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摘要：采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)，將煤礦數(shù)據(jù)進行采集、存儲和治理，并以三維礦山模型為基礎，以GIS一張圖形式進行集中展示，實現(xiàn)了煤礦智能安全基礎數(shù)據(jù)、綜合決策數(shù)據(jù)、安全態(tài)勢的綜合查看。

關(guān)鍵詞：煤礦；智能安全；一張圖；信息化

1引言

近年來，國家有關(guān)部門下發(fā)了多個文件，要求運用新一代信息技術(shù)，建設煤礦安全風險監(jiān)測預警系統(tǒng)，評估煤礦安全風險態(tài)勢，提高監(jiān)察監(jiān)管水平。到2035年各類煤礦需要實現(xiàn)智能化，并通過一張圖對智能安全管理信息進行展示。根據(jù)相關(guān)要求，目前煤礦智能安全一張圖建設已經(jīng)取得了一定的成果，王勇[1]（2019）提出了一張圖融合設計方案，介紹了平臺架構(gòu)及設計模式。黎佩東[2]（2020）等提出了開源組件的礦井GIS一張圖設計，實現(xiàn)了礦井空間位置及設備數(shù)據(jù)的綜合展示。各學者們對智能安全一張圖進行了一系列的研究，但是大部分集中在架構(gòu)設計、大數(shù)據(jù)分析及建模等方面，對于智能安全一張圖的具體展示內(nèi)容方面研究較少。本文針對當前研究的現(xiàn)狀和問題，主要闡述智能安全GIS平臺的各圖層展示內(nèi)容及邏輯。

2概述

2.1智能安全定義

將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動控制、移動互聯(lián)網(wǎng)、智能裝備等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與煤礦不同區(qū)域、不同專業(yè)、不同災害的人、機、環(huán)、管數(shù)據(jù)進行深度融合，形成全面自主感知、實時高效互聯(lián)、智能分析決策、自主學習、動態(tài)預測預警、精準協(xié)同控制的煤礦智能安全系統(tǒng)，通過對礦井安全風險分級管控、隱患排查閉環(huán)管理、安全生產(chǎn)標準化、人員管理、培訓考試、職業(yè)健康等工作智能管控與預警，實現(xiàn)礦井本質(zhì)安全、智能運行。

2.2一張圖信息化展示

煤礦智能安全一張圖信息化建設的核心是數(shù)字化，在此基礎上采用先進技術(shù)對數(shù)據(jù)進行深度加工提煉，通過結(jié)合各種預警模型，對礦山安全態(tài)勢進行智能預警，達到礦山安全智能化管理的目的。一張圖信息化展示內(nèi)容分為三個層次，包括礦井三維建模數(shù)據(jù)、安全生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)、預警決策數(shù)據(jù)。（1）礦井三維建模數(shù)據(jù)礦井三維建模是將井下三維坐標等地理信息數(shù)據(jù)進行集成，構(gòu)建礦山信息模型。三維GIS平臺可根據(jù)周邊宏觀地理信息，提供空間查詢及空間分析功能，在此基礎上，結(jié)合BIM技術(shù)，構(gòu)成礦山MIM平臺。MIM注重微觀領域中建筑內(nèi)部的設計實現(xiàn)，可將井巷工程的物理特性用數(shù)字表達，可基于三維GIS進行輔助設計。（2）安全監(jiān)測數(shù)據(jù)在礦山三維建模的基礎上，采集各項安全監(jiān)測數(shù)據(jù)信息并通過一張圖進行集中展示，主要包括安全監(jiān)測信息、人員定位信息、工業(yè)視頻信息、產(chǎn)量監(jiān)測信息、重大設備信息等。（3）預警決策數(shù)據(jù)一張圖展示的預警決策數(shù)據(jù)是對三維礦山模型的固有信息與數(shù)據(jù)采集的信息進行融合分析，科學提取加工數(shù)據(jù)，借助預警體系和智能安全分析模型，對礦井安全態(tài)勢進行評估，并將評估結(jié)果展示在一張圖上。

3架構(gòu)設計

3.1數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要包括兩個方面：實時動態(tài)數(shù)據(jù)和非實時靜態(tài)數(shù)據(jù)。實時動態(tài)數(shù)據(jù)是指井下環(huán)境參數(shù)、設備狀態(tài)和人員位置等的動態(tài)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場環(huán)境參數(shù)是指粉塵濃度、瓦斯?jié)舛?、溫度、風速、礦壓、水位等；設備狀態(tài)是指大型設備，如通風機、壓風機、供電設備、水泵等的工作狀態(tài)；人員位置是指下井人員及所在位置。非實時靜態(tài)數(shù)據(jù)是指實體對象的地理位置信息，通過采集這些坐標數(shù)據(jù)構(gòu)建井下三維模型，實體對象分為井上和井下部分。井上包括工業(yè)廣場、道路、地形、辦公樓、變電站、瓦斯抽放站、機房等樓宇建筑；井下包括井巷、工作面、硐室、大型設備、傳感器、攝像頭等。

3.2數(shù)據(jù)存儲層

采用flume等方式對數(shù)據(jù)進行采集，采集完成后需要對數(shù)據(jù)進行存儲。經(jīng)過技術(shù)選型，選擇kafka作為數(shù)據(jù)存儲的工具。kafka是高吞吐量的分布式訂閱消息系統(tǒng)，可通過Hadoop來處理日志和日志聚合，可支持每秒數(shù)百萬的消費，能夠保持長時間的穩(wěn)定性能，支持并行數(shù)據(jù)加載，經(jīng)過數(shù)據(jù)解析后推送至后臺服務，同時實時推送至前端界面。數(shù)據(jù)存儲在postgres關(guān)系型數(shù)據(jù)庫里，包括gis數(shù)據(jù)庫、時序數(shù)據(jù)庫、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫三種。

3.3數(shù)據(jù)分析層

數(shù)據(jù)分析層主要包括數(shù)據(jù)AI分析及平臺服務兩部分。AI分析主要是通過算法配置、模型訓練、模型運行來對數(shù)據(jù)進行綜合分析；平臺服務主要包括基礎設施服務、應用治理服務、數(shù)據(jù)治理服務、服務治理等方面，融合各種預警模型，對數(shù)據(jù)進行綜合決策分析。

3.4數(shù)據(jù)展示層

數(shù)據(jù)展示層是將基礎數(shù)據(jù)和決策數(shù)據(jù)展示在三維GIS上。礦井三維建模展示井下各生產(chǎn)系統(tǒng)、巷道、硐室等三維模型，并將各傳感器、重大設備、定位分站等設備標注在GIS圖上，展示實時數(shù)據(jù)，并將預警決策結(jié)果數(shù)據(jù)信息展示在風險點上。

4展示內(nèi)容

4.1雙重預防一張圖

雙重預防一張圖是以三維礦井模型為基礎，將煤礦雙重預防信息集成到統(tǒng)一平臺進行展示，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，主要展示風險點信息、風險分級管控、隱患排查治理、三違管理、事故管理等方面。風險點信息主要展示風險點的分布、風險與隱患圖標、風險四色圖等；風險分級管控主要展示統(tǒng)計信息（本日新增、本日受控、失控風險）、圖表信息（各級風險數(shù)量占比、各地點風險數(shù)量、各專業(yè)風險數(shù)量）、風險列表（各級風險列表信息、各級風險詳細信息）、圖標信息（重大風險信息卡、較大風險信息卡）等；隱患排查主要展示當前重大隱患和A級隱患數(shù)量、各流程隱患數(shù)量（待下達、待接收、待整改、待復查、待銷號）、各級隱患占比、各地點隱患數(shù)量、各專業(yè)隱患數(shù)量、隱患詳細信息、重大隱患信息卡等；三違信息主要展示本日新增、昨日新增、當前統(tǒng)計、三違占比、三違信息卡等；事故管理主要展示事故數(shù)量、事故占比、事故詳細信息等。

4.2安全生產(chǎn)系統(tǒng)一張圖

主要展示生產(chǎn)系統(tǒng)一張圖，包括通風系統(tǒng)、壓風系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、抽采系統(tǒng)等十幾個系統(tǒng)信息，展示內(nèi)容包括生產(chǎn)系統(tǒng)整體圖、重大設備基本信息、設備運行數(shù)據(jù)信息、異常狀態(tài)等，可直觀查看設備的工況信息、報警信息、工況分析、運行日志等。

4.3各專題系統(tǒng)一張圖

各專題主要展示的是人員定位專題、產(chǎn)量專題、工業(yè)視頻專題、傳感器監(jiān)測信息等。監(jiān)測傳感器展示的是傳感器的實時信息、統(tǒng)計信息和報警信息，包括基本信息、參量信息、量程變動折線圖、斷電等傳感器異常信息、傳感器數(shù)量占比、圖標及信息卡等；人員定位展示的是人員的精確位置、區(qū)域定位基站實時信息、帶班領導、井下人數(shù)變動折線圖、異常報警類型及明細等；產(chǎn)量信息展示日月年產(chǎn)量及產(chǎn)能比、超產(chǎn)信息等；工業(yè)視頻展示視頻列表、視頻查看、視頻回放、視頻違規(guī)處理、視頻統(tǒng)計等信息；水文監(jiān)測展示礦井降雨量、涌水量、排水量、水文點監(jiān)測信息等；應急管理展示應急預案信息、演練信息、物資信息、專家信息、救援隊信息等。

4.4災害預警一張圖

災害預警系統(tǒng)主要是展示煤礦六大災害系統(tǒng)數(shù)據(jù)及預警結(jié)果數(shù)據(jù)，包括水災、火災、瓦斯、沖擊地壓、頂板監(jiān)測、粉塵，展示的是各災害的統(tǒng)計信息、列表信息、各工作面信息。瓦斯防治展示瓦斯的抽采量、剩余含量、瓦斯?jié)舛茸兓劬€圖等；頂板監(jiān)測展示各種壓力傳感器基本信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖表統(tǒng)計信息及圖標等；沖擊地壓展示應力云圖、應力值、微震信息、進尺信息等。

4.5其他信息一張圖

對于煤礦各項人機環(huán)管報警數(shù)據(jù)在一張圖進行直觀展示。人員報警包括超時、超員、求救報警、進入限制區(qū)域等；設備報警指的是各重大設備的報警信息；環(huán)境報警指的是傳感器斷電、斷線、超量程、調(diào)校、故障等報警信息；管理報警指的是人員違規(guī)操作、不安全行為監(jiān)測、皮帶異物等異常信息的監(jiān)測報警。另外，對于重點關(guān)注的信息也可以在重點關(guān)注信息一張表進行查看。

4.6安全態(tài)勢分析一張圖

在上述各系統(tǒng)一張圖的基礎上，應用模型算法，構(gòu)建安全態(tài)勢綜合分析一張圖，包括礦井、生產(chǎn)系統(tǒng)、區(qū)域等各層級風險得分、風險等級、風險列表等。礦井整體、各生產(chǎn)系統(tǒng)安全態(tài)勢重點展示得分、等級、重大風險列表及詳情，區(qū)域安全態(tài)勢展示區(qū)域得分、等級、區(qū)域統(tǒng)計信息（區(qū)域人數(shù)、傳感器數(shù)量、攝像頭數(shù)量、風險隱患數(shù)量、進尺信息、瓦斯防突信息等）、報警列表信息（報警時間、報警地點、報警類型）等。

5結(jié)論

本文總結(jié)了煤礦智能安全的內(nèi)容，在礦山三維建模的基礎上，借助一張圖形式，將空間數(shù)據(jù)與安全管理數(shù)據(jù)進行結(jié)合，對礦山的整體安全情況進行了直觀展示。通過一張圖的展示，可全面了解礦井地質(zhì)信息、安全監(jiān)測信息、風險信息，實現(xiàn)多維數(shù)字礦山，為實現(xiàn)更高層次的智慧礦山奠定基礎。

【參考文獻】

［1］王勇.煤礦多系統(tǒng)“一張圖”融合聯(lián)動平臺設計[J].工礦自動化，2019，45（09）：99-102+108.

［2］黎佩東，許金，何橋.基于開源組件的礦井GIS一張圖系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].煤炭工程，2020，52（10）：20-24.

作者：王超 趙金娥 張志明 單位：山東精誠電子科技有限公司