识图谱、实时预览、动环监测、门禁业务、人脸应用、可视对讲、作业管控、智能巡检以及辅助决策等功能。

第三，较为全面地明确智慧云调度平台实现的具体功能模块、各分支模块以及平台的性能需求，提高安全管控各环节的沟通效率，降低由于通信不畅和层级烦琐造成的损失。

第四，智慧云调度平台在人脸识别系统部分重点阐述了人脸识别的工作流程、人脸识别算法、基于FcaNet频率通道注意力网络和YOLOv5网络模型，实现了煤矿井下人脸识别、布控、以图搜图等应用。