基于多源數(shù)據(jù)集成的煤礦應(yīng)急救援平臺的研究

鄧 濤 余 剛 黃海峰 于力仲

（1.山東能源棗莊礦業(yè) （集團）有限責(zé)任公司調(diào)度中心，山東省棗莊市，277311；2.北京中礦博能節(jié)能科技有限公司，北京市海淀區(qū)，100083）

盡管煤礦自動化與信息化建設(shè)大大促進了煤礦安全形勢的好轉(zhuǎn)，煤礦重大火災(zāi)、瓦斯爆炸、冒頂、透水以及煤與瓦斯突出等重大事故得到了有效遏制，但是，煤礦應(yīng)急救援信息化和智能化的發(fā)展卻發(fā)展緩慢。特別是各個安全子系統(tǒng)相對獨立，進一步形成了安全信息化的孤島效應(yīng)，從技術(shù)上也阻滯了煤礦應(yīng)急救援系統(tǒng)的發(fā)展。早期的煤礦救援系統(tǒng)是基于煤礦事故預(yù)案，利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)煤礦事故應(yīng)急救援調(diào)度指揮信息系統(tǒng)，后來逐步發(fā)展開發(fā)出了基于WebGIS 煤礦事故救援系統(tǒng)，實現(xiàn)了煤礦企業(yè)信息、救援機構(gòu)信息和救援裝備信息的可視化，通過將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)集成，為煤礦事故救援提供了決策依據(jù)。隨著煤炭企業(yè)集團化和多元化的快速發(fā)展，煤炭企業(yè)規(guī)模迅速擴大，產(chǎn)業(yè)范圍也隨之不斷拓展，跨部門、跨區(qū)域、跨產(chǎn)業(yè)的協(xié)調(diào)復(fù)雜性越來越高，煤炭企業(yè)的安全管理壓力也隨之加大，傳統(tǒng)應(yīng)急救援系統(tǒng)對突發(fā)事故、事件和災(zāi)害的預(yù)防準(zhǔn)備工作的適用性越來越低。因此，基于多源數(shù)據(jù)集成的新一代應(yīng)急救援平臺的研究與開發(fā)成了當(dāng)務(wù)之急。

1 應(yīng)急救援平臺的 “1139”結(jié)構(gòu)模式

棗礦集團安全生產(chǎn)應(yīng)急救援平臺按照 《國家安全生產(chǎn)應(yīng)急平臺標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》，基于棗礦集團信息化、生產(chǎn)自動化和安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控建設(shè)成果，結(jié)合棗礦集團的安全生產(chǎn)管理實際，應(yīng)用先進技術(shù)并吸收先進的應(yīng)急救援理念，具有全面的互聯(lián)互通、高效的平戰(zhàn)一體、動態(tài)的監(jiān)測管理、形象的過程推演、集成的協(xié)同聯(lián)動、高度的資源共享和統(tǒng)一的調(diào)度指揮等特點，以實現(xiàn)對安全生產(chǎn)事故和突發(fā)事件的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)全過程管理的目標(biāo)。棗礦集團應(yīng)急救援平臺的 “1139”結(jié)構(gòu)模式是指系統(tǒng)構(gòu)建1個多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成共享服務(wù)平臺，實現(xiàn)信息上傳下達；同步建設(shè)1個協(xié)同急救救援應(yīng)用門戶，實現(xiàn)與現(xiàn)有調(diào)度的集成應(yīng)用以及用戶的統(tǒng)一接入和應(yīng)用統(tǒng)一管理；同步建設(shè)安全生產(chǎn)運行管理、三維空間數(shù)據(jù)和多媒體聯(lián)動數(shù)據(jù)3個應(yīng)急救援相關(guān)數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理；分布建設(shè)實施值守調(diào)度管理、應(yīng)急預(yù)案管理、應(yīng)急救援物資、重大危險源管理、應(yīng)急隊伍體系管理、集成即時通訊、預(yù)測決策分析支持、模擬演練培訓(xùn)和應(yīng)急救援會商9個應(yīng)急救援應(yīng)用模塊。該應(yīng)急救援平臺的建設(shè)基本滿足了各礦、棗礦集團和山能集團三級應(yīng)急救援管理的信息互通、資源共享和應(yīng)急聯(lián)動。應(yīng)急救援平臺的“1139”結(jié)構(gòu)模式見圖1。

2 多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成與共享服務(wù)

應(yīng)急救援平臺關(guān)聯(lián)煤礦安全生產(chǎn)信息分為實時數(shù)據(jù)信息、空間數(shù)據(jù)信息和多媒體通訊信息三大類，這三大類信息數(shù)據(jù)來自不同的系統(tǒng)，實時數(shù)據(jù)信息來自自動化和監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，空間數(shù)據(jù)信息來自工程地質(zhì)測量系統(tǒng)，多媒體通訊信息來自視頻監(jiān)控和通訊系統(tǒng)。采用多源數(shù)據(jù)集成平臺技術(shù)，統(tǒng)一整合這三大類信息，保持 “1139”結(jié)構(gòu)模式下各功能模塊之間的松耦合和模塊內(nèi)的高內(nèi)聚，使應(yīng)急救援的平臺變得更加靈活，更快速地適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)環(huán)境和日益復(fù)雜的管理系統(tǒng)需求。

圖1 應(yīng)急救援平臺 “1139”結(jié)構(gòu)模式

多源實時數(shù)據(jù)集成平臺將各個分散獨立子系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合和集成管理，確保應(yīng)急救援系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)防、預(yù)備、響應(yīng)和恢復(fù)四項活動和計劃，具備迅速、準(zhǔn)確和有效的特點。

（1）預(yù)防監(jiān)測。多源實時數(shù)據(jù)集成平臺通過ETL、OPC、DDC 和CORBA 標(biāo)準(zhǔn)集成了環(huán)境信息（瓦斯監(jiān)測、束管監(jiān)測、水文監(jiān)測、通風(fēng)系統(tǒng)等）、設(shè)備運行信息 （帶式輸送機、水泵、風(fēng)機、運輸提升等子系統(tǒng)）和人員信息 （人員定位、井下考勤、點檢系統(tǒng)等），通過流媒體轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)視頻與音頻多媒體信息的集成，實現(xiàn)多地點和多設(shè)備的統(tǒng)一集中監(jiān)控，也為視頻上墻輪詢、報警聯(lián)動錄像與其他報警系統(tǒng)實現(xiàn)視頻聯(lián)動和音頻聯(lián)動提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)來源。

（2）預(yù)備處理。多源實時數(shù)據(jù)集成平臺除了采集不同地點和不同系統(tǒng)的上傳數(shù)據(jù)外，還滿足與前端各個系統(tǒng)的交互能力，支持系統(tǒng)實現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案聯(lián)動控制與響應(yīng)能力。

（3）響應(yīng)查詢。多源實時數(shù)據(jù)集成平臺能夠?qū)ο到y(tǒng)狀態(tài)進行自動監(jiān)測，系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地定位事故地點以及事故地點相關(guān)系統(tǒng)的狀態(tài)，并以圖表和報表等方式友好地呈現(xiàn)出來。集成平臺的錄像查詢功能、設(shè)備巡檢功能以及記錄查詢與統(tǒng)計功能都是“查”的具體應(yīng)用形式。

（4）調(diào)度決策。系統(tǒng)捕獲到各種預(yù)警信息后，視頻信息自動聯(lián)動投影到大屏顯示系統(tǒng)，同時以語音自動提示和電子地圖閃爍等形式提醒值班人員關(guān)注。系統(tǒng)具有應(yīng)急救援特定場景的行為分析和人數(shù)統(tǒng)計等功能，運用RFID 技術(shù)對人員和移動設(shè)備進行跟蹤定位，實現(xiàn)了對重點監(jiān)視對象的監(jiān)視和活動軌跡回放。當(dāng)指揮中心收到預(yù)警信號后，經(jīng)過值班人員的核實，可以快速調(diào)用并綜合運用各種人防、技防和物防措施一體化的處理。

3 多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成平臺邏輯結(jié)構(gòu)

圖2 平臺與外部數(shù)據(jù)源的交換與共享邏輯關(guān)系

多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成共享服務(wù)平臺在整個煤礦安全生產(chǎn)應(yīng)急救援平臺結(jié)構(gòu)中居于中心地位，但又獨立于應(yīng)用層之外，與門戶、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用都是松耦合連接。應(yīng)急救援平臺通過信息交換與共享，系統(tǒng)抽取和共享安全生產(chǎn)運行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并進行存儲，包括人員系統(tǒng) （如人員定位、無線通訊、點檢儀等）、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) （如瓦斯監(jiān)測、頂板壓力監(jiān)測、水文監(jiān)測）以及機電系統(tǒng) （如帶式輸送機監(jiān)控、運輸提升監(jiān)控、風(fēng)機監(jiān)控、水泵監(jiān)控）等信息。通過信息交換與共享系統(tǒng)向上級提供其所需的數(shù)據(jù)信息，并向下級單位發(fā)出指令信息，從而實現(xiàn)安全生產(chǎn)領(lǐng)域突發(fā)事件應(yīng)急處置和管理過程中的信息共享。多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成共享服務(wù)平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸、應(yīng)用安全認(rèn)證和接口統(tǒng)一規(guī)范，而且能夠?qū)崿F(xiàn)安全生產(chǎn)應(yīng)急平臺與已有安全生產(chǎn)異構(gòu)系統(tǒng)之間不同格式數(shù)據(jù)的交換。多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成共享服務(wù)平臺與外部數(shù)據(jù)源的交換與共享邏輯關(guān)系如圖2所示。

4 多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成實現(xiàn)方式

為了保證多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成的通用性、開放性和易擴展性，充分實現(xiàn)各功能模塊之間的松耦合和模塊內(nèi)的高內(nèi)聚，系統(tǒng)采用消息中間件、XML 技術(shù)、適配器技術(shù)以及ETL、OPC、CORBA 和ODBC相關(guān)開放的標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)，少量采用定制API接口技術(shù)，功能模塊包括適配器、消息總線、信息集成調(diào)度服務(wù)器、配置管理工具、可視化信息查詢組態(tài)工具、數(shù)據(jù)訪問接口、應(yīng)用Web服務(wù)器和安全審計認(rèn)證等組件模塊。消息中間件作為數(shù)據(jù)總線，通過XML語言來組織數(shù)據(jù)，用適配器實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式與源數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換。

根據(jù) 《國家安全生產(chǎn)應(yīng)急平臺標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》，數(shù)據(jù)集成的方式包括ETL 實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫之間信息交換與共享、消息和Web Services服務(wù)實現(xiàn)信息交換與共享、消息和共享文件實現(xiàn)信息交換與共享、數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)信息交換與共享以及數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)信息交換與共享。此外，結(jié)合煤礦企業(yè)的特點，還應(yīng)該包括采用OPC 協(xié)議實現(xiàn)自動化子系統(tǒng)實時工業(yè)數(shù)據(jù)的繼承和共享、通過定制API實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集成與共享、采用CORB實現(xiàn)DCS和其他控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成以及采用空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模式實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)集成等集成方式。

5 空間數(shù)據(jù)共享服務(wù)

由于煤礦地質(zhì)環(huán)境不斷變化，特別是由于采掘生產(chǎn)具有連續(xù)移動的特殊性，日常生產(chǎn)產(chǎn)生大量的工程技術(shù)圖檔，這些工程技術(shù)性內(nèi)容信息是應(yīng)急救援科學(xué)決策的基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)。在現(xiàn)有計算機軟硬件支持下，基于各二級礦井單位的地理空間數(shù)據(jù)建立工程性質(zhì)的三維應(yīng)急救援地理空間數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)相關(guān)地理空間數(shù)據(jù)的操作，包括空間地理信息數(shù)據(jù)的快速調(diào)度、查詢、顯示、無縫漫游、分析統(tǒng)計、維護、更新和打印輸出等功能。三維空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)涵蓋范圍為井巷三維工程數(shù)據(jù)庫、井下主要設(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)庫、重大危險源、監(jiān)控檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急預(yù)案庫和技術(shù)措施數(shù)據(jù)庫。

共享服務(wù)平臺功能包括空間數(shù)據(jù)編目、歸檔、版本和入庫管理，可實現(xiàn)面向不同應(yīng)用提供統(tǒng)一的系統(tǒng)集成接口、圖層共享和服務(wù)系統(tǒng)、地圖服務(wù)接口等，并且通過實時信息接口實現(xiàn)與多種實時技術(shù)系統(tǒng)消息通信，并將各種實時信息接入到系統(tǒng)中?？臻g數(shù)據(jù)共享服務(wù)模塊架構(gòu)在應(yīng)急救援應(yīng)用系統(tǒng)中無縫集成多種數(shù)據(jù)格式，不同格式的數(shù)據(jù)可以疊加在同一個窗口中進行顯示和疊加分析等互操作，異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成有效地解決了不同格式數(shù)據(jù)資源的綜合利用問題。

6 信息智能共享聯(lián)動

為了實現(xiàn)多服務(wù)、分布式、跨平臺聯(lián)動控制和動態(tài)分級多層監(jiān)控管理的集成共享服務(wù)平臺，以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)為中心，以預(yù)防、調(diào)度為應(yīng)用目標(biāo)的專用集成模塊，把與應(yīng)急救援有關(guān)的不同設(shè)備、不同技術(shù)和不同的子系統(tǒng) （瓦斯、礦壓、礦井、頂板、管束等環(huán)境監(jiān)測以及人員定位、通訊的人員檢測、主要設(shè)備檢測、視頻監(jiān)控、門禁考勤、周界報警、消防報警、井下無線通訊、井下廣播、行政及調(diào)度通訊、LED 顯示發(fā)布、大屏幕等）集成到統(tǒng)一的平臺上，通過網(wǎng)絡(luò)的傳輸和服務(wù)器的集中管理，完成信息采集、傳輸、存儲、處理、控制和管理的全過程，實現(xiàn)可靠的全面控制和管理。

為了實現(xiàn)系統(tǒng)智能聯(lián)動，集成平臺同時采用ASCII編碼方式、NTP 協(xié)議、SNMP 協(xié)議、SDK工具以及嵌入式自動引擎，對第三方設(shè)備和子系統(tǒng)進行自動診斷和報警管理，在報警情況下自動激活行動計劃并實施應(yīng)急預(yù)案處理。利用數(shù)字電視墻控制技術(shù)和視頻源互聯(lián)數(shù)字組屏管理技術(shù)同時展現(xiàn)井下的視頻、電子地圖和應(yīng)急過程處理，實現(xiàn)三屏信息聯(lián)動，提高處理速度。聯(lián)動模塊采用模塊化設(shè)計對各類子系統(tǒng)進行無縫集成，在一個界面上實現(xiàn)對不同品牌、不同廠商、不同協(xié)議和不同控制方式的廣播、視頻、通訊系統(tǒng)和設(shè)備實現(xiàn)統(tǒng)一聯(lián)動。

7 結(jié)語

通過基于多源數(shù)據(jù)集成的煤礦應(yīng)急救援平臺的建設(shè)，棗礦集團實現(xiàn)了應(yīng)急救援與日常安全生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的集成，管理效益和經(jīng)濟效益已經(jīng)開始體現(xiàn)。系統(tǒng)的監(jiān)、控、查、管機制提高了針對緊急事件采取預(yù)防、預(yù)備、響應(yīng)和恢復(fù)的活動與計劃的能力。三屏聯(lián)動的展示布局方式有利于處理大量復(fù)雜信息，對異常信息能同時實現(xiàn)以聯(lián)動視頻跟蹤、語音提示和電子地圖閃爍等方式提醒調(diào)度值班人員關(guān)注。調(diào)度值班人員確認(rèn)并核實預(yù)警信號后，在應(yīng)急救援平臺中快速啟用應(yīng)急預(yù)案，快速綜合調(diào)用各種人防、技防和物防措施一體化處理。

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