物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦應(yīng)急管理中的應(yīng)用研究

摘 要：目前，我國煤炭安全生產(chǎn)形勢依然嚴(yán)峻，煤礦企業(yè)應(yīng)急管理水平普遍較低，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦應(yīng)急管理中的應(yīng)用將大大提升安全生產(chǎn)水平。文章結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)急管理的客觀規(guī)律，以“感知——預(yù)警層、網(wǎng)絡(luò)——信息傳遞層、應(yīng)用——應(yīng)急處置層”三個(gè)層次為基本組織架構(gòu)，探討了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦應(yīng)急管理主要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 煤礦 應(yīng)急管理

中圖分類號：F407.21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4914（2013）01-257-02

一、引言

煤炭作為我國最重要的能源之一，其安全生產(chǎn)狀況備受社會關(guān)注。通過持續(xù)不懈的努力，煤礦的安全生產(chǎn)狀況呈現(xiàn)出總體穩(wěn)定、持續(xù)好轉(zhuǎn)的發(fā)展態(tài)勢。煤炭百萬噸死亡率從2002年的4.94下降到2011年的0.56，下降幅度接近90%，但和歐美國家百萬噸死亡率0.03左右的水平還有很大差距，安全生產(chǎn)形勢依然嚴(yán)峻。如何加強(qiáng)煤炭生產(chǎn)事故預(yù)防，提高事故應(yīng)急處理能力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急管理的現(xiàn)代化和信息化，已成為煤炭生產(chǎn)企業(yè)迫切需要解決的問題。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，為煤礦應(yīng)急管理水平的提升提供了契機(jī)?！拔锫?lián)網(wǎng)”也稱為“傳感網(wǎng)”，是指通過一系列技術(shù)手段如射頻識別、傳感、全球定位等，按照實(shí)際需要，不間斷地采集物、人、環(huán)境的實(shí)時(shí)信息，通過各類可利用的網(wǎng)絡(luò)和特定程序接入實(shí)現(xiàn)信息的有效傳輸和實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)智能定位、識別、監(jiān)測、預(yù)警等功能的新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而完成物與物、物與人、人與人之間的信息交互，最終實(shí)現(xiàn)人對生產(chǎn)全過程的智能化管理。目前，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在多種行業(yè)開始運(yùn)用，在煤炭生產(chǎn)行業(yè)，已有許多煤礦引入了各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，并取得了令人滿意的效果。如2010年，黑龍江省龍煤集團(tuán)七臺河分公司運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對物流倉貯中心進(jìn)行管理，使物資管理實(shí)現(xiàn)了“實(shí)時(shí)化、可視化、透明化和一體化”，與2009年同期相比，生產(chǎn)材料新品投入減少6000萬元，回收復(fù)用增加3000萬元，儲備金減少1290萬元，周轉(zhuǎn)天數(shù)減少10天，使企業(yè)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，已有一些專家學(xué)者對物聯(lián)網(wǎng)在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，如吳立新、汪云甲等對如何運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)數(shù)字礦山的發(fā)展方向進(jìn)行了探討；張鋒國、林曙光等對如何構(gòu)建礦區(qū)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了研究；施祖建、汪麗莉等從行政執(zhí)法、重大危險(xiǎn)源、移動(dòng)危險(xiǎn)源等角度分析了物聯(lián)網(wǎng)在政府監(jiān)管上的應(yīng)用，但如何運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升煤礦企業(yè)的應(yīng)急管理水平方面的研究很少，應(yīng)該引起廣大專家學(xué)者的關(guān)注。

二、基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦應(yīng)急管理平臺組織架構(gòu)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)功能和應(yīng)急管理的主要構(gòu)成階段，形成技術(shù)層面與管理層面的相互對應(yīng)，分為感知——預(yù)警層、網(wǎng)絡(luò)——信息傳遞層、應(yīng)用——應(yīng)急處置層，如圖1所示。

1.感知——預(yù)警層。感知層主要由各種傳感器組成，可以準(zhǔn)確采集人員、設(shè)備、環(huán)境等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如人員位置、有害氣體濃度、煤塵濃度、設(shè)備運(yùn)行狀況、煤炭開采情況、地下水位變化、頂板壓力等。根據(jù)實(shí)際需要，各類傳感器可以有效地分布在各個(gè)工作面，從而構(gòu)建一個(gè)巨大的傳感網(wǎng)絡(luò)層，將采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)層的通信模塊傳送至控制計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，為全面感知提供基礎(chǔ)保證。預(yù)警是應(yīng)急管理的首要階段，指在危害發(fā)生之前，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對比危險(xiǎn)發(fā)生的臨界值，判斷災(zāi)害或事故發(fā)生的可能性前兆，向相關(guān)部門發(fā)出報(bào)警信號，以避免危害在不知情或準(zhǔn)備不足的情況下發(fā)生，從而最大限度地降低危害所造成的損失的行為。物聯(lián)網(wǎng)“感知技術(shù)”的發(fā)展可以使應(yīng)急管理的預(yù)警能力大大提升，能夠有效降低預(yù)警階段人的失誤率，提高對危險(xiǎn)源監(jiān)測的連續(xù)性和準(zhǔn)確度，切實(shí)提升預(yù)警功能。

2.網(wǎng)絡(luò)——信息傳遞層。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層一般是指無線傳感網(wǎng)絡(luò)，是一種網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)，將分布式信息采集、傳輸、處理技術(shù)溶于一體，能夠?qū)⒏黝悅鞲衅鲗?shí)時(shí)采集的信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶終端的數(shù)據(jù)庫。隨著云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息流暢傳遞、海量數(shù)據(jù)存儲和快速信息處理能夠以較低的成本得以實(shí)現(xiàn)，這也加快了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于應(yīng)急管理的普遍推廣。信息的全面、快速、準(zhǔn)確傳遞和處理是應(yīng)急信息管理平臺建設(shè)的重中之重，是提高應(yīng)急反應(yīng)速度和科學(xué)決策的關(guān)鍵，是應(yīng)急管理成功與否的決定性因素。

3.應(yīng)用——應(yīng)急處置層。應(yīng)用層是對所收集的各類信息進(jìn)行分析處理利用的各類平臺和軟件，是完成從“數(shù)據(jù)——信息——知識——決策”的智能演化。對于應(yīng)急管理來說，有助于進(jìn)行科學(xué)的應(yīng)急處置。一般包含視頻監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、應(yīng)急物資調(diào)動(dòng)系統(tǒng)、應(yīng)急通信系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)、應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)等。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦應(yīng)急管理主要內(nèi)容

1.煤礦生產(chǎn)事故危機(jī)預(yù)警。從目前我國煤炭生產(chǎn)企業(yè)總體事故預(yù)測水平來看，總體水平較低，事故預(yù)測的及時(shí)性、連貫性、準(zhǔn)確性較差，事故預(yù)警的臨界參考基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏或數(shù)據(jù)處理能力，事故預(yù)警的功能并沒有切實(shí)實(shí)現(xiàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，上述問題將得到改變。第一，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決了預(yù)警基礎(chǔ)數(shù)據(jù)連續(xù)、全面、準(zhǔn)確采集和傳遞的問題。豐富的各類信息，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生的前兆，判斷可能的發(fā)展趨勢，為科學(xué)決策提供基礎(chǔ)，提高預(yù)警的可靠性；第二，云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和普及，解決了對大量的信息的存儲、計(jì)算及成本費(fèi)用問題。

技術(shù)的發(fā)展使事故應(yīng)急預(yù)警啟動(dòng)條件和臨界變量閾值問題有望得以解決，預(yù)警變量閾值可以綜合多方面因素，一是井下各種有毒有害氣體含量，如甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧氣等；二是設(shè)備運(yùn)行情況，如采煤機(jī)、水泵、風(fēng)扇、等；三是各類生產(chǎn)環(huán)節(jié)狀態(tài)，如電壓、煤倉煤位、地下水位、空氣溫度、風(fēng)速、負(fù)壓、頂板壓力等；四是人員工作狀況，如違章操作、離崗等。預(yù)警的準(zhǔn)確性、及時(shí)性會大大提高，突發(fā)事件的發(fā)生率會大大降低。這使企業(yè)事故應(yīng)急管理工作的重心前移，從事故救援逐步轉(zhuǎn)移到以防為主的感知預(yù)警。這對企業(yè)和社會都具有重大意義，大大降低了事故發(fā)生率，從被動(dòng)應(yīng)急救援逐漸轉(zhuǎn)向主動(dòng)的預(yù)警防災(zāi)。

2.井下人員定位及身份識別。目前，我國的多數(shù)煤礦生產(chǎn)設(shè)備落后，安全技術(shù)水平低，加之井下生產(chǎn)環(huán)境及其復(fù)雜，對井下人員的工作狀態(tài)達(dá)不到實(shí)時(shí)掌握，經(jīng)常出現(xiàn)事故發(fā)生后無法及時(shí)明確井下人員所處位置及身份的情況。這給應(yīng)急預(yù)案的選擇、救援決策制定及救援行為等工作都造成了嚴(yán)重障礙，導(dǎo)致錯(cuò)過救援的黃金時(shí)間，造成重點(diǎn)生命和財(cái)產(chǎn)損失。

通過基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研制的各種煤礦人員定位系統(tǒng)可以很好地解決上述問題。功能上能夠?qū)崿F(xiàn)人員升降井考勤、限制區(qū)域報(bào)警、人員定位監(jiān)控等，為井下人員的安全提供保證。一般人員定位及識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要由計(jì)算機(jī)信息處理中心、基站和礦工所帶的射頻識別卡組成；軟件設(shè)計(jì)主要包括基站與計(jì)算機(jī)信息處理中心，基站與射頻識別卡的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的基本工作流程是井下基站會自動(dòng)收集井下工作人員隨身攜帶的射頻識別卡信息，該卡具有唯一性，信號經(jīng)過微控制器處理后，通過各類無線或有線網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到地面計(jì)算機(jī)信息處理中心，通過相應(yīng)軟件平臺使井上管理人員實(shí)時(shí)地了解井下人員狀態(tài)，一旦發(fā)生危機(jī)事件，可以及時(shí)確定井下受困人員數(shù)量、位置及快速識別遇難人員身份，為提高應(yīng)急救援效率、妥善進(jìn)行應(yīng)急善后處理打下良好基礎(chǔ)。系統(tǒng)運(yùn)行基本流程如圖2所示。

2.應(yīng)急救援物資科學(xué)調(diào)度。一旦煤礦事故發(fā)生，科學(xué)調(diào)度應(yīng)急救援物資便成為應(yīng)急管理現(xiàn)場處理階段的核心工作之一，大量的煤炭生產(chǎn)事故應(yīng)急救援經(jīng)驗(yàn)表明，能否及時(shí)、合理、科學(xué)地對應(yīng)急救災(zāi)物資進(jìn)行企業(yè)內(nèi)、部門間、地區(qū)間的調(diào)度，直接影響最終救援效率和效果，導(dǎo)致應(yīng)急救援結(jié)果的巨大差別，應(yīng)該成為煤炭企業(yè)應(yīng)急救援工作研究的重點(diǎn)。

以射頻識別技術(shù)（RFID）為核心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了成熟發(fā)展期，它集成了無線通信、芯片研發(fā)與制造、標(biāo)簽封裝、系統(tǒng)集成等技術(shù)，能大大提高應(yīng)急救援物資調(diào)度的科學(xué)性，特別是在事故應(yīng)急救援中的各類救災(zāi)物資、車輛、道路實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)度、數(shù)量監(jiān)測、標(biāo)準(zhǔn)核實(shí)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)籌管理等方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。為事故救援提供強(qiáng)有力的后勤保障。

4.應(yīng)急救援輔助決策。事故的發(fā)生、演變存在著錯(cuò)中復(fù)雜的邏輯關(guān)系。要對危機(jī)事件進(jìn)行快速有效應(yīng)對，使損失最小化，就必須建立智能決策輔助系統(tǒng)。這類系統(tǒng)以各種信息為基礎(chǔ)，以預(yù)警分析、事件分類分級、預(yù)案評估、預(yù)案選擇、預(yù)案優(yōu)化、資源調(diào)度等問題為對象，利用各種模型、分析方法、模擬技術(shù)等對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理，實(shí)現(xiàn)分析和預(yù)測功能，為決策部門提供依據(jù)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及時(shí)獲取事故相關(guān)信息并向管理部門快速報(bào)送，準(zhǔn)確研判事故發(fā)展趨勢和救援需求，可以使救援指揮決策人員及時(shí)掌握事故現(xiàn)場基本情況，實(shí)現(xiàn)事故一線救援與指揮中心的實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)，改變決策者依靠自身經(jīng)驗(yàn)和判斷做出決策的現(xiàn)狀，大大提高決策的科學(xué)性和有效性。

四、結(jié)束語

我國煤炭生產(chǎn)百萬噸死亡率與發(fā)達(dá)國家相比仍然很高，原因之一在于我國的煤炭生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)急管理水平低下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦企業(yè)應(yīng)急管理中的應(yīng)用讓我們看到了改變這一狀況的希望。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對各類信息的連續(xù)的感知、獲取、傳遞和處理，使應(yīng)急管理的預(yù)防、預(yù)警、現(xiàn)場處理和事后完善各個(gè)階段的效率大大提升，對我國煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)具有重大意義。

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（作者單位：黑龍江科技學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150027）

（責(zé)編：賈偉）