黄春华
中煤科工集团重庆研究院有限公司 重庆市 400039
摘要：安全监控系统代替传统工作中人工监管的方式，大大提高了煤矿生产安全风险的可控性。随着现代科技的发展以及煤矿安全生产需求的提高，安全监控系统智能化、创新化发展势在必行。针对目前煤矿行业信息与自动化标准缺乏、系统间孤立、信息资源不共享等现象，各种孤立的系统难以高效地发挥作用，采用物联网技术，综合煤矿井下多方面信息，构建一个关于人、环境、地理信息及调度指挥相互联系、相互互动的安全监控系统，更好地保障煤矿企业安全生产。
关键词：物联网；煤矿安全监控；信息系统
1物联网
广义上，物联网是指通过局部网络或者互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人和物体等连接起来，建立信息化、智能化的远程管理控制网络，实现人和人、物和物、人和物等之间的联系。一般情况下，物联网的结构由3层构成：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器组成，实现物体的识别和信息的采集。感知层中常见传感器包括温度传感器、二维码标签、RFID标签、读写器、摄像头、红外线和GPS等。网络层由各种网络例如互联网、广电网、云计算平台等组成，相当于物联网系统的中枢，主要用来传递和处理由感知层获取的信息。应用层是物联网系统与用户的接口，具体根据企业的需求实现不同的应用。
2基于物联网技术的煤矿安全监控系统设计
2.1系统框架设计
基于物联网的智能化安全监控系统框架分为采集层、传输层、持久层和应用层四部分。如图1所示，为基于物联网的煤矿安全智能监控系统框架。
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图1：基于物联网的煤矿安全智能监控系统框架
①采集层负责对矿下环境、设备的实时状态信息进行采集。结合矿用无线传感器，实现对异常信号位置的自动化识别。采集层中融入自我调节、自我校正技术，可有效保证传感器在井下运行的可靠性，同时还可对自身故障、异常展开自动诊断。
②传输层包括有线传输和无线传输。有线传输依靠以太网，主要用于地上数据信息的传递和通信。无线网则服务于矿下，通过ZigBee技术，实现矿下信息的精准传递。
③持久层引入云计算技术，可对采集到的各类煤矿信息进行整理、分类和分析，实现数据资源的合理化利用。持久层通过逻辑判断，将不同数据准确划分到相应的模块，以实现整个系统中各个模块之间的联动反应，提高业务部署时效性，同时节约安全监控系统的运行成本。
④应用层主要负责大数据分析、信息检测、协调控制、远程监控、专家分析、安全预警等。
2.2监控系统功能
煤矿安全监控系统可以实现多种功能，如图2所示。
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图2监控系统功能组成
①地图的控制。包括地图的放大和缩小，地图的任意移动，地图上某段距离的测量，某块面积的计算，图层的控制以及煤层的走势、煤层的厚度和断层信息等。
②可实现对矿井的全方位浏览。包括矿井工作场地、周围建筑和设施、井下巷道内部等的真实反映。
③安全管理功能。该安全生产监控系统能够实现工作现场数据的实时采集，包括各个测点的瓦斯浓度、现场风速、一氧化碳浓度、溢度、水位和负压等数据，监控系统采集到数据之后对数据进行处理和分析并在地图中实时显示，当处于危险边缘时，提前警告现场工作人员异常区域或控制监测设备的开和关，防止事故发生。
④生产管理功能。该安全监控系统通过与业务系统的数据接口，及时获取矿区内巷道掘进、机电设备、工作面推进等的运行情况，并对数据进行实时更新，真实显现变动位置情况。通过与生产自动化系统的数据接口，知晓井下生产设备例如运输、排水、压风自救、通风、采掘、抽放等的运行情况，显示各个生产环节的状态，以便生产调度进行生产指挥。通过与供电系统的数据接口，获取供电系统的运行情况，以便系统出现故障时，能及时通过控制电源来保证其他系统的安全。
⑤信息查询和记录回放等功能。该监控系统实现了各个分系统之间的关联，可随时对场景内的任意节点进行相关属性的查询。具体包括对选中对象的属性查询、通过已知属性定位对象、查询巷道内设备、监督设备更新等。
2.3系统软件设计与硬件设计
①系统软件设计
煤矿安全监控系统的软件系统需要保证各类异构信息能够在一个统一开放的平台的运行，其中各类异构信息主要包括了设备、环境、人员、管理等信息，这些异构信息能够在这个系统顺利的联通及共享，进而使得各个不同功能的软件系统有序、协调的运行。
基于物联网的智能化安全监控系统软件主要包括 Web Access、视频监控软件和 SQL Server 数据库。依托以上软件，可实现安全监控系统对煤矿生产的全过程监管，并进行风险预警、报表输出、在线监控等。无线传感器采集矿下作业信息，在监控中心对数据进行筛选、整理和分析，评估生产环境安全性，并实现数据的传输、共享和安全存储。将高清摄像与视频监控软件相结合，对采集到的视频信息进行编码、压缩和传输。视频信号被传输至监控中心后，结合安全监控需求对其进行处理、提取和分析，并结根据分析结果作出安全管理决策。
②硬件设计
以 ZigBee 技术为依托的矿用无线传感器网络硬件系统包括任务管理器、网关、数据汇集模块和采集终端四个部分。其中，采集终端涵盖负责检测各类环境安全信号的无线传感器，可对井下数据进行实时采集和传输。终端传感器的布置分为移动监测和固定监测两部分，移动监测由井下作业人员随身携带，用于采集其活动范围内的环境信号；固定监测则被分别布置在井下各个监测点位置。选用
CC2530 片上系统，该系统在运行温度要求、外观尺寸、兼容性、FLASH 大小等方面均得到明显的优化。CC2530 与单片机相结合，可编程闪存达到256B，并提供21 个GPIO 接口，形成完整的井下网络系统。数据汇集模块能够进行数据的汇总和转发，其通信模式为有线与无线相结合的方式，作为整个系统中的连接、
协调环节。
结语：
物联网技术实现了煤矿生产过程中各个物体之间的信息通信。当井下设备发生故障时，监控系统能第一时间检测出来，通知工作人员进行处理和维修。当有危险信号时，监控系统也能提前预测到，避免灾难的发生。监控系统推进了物联网技术在煤矿生产中的应用，为煤矿事故问题的解决提供了新的技术支持，同时促进了煤矿事业的发展。
参考文献：
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