基于云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦安全管理智能移動(dòng)信息化平臺(tái)的研究

陳 浩 陳洪嶺

（山東煤礦安全監(jiān)察局安全技術(shù)中心，山東省濟(jì)南市，250031）

基于云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦安全管理智能移動(dòng)信息化平臺(tái)的研究

陳 浩 陳洪嶺

（山東煤礦安全監(jiān)察局安全技術(shù)中心，山東省濟(jì)南市，250031）

論述了云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)的概念以及行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，提出了一種基于以上兩種技術(shù)在煤礦安全管理智能移動(dòng)信息化平臺(tái)中的應(yīng)用，對(duì)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并對(duì)其帶來的應(yīng)用效果和效益進(jìn)行了分析探討。

云計(jì)算 物聯(lián)網(wǎng) 煤礦安全管理 信息化平臺(tái)

1 建設(shè)平臺(tái)的必要性

目前多數(shù)煤礦并未健全各項(xiàng)安全管理制度，未形成如危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)庫、隱患編碼庫和不安全行為管理規(guī)范等安全預(yù)控檢查標(biāo)準(zhǔn)，雖然都已初步建立了安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等安全 “六大系統(tǒng)”，但各個(gè)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)相互割裂，存在信息孤島，沒有形成安全生產(chǎn)程序化和系統(tǒng)化的管理。

隨著云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，以射頻、傳感、智能嵌入和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，對(duì)煤礦生產(chǎn)、安全、技術(shù)和保障等進(jìn)行主動(dòng)感知，消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的融合共享、處理分析和數(shù)據(jù)挖掘，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)相關(guān)的人員、機(jī)器、設(shè)備、物資、信息等的智能管理、控制和信息融合，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害預(yù)警、安全生產(chǎn)、無人開采和綠色礦山的智慧礦山模式逐步推廣應(yīng)用。通過移動(dòng)智能終端設(shè)備，利用無線通信技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)⒚旱V井上井下各種生產(chǎn)和環(huán)境等安全信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和共享，作到數(shù)據(jù)不落地、自動(dòng)智能分析和信息決策支持。

煤礦安全管理智能移動(dòng)信息化平臺(tái)重視煤礦安全管理工作，按照AQ／T 1903-2011《煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理體系規(guī)范》的要求，結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)管理的實(shí)際，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控、數(shù)據(jù)集成和管理模式創(chuàng)新的研究，在現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人員定位以及隱患排查等安全管理和生產(chǎn)自動(dòng)化等信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用移動(dòng)智能終端讓安全管理信息全面集成，實(shí)現(xiàn)煤礦井上井下全覆蓋，提高煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控和安全信息管理，提升煤礦安全生產(chǎn)管理水平。

2 平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

2.1 建設(shè)目標(biāo)

（1）利用移動(dòng)智能終端，對(duì)井下危險(xiǎn)源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、隱患信息采集、標(biāo)準(zhǔn)化檢查、生產(chǎn)管理調(diào)度、智能分析和現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警，并與各原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)保持實(shí)時(shí)同步。

（2）規(guī)范風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控、隱患管理和安全檢查業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)不安全和隱患信息的電子檔案化管理。建立隱患數(shù)據(jù)庫和不安全行為管理規(guī)范，并與危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，使煤礦隱患管理人員明確管什么、怎么管、誰去管，隱患檢查人員明確查什么、怎么查、誰去查，使安全管理工作由被動(dòng)檢查變?yōu)橹鲃?dòng)預(yù)防，提高煤礦安全管理水平。

（3）建立煤礦資料庫，自動(dòng)生成相關(guān)報(bào)表并完善考核，通過移動(dòng)智能終端實(shí)時(shí)傳送信息，便于管理人員判斷和決策，從而簡(jiǎn)化工作流程。

（4）滿足生產(chǎn)調(diào)度的需求，方便指揮多部門和多工種協(xié)同工作，系統(tǒng)提供自動(dòng)的文字、錄音和視頻存儲(chǔ)用以追溯管理。

（5）井上和井下、固話和手機(jī)互聯(lián)互通，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)穩(wěn)定，通話語音清晰，滿足日常通訊聯(lián)絡(luò)。

（6）實(shí)現(xiàn)移動(dòng)信息化辦公，實(shí)時(shí)了解煤礦生產(chǎn)和安全管理信息，改變傳統(tǒng)辦公方式。

2.2 平臺(tái)功能

2.2.1 礦用移動(dòng)智能終端

移動(dòng)智能終端主要以礦用產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的XJ系列和KT系列為主，支持WIFI和3G網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)井下危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)信息收集、查詢以及安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化信息實(shí)時(shí)錄入，工作面某地點(diǎn)的安全環(huán)境信息和人員定位信息的讀取、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)查詢、下井路線對(duì)比等，井上管理人員生產(chǎn)調(diào)度、工業(yè)電視和相關(guān)報(bào)表調(diào)閱等。

2.2.2 平臺(tái)輔助系統(tǒng)的部署

無線通訊系統(tǒng)覆蓋井上和井下，配備2.45 GHz的RFID射頻卡，用于記錄地點(diǎn)和設(shè)備標(biāo)識(shí)，同時(shí)寫入平臺(tái)和移動(dòng)智能終端，形成設(shè)備識(shí)別和系統(tǒng)危險(xiǎn)源、隱患地點(diǎn)與控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.2.3 危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)與控制

（1）根據(jù)任務(wù)分工工序識(shí)別危險(xiǎn)源，明確其可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)和后果，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣表進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定人機(jī)環(huán)管的類型及可能導(dǎo)致事故的類型，提取管理對(duì)象并制定管理對(duì)象的管理標(biāo)準(zhǔn)，確定相應(yīng)責(zé)任人、責(zé)任措施，直接管理人員、管理措施，監(jiān)管人員和監(jiān)管措施，形成危險(xiǎn)源編碼庫。

（2）危險(xiǎn)源編碼庫導(dǎo)入移動(dòng)智能終端，與射頻卡的標(biāo)識(shí)地點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，移動(dòng)智能終端可以調(diào)出某地點(diǎn)可能存在的危險(xiǎn)源，并對(duì)存在危險(xiǎn)源進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的危險(xiǎn)源信息進(jìn)行錄入，同時(shí)可調(diào)用編碼庫中的內(nèi)容。

（3）在生產(chǎn)過程中，煤礦通過監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)源是否處于受控狀態(tài)來檢驗(yàn)管控標(biāo)準(zhǔn)和措施實(shí)施的效果如何，并動(dòng)態(tài)排查事故隱患。如果監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源未得到有效控制，則應(yīng)該及時(shí)分級(jí)預(yù)警，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)迅速落實(shí)整改和控制措施，預(yù)防事故的發(fā)生。

2.2.4 井上井下一體化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控

基于移動(dòng)智能終端的隱患閉合管理能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)隱患掛牌督辦、隱患整改超期提示、隱患復(fù)查提醒和隱患銷號(hào)提醒。形成危險(xiǎn)源、隱患和 “三違”編碼庫的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過危險(xiǎn)源編碼庫建立對(duì)應(yīng)的隱患和 “三違”編碼庫，同時(shí)通過安全隱患閉合管理促進(jìn)完善危險(xiǎn)源編碼庫，再推進(jìn)相關(guān)隱患標(biāo)準(zhǔn)的建立，形成大環(huán)套小環(huán)和小環(huán)促大環(huán)的良性循環(huán)管理機(jī)制。

2.2.5 煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場(chǎng)管理

執(zhí)行新頒布的 《煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化基本要求及評(píng)分辦法》（試行）標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也可以納入本企業(yè)自身的標(biāo)準(zhǔn)。利用移動(dòng)智能終端實(shí)現(xiàn)井下現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)錄入、打分及現(xiàn)場(chǎng)取證等，依據(jù)崗位及施工地點(diǎn)的不同進(jìn)行分類歸檔，并及時(shí)統(tǒng)計(jì)和考核，在有網(wǎng)絡(luò)的條件下做到井上井下數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

2.2.6 井下作業(yè)場(chǎng)所安全環(huán)境信息的自動(dòng)獲取、識(shí)別、反饋和預(yù)警

管理人員或其他作業(yè)人員使用移動(dòng)智能終端自動(dòng)定位所在地點(diǎn)，通過井下無線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息采集自動(dòng)篩選過濾，并反饋到井下的管理人員或其他作業(yè)人員的移動(dòng)智能終端上，從而及時(shí)了解所處作業(yè)環(huán)境的瓦斯、溫度、CO、風(fēng)速、粉塵和煙霧等環(huán)境狀況。

2.2.7 井下作業(yè)場(chǎng)所人員分布信息的自動(dòng)獲取和預(yù)警

井下帶班領(lǐng)導(dǎo)使用移動(dòng)智能終端，通過井下無線網(wǎng)路和現(xiàn)有人員定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息采集反饋到帶班領(lǐng)導(dǎo)的手持終端上，帶班領(lǐng)導(dǎo)可隨時(shí)查詢井下所有作業(yè)場(chǎng)所人員的分布情況，同時(shí)與人員定位系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充，并利用地點(diǎn)標(biāo)識(shí)卡精確定位，從而對(duì)在崗、脫崗和超定員情況及時(shí)了解并進(jìn)行預(yù)警。管理人員利用移動(dòng)智能終端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下礦工總數(shù)及分布區(qū)域，記錄出入井人員的身份和時(shí)間等信息進(jìn)行考勤。

2.2.8 移動(dòng)智能終端的生產(chǎn)調(diào)度等信息調(diào)閱

可以對(duì)每日重點(diǎn)調(diào)度信息、日煤炭產(chǎn)量及銷量、日掘進(jìn)及采煤進(jìn)尺等信息進(jìn)行查詢并實(shí)時(shí)同步，同時(shí)可以對(duì)數(shù)字工業(yè)電視系統(tǒng)中作業(yè)場(chǎng)所和軌道運(yùn)輸?shù)鹊攸c(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控。

2.2.9 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的巡檢和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的反饋

對(duì)每一個(gè)需要管理的設(shè)備配備一個(gè)2.45 GHz的RFID標(biāo)簽 （卡片）以唯一標(biāo)識(shí)此設(shè)備，此標(biāo)簽粘貼在設(shè)備上用來確定此設(shè)備的身份參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備MA證書過期或即將過期信息及維護(hù)的報(bào)警。設(shè)備巡檢時(shí)讀取標(biāo)簽信息，查詢?cè)O(shè)備維修記錄和中介機(jī)構(gòu)檢測(cè)記錄等信息。

2.2.10 井下規(guī)劃路線的對(duì)比和避災(zāi)路線的導(dǎo)航

通過移動(dòng)智能終端、人員定位系統(tǒng)和RFID位置標(biāo)識(shí)卡的識(shí)別，自動(dòng)導(dǎo)航井下持有人的行動(dòng)路線，并能夠與規(guī)定的路線進(jìn)行比對(duì)。對(duì)盲巷、交岔點(diǎn)和非授權(quán)人員進(jìn)入指定區(qū)域等進(jìn)行預(yù)標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)持有移動(dòng)終端人員下井路線的提醒和報(bào)警功能，并對(duì)非規(guī)定時(shí)間內(nèi)在井下滯留的情況進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)，報(bào)警信息通過Web和短信等方式轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)管人員。將作業(yè)規(guī)程或應(yīng)急預(yù)案中避災(zāi)路線圖進(jìn)行矢量化并與設(shè)置好的地點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，當(dāng)選擇某個(gè)避災(zāi)路線時(shí)，移動(dòng)智能終端能夠起到導(dǎo)航作用。

2.2.11 基于移動(dòng)智能終端的日常通話

礦用本安智能手機(jī) （KT系列）可以實(shí)現(xiàn)井上和井下、固話和手機(jī)的互聯(lián)互通，滿足日常通訊聯(lián)絡(luò)。礦用巡檢記錄儀 （XJ系列）一方面以 WIFI無線網(wǎng)絡(luò)和SIP協(xié)議為基本架構(gòu)，以礦井工業(yè)以太網(wǎng)為整個(gè)系統(tǒng)的主干傳輸平臺(tái)，覆蓋礦井部分或全部巷道以及地面相關(guān)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)煤礦寬帶的無線通訊；另一方面還能夠以3G網(wǎng)絡(luò)為通信平臺(tái)，通過嵌入3G通信模塊實(shí)現(xiàn)手機(jī)通話功能。

2.2.12 對(duì)文字、圖片、視頻和音頻的數(shù)據(jù)獲取及處理

利用移動(dòng)智能終端對(duì)隱患及不安全行為的數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入，并對(duì)隱患進(jìn)行整改、復(fù)查和銷號(hào)，用戶利用移動(dòng)智能終端的攝像頭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍照和視頻錄制，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速檢索、存檔以及刪除等操作。

2.2.13 安全生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息智能分析的決策支持

根據(jù)煤礦需求，結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過圖和表的形式展現(xiàn)出來，為實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源和隱患等相關(guān)決策提供依據(jù)。

3 應(yīng)用效果及效益分析

3.1 應(yīng)用效果

移動(dòng)智能終端能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦井上和井下安全生產(chǎn)的一體化管理，可以達(dá)到如下效果：

（1）信息集成化。在煤礦企業(yè)現(xiàn)有安全生產(chǎn)與管理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的集成和信息的關(guān)聯(lián)，提高信息的利用率，實(shí)現(xiàn)多源信息的有機(jī)融合。

（2）管理動(dòng)態(tài)化。一方面將煤礦原來的信息系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的共享平臺(tái)，另一方面做到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和監(jiān)控，形成動(dòng)態(tài)管理與閉環(huán)的監(jiān)控模式。

（3）安全預(yù)警化。完善煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理體系，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源預(yù)警。對(duì)安全環(huán)境和人員定位等監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息實(shí)時(shí)掌握，實(shí)現(xiàn)閾值告警，幫助企業(yè)建立安全預(yù)警指標(biāo)和評(píng)價(jià)以及事故預(yù)警模型等。

（4）技術(shù)一體化。針對(duì)云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的一體化應(yīng)用包，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)傳遞和數(shù)據(jù)集中管理，提高信息反應(yīng)的速度和準(zhǔn)確性，滿足數(shù)據(jù)采集、管理和應(yīng)用的需要。

（5）辦公移動(dòng)化。利用移動(dòng)智能終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不落地、多樣化采集和多地點(diǎn)辦公，改變?cè)械霓k公模式，提高工作效率。

（6）礦山智能化。運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)等人工智能技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度指揮、安全警示、突發(fā)事件處理等決策支持功能，實(shí)現(xiàn)礦山的智能化。

3.2 效益分析

3.2.1 社會(huì)效益

該平臺(tái)的建立與使用可以極大地提高煤礦安全管理工作的信息化，加強(qiáng)各部門之間的信息共享，進(jìn)而加強(qiáng)各專業(yè)技術(shù)管理水平的提升，提升煤礦企業(yè)人員的整體素質(zhì)，減少事故發(fā)生幾率。

3.2.2 管理效益

隨著煤礦獲取的信息量大大 增加，隱患管理水平在某種程度上取決于處理隱患信息的數(shù)量、速度和質(zhì)量。通過該平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的軟件，使所有的工作執(zhí)行都處于受控狀態(tài)，在信息化工作流的管理下，工作量可以被監(jiān)督并合理分派到不同的用戶端達(dá)到平衡。

［1］王吳宜 .基于煤礦企業(yè)的礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)研究［J］.中國(guó)煤炭，2012 （2）

［2］劉元明，田偉，單紹磊 .基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新礦集團(tuán)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)研究 ［J］.中國(guó)煤炭，2012 （5）

［3］馬海燕 .煤炭本質(zhì)安全管理系統(tǒng)的主要功能 ［J］.中國(guó)煤炭，2006（12）

Research on intelligent mobile information platform of coal mine safety management based on cloud computing and internet of things

Chen Hao，Chen Hongling
（Safety Technology Center，Shandong Coal Mine Safety Supervision，Jinan，Shandong 250031，China）

The concept of cloud computing and internet of things as well as the development trend of the coal industry were described，and the intelligent mobile information platform based on above technologies was proposed.Moreover，the system structure and functional characteristics of the platform were introduced，and the application effect and related benefits were analyzed too.

cloud computing，internet of things，safety management in coal mines，informatization platform

TD76

A

陳浩 （1991-），男，山東新泰人，電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院在讀碩士研究生，主要從事信息安全方面的研究。

（責(zé)任編輯 路 強(qiáng)）