煤礦瓦斯分級報警系統(tǒng)設(shè)計

奚冬芹

摘要：針對目前煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的不足，該文設(shè)計了煤礦瓦斯分級報警系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的功能，并對系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行了闡述。

關(guān)鍵詞：煤礦；瓦斯；分級；報警；系統(tǒng)

中圖分類號： TD76 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0186-02

煤炭在我國的一次性能源結(jié)構(gòu)中一直處于絕對主要位置，由50年代的高達90%演變至今仍占到70%左右，據(jù)《中國可持續(xù)能源發(fā)展戰(zhàn)略》研究報告稱，至2050年煤炭所占比例仍不會低于50%。

瓦斯事故是煤礦發(fā)生最頻繁以及危害最大的事故，它制約煤礦安全發(fā)展和可持續(xù)性發(fā)展，也影響社會穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計2004年至2013年期間，我國煤礦共發(fā)生重特大事故300起，死亡人數(shù)為6680人。其中，重特大瓦斯事故為187起，共死亡4445人[1]，因而煤礦必須做好瓦斯防治工作。利用計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊等現(xiàn)代高科技手段，將煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實時監(jiān)控煤礦安全生產(chǎn)狀況，出現(xiàn)安全異常時自動報警并向相關(guān)責(zé)任人發(fā)出報警短信，可以最大程度地降低瓦斯事故的發(fā)生[2]。

目前煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在一些問題，具體如下：

1）大多系統(tǒng)都是依據(jù)國家相關(guān)標準中規(guī)定的報警、斷電門限進行瓦斯超限處理，當瓦斯?jié)舛冗_到報警門限時系統(tǒng)發(fā)出報警提示并發(fā)送短信到相關(guān)人員手機；當瓦斯?jié)舛冗_到斷電濃度時，切斷礦井相關(guān)區(qū)域的電源。這種不分級別的瓦斯超限處理方式，使得報警無法分級響應(yīng)，也喪失了提前處理的時機。

2）煤礦井下測點眾多，每個測點都有發(fā)生瓦斯超限的可能，因而報警的情況是時有發(fā)生的。同時因為一些操作還會引起特殊情況，如煤礦井下放炮時會引起瓦斯?jié)舛人查g升高，一般會在較短時間內(nèi)下降到安全值；煤礦井下設(shè)備（如分站、傳感器等）維修也可能會造成短時間內(nèi)的瓦斯假超限情況。以上各種情況因為系統(tǒng)沒有分級處理因而都將引起報警，不利于相關(guān)人員及時掌握真正的瓦斯報警情況。

本文設(shè)計了煤礦瓦斯分級報警系統(tǒng)，利用現(xiàn)有KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，對實時采集的瓦斯數(shù)據(jù)進行分析處理，將達到各級報警門限的數(shù)據(jù)根據(jù)不同的報警級別系統(tǒng)進行報警提示并發(fā)送相關(guān)短信到對應(yīng)報警級別的責(zé)任人手機，實現(xiàn)瓦斯的分級報警、分級響應(yīng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煤礦瓦斯分級報警系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.所示：橫線下方為利用已有的KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通過分站將瓦斯傳感器采集到的煤礦井下現(xiàn)場瓦斯數(shù)據(jù)收集起來供煤礦瓦斯分級報警系統(tǒng)使用。煤礦瓦斯分級報警系統(tǒng)將收集到的數(shù)據(jù)進行分析處理，將各級報警信息在終端上顯示并自動發(fā)送報警信息短信給相關(guān)責(zé)任人。

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能如圖2所示，由以下幾個功能模塊組成：用戶管理模塊，瓦斯報警分級設(shè)置模塊，瓦斯分級報警顯示模塊和短信發(fā)送模塊。

1） 用戶管理：實現(xiàn)用戶信息的增加、修改和刪除操作。需要維護的用戶包括操作系統(tǒng)的使用者以及接受瓦斯分級報警短信的各部門相關(guān)責(zé)任人員。

2） 瓦斯報警分級設(shè)置：實現(xiàn)各級瓦斯報警的門限設(shè)置，根據(jù)瓦斯報警的不同嚴重程度設(shè)置與之相對應(yīng)的不同瓦斯報警門限，當瓦斯?jié)舛冗_到某個報警門限時觸發(fā)系統(tǒng)進行具體級別的瓦斯報警提示以及進行短信自動發(fā)送。

3） 瓦斯分級報警顯示：瓦斯報警產(chǎn)生時系統(tǒng)將立即進行提示，并通過不同的顏色和語音來區(qū)分報警等級以方便用戶第一時間掌握瓦斯報警信息；系統(tǒng)提供歷史分級報警信息查詢功能，以方便用戶排查問題。

4） 短信發(fā)送：實現(xiàn)報警短信設(shè)置、手動發(fā)送信息、發(fā)送記錄查詢功能。報警短信設(shè)置為不同級別報警信息設(shè)置需要其自動發(fā)送的不同級別、不同業(yè)務(wù)部門的相關(guān)責(zé)任人；需要設(shè)置具體部門的相關(guān)責(zé)任人接受哪些級別的報警信息，以及用于接受短信的手機號，手機號碼必須正確以保證短信正常接受。除了自動發(fā)送報警信息，系統(tǒng)還提供手動發(fā)送信息功能，管理員可以向需要接受信息的責(zé)任人發(fā)送相關(guān)短信。系統(tǒng)提供所有的短信（自動發(fā)送和手動發(fā)送）發(fā)送記錄查詢功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1瓦斯分級報警

本系統(tǒng)將瓦斯報警劃分為4個等級，等級越高其危害程度越嚴重：

初級報警：瓦斯報警、斷電門限值比國家相關(guān)標準（如《煤礦安全規(guī)程》、《AQ1029-2007煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》）規(guī)定的值要低。出現(xiàn)一級報警時系統(tǒng)語音報警并彈出藍色文字提示信息，向通風(fēng)區(qū)長、分管區(qū)長、通風(fēng)工區(qū)當日值班班長、分管隊長、監(jiān)控隊長等發(fā)送報警短信。

一級報警：瓦斯?jié)舛冗_到國家相關(guān)標準時發(fā)生一級報警；系統(tǒng)語音報警并彈出黃色文字提示信息，向通風(fēng)區(qū)長、分管區(qū)長、通風(fēng)工區(qū)當日值班班長、分管隊長、監(jiān)控隊長等發(fā)送報警短信。

二級報警：瓦斯?jié)舛瘸^國家相關(guān)標準，并涉及局部區(qū)域事態(tài)較為嚴重的報警為二級報警；系統(tǒng)語音報警并彈出橙色文字提示信息，除了向一級報警涉及人員發(fā)送報警短信，還需向礦長、總工程師、安監(jiān)處長、礦相關(guān)業(yè)務(wù)部門等發(fā)送報警短信。

三級報警：瓦斯?jié)舛葒乐爻^國家相關(guān)標準，并可能涉及整個采區(qū)、整個礦井事態(tài)十分嚴重的報警為三級報警；系統(tǒng)語音報警并彈出紅色文字提示信息，除了向一級、二級報警涉及人員發(fā)送報警短信，還需向集團公司董事長、總經(jīng)理、安監(jiān)局長、通風(fēng)部、集團公司相關(guān)部門等發(fā)送報警短信。

3.2報警短信發(fā)送

GSM（全球移動通訊系統(tǒng)）是我國目前覆蓋范圍最廣的移動通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。SMS（短信息服務(wù)）是基于GSM的一項增值服務(wù)，手機之間通過SMS進行短信通訊，其價格低廉且服務(wù)穩(wěn)定。SMS除了實現(xiàn)手機用戶之間的通信外，目前還被廣泛地應(yīng)用在遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、電子商務(wù)、辦公自動化等領(lǐng)域[3]。本系統(tǒng)使用GSM的SMS將各級瓦斯報警信息發(fā)送到相關(guān)責(zé)任人的手機。

4 結(jié)語

本文對煤礦瓦斯分級報警系統(tǒng)設(shè)計進行了探討，系統(tǒng)將瓦斯超限引發(fā)的報警劃分為四個等級，對瓦斯報警信息的分級細化處理將減少誤報警的發(fā)生，提高瓦斯報警的處理效率，從而將在一定程度上降低瓦斯事故的發(fā)生有利于煤礦安全發(fā)展。

參考文獻：

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摘要：建設(shè)具有特色高職高專院校，必須要具有一流的教學(xué)水平，教育部每年都要組織專家對精品課程進行評估與審核，精品課程建設(shè)關(guān)系到高校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的重要內(nèi)容。高職高專院校高清錄播教室系統(tǒng)如何科學(xué)、規(guī)范 、合理地設(shè)計與建設(shè)，要實現(xiàn)什么功能，對提高錄制的精品課程質(zhì)量意義重大。

關(guān)鍵詞：高清錄播教室；系統(tǒng)；精品課程；錄制

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0179-03

優(yōu)質(zhì)的精品課程必須符合教育教學(xué)的普遍規(guī)律，體現(xiàn)了科學(xué)性和先進性的現(xiàn)代教育理念，并具有鮮明特色。教育部教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的一項重要建設(shè)內(nèi)容就是精品課程建設(shè)，它是彰顯高職高專院校一流教學(xué)水平和辦學(xué)特色的亮點，教育部每年都要組織精品課程專家對立項建設(shè)院校進行審核與評估。在各種檔次、各類形式錄播教室建設(shè)風(fēng)起云涌的今天，本文就高職高專院校建設(shè)合理、實用的高清錄播教室進行方案初探。

1 總體要求

根據(jù)教育信息化的總體規(guī)劃，及說課比賽、資源建設(shè)的實際需求，高職高專院校高清錄播教室建設(shè)要求采用1臺廣播級專業(yè)攝像機和三臺高清云臺一體機（不低于1080P），搭配專業(yè)控制云臺，不低于8路高清信號采集，通過自動、手動導(dǎo)播智能切換，同時根據(jù)錄制需要，對教室做整體聲學(xué)處理和裝飾改造，考慮到教室環(huán)境，還需要進行燈光補充改造，以達到最佳攝錄效果。同時考慮到要盡量減少聽課、觀摩的人員對課堂現(xiàn)場的影響，還需要建設(shè)1間控制觀摩室。

全自動高清錄播教室須滿足具有錄制高清畫質(zhì)、并兼容全自動和手動操作設(shè)備的精品課教學(xué)、微課教學(xué)等實時錄像制作系統(tǒng)和校園電視直播系統(tǒng)，能夠依托學(xué)校的教學(xué)資源管理平臺、校園網(wǎng)和Internet網(wǎng)，以滿足學(xué)校優(yōu)質(zhì)課和微課錄制、公開課堂教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)直播、點播和資源下載等功能的需要。同時需要考慮高清錄播教室設(shè)備操作起來要方便，系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性要達到保證；用于網(wǎng)上學(xué)習(xí)瀏覽的視頻圖像也必須具有高清標準的畫面效果和較好的播放流暢性。

具體如下要求：

1）全自動課程錄播系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)從實際狀況和使用功能著手，既要滿足經(jīng)濟實用、技術(shù)先進的要求，還要考慮到可擴充、調(diào)整的余地，以便以后升級系統(tǒng)，同時兼顧維修管理方便的特點。

2）系統(tǒng)應(yīng)滿足國家精品視頻公開課拍攝制作技術(shù)標準（2013年版）及省教育廳“曬課”課程錄制標準的要求，支持全高清1080P，兼容半高清和標清，視頻編碼格式為H.264，音頻編碼格式AAC，錄制的聲音清晰，聲音和畫面同步，無交流噪音或其他雜音等缺陷，無失真、噪聲雜音干擾，支持MP4格式封裝。

3）系統(tǒng)控制、應(yīng)用軟件的操作、顯示界面應(yīng)完全漢化，以便于管理人員操作與使用，選用的設(shè)備應(yīng)提供品牌、功能等說明，列出設(shè)備、材料清單，并提供設(shè)備、材料的名稱、品牌、型號規(guī)格、主要技術(shù)參數(shù)、外形尺寸、單價、制造商及產(chǎn)地。相應(yīng)系統(tǒng)須接入校園網(wǎng)。

4）設(shè)置專門的服務(wù)器，建立教學(xué)資源管理平臺，對教學(xué)資源進行統(tǒng)一管理和分配；要與錄播室無縫對接，自動上傳錄播視頻和其他教學(xué)資料；能夠?qū)崿F(xiàn)直播、點播和資源下載功能。

5）建立錄播控制室（觀摩室）。根據(jù)控制和管理的需要，須建立控制室。將轉(zhuǎn)播控制設(shè)備及服務(wù)器放到錄播控制室，并用于實時觀看和控制錄播情況。

6）實現(xiàn)高清視頻直播、點播。把高清錄播室接入現(xiàn)有的校園網(wǎng)中（采用光纖或超六類網(wǎng)線）。校園網(wǎng)或Internet網(wǎng)中用戶能通過計算機進行視頻直播、點播，有較好的流暢性。

7）按照國家規(guī)范和標準有關(guān)要求，即“國標”要求對系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)備配置、施工、安裝、測試等設(shè)計方案進行科學(xué)合理的論證。

8）系統(tǒng)的控制、通訊接口應(yīng)符合統(tǒng)一的互聯(lián)標準及技術(shù)協(xié)議的要求，具有較高的集成功能。

9）高清錄播教室應(yīng)預(yù)留接口，兼容學(xué)校有線電視系統(tǒng)。

10）應(yīng)按照以人為本的原則，要求做到安全、舒適、方便。系統(tǒng)除了應(yīng)當具有設(shè)備的標準化、技術(shù)的先進性、系統(tǒng)的可擴展性和可靠性、網(wǎng)絡(luò)的開放性等要求外，還應(yīng)進行精心的集成優(yōu)化和設(shè)計，構(gòu)筑成既具有現(xiàn)代化系統(tǒng)構(gòu)成，又有人文化操作的學(xué)校輔助教學(xué)系統(tǒng)。

2 專業(yè)錄播系統(tǒng)方案建設(shè)建議

1）優(yōu)質(zhì)課和微課資源建設(shè)：完成學(xué)校優(yōu)質(zhì)課資源、微課等錄制，作為優(yōu)質(zhì)資源進行存儲、交流和共享。

2）教師個人課堂資源建設(shè)：教師可以自行對個人課堂教學(xué)過程進行實錄，經(jīng)過整理后的課堂教學(xué)的資源，可以進行教學(xué)比賽、課堂教學(xué)研討、評估評價等，通過網(wǎng)絡(luò)管理監(jiān)控更方便、準確、客觀。

3）開展課堂教學(xué)績效評估管理：各個學(xué)?？赏ㄟ^高清錄播教室進行教學(xué)評估管理與績效考核。首先，學(xué)?？梢酝ㄟ^規(guī)定，讓教師每學(xué)期自行錄制一定數(shù)量的微課，并且進行整理挑選，開展好課評比；其次，學(xué)校均可通過網(wǎng)絡(luò)進行所有的聽課和評課，形成教研活動數(shù)據(jù)庫；最后，可以借助網(wǎng)絡(luò)平臺，達到教學(xué)資源共享平衡。這些研習(xí)舉措將會大大提高教師教學(xué)水平。

4）依托校園網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和教育資源平臺，建立“大課堂”，學(xué)生上課可以收看直播，課后還可以通過互聯(lián)網(wǎng)在寢室甚至家里進行點播，搭建起學(xué)生遠距離享受名師名家教學(xué)資源的主動學(xué)習(xí)空間，更加鞏固已有知識技能。

3 專業(yè)錄播系統(tǒng)的功能要求

高清錄播教室要求能用自動和手動兩種方式，準確、靈活、清晰的把課程教學(xué)實況錄制下來，并通過網(wǎng)絡(luò)進行實時直播，課程結(jié)束后，還可讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)空間進行點播和觀摩。要求錄播系統(tǒng)具有B/S架構(gòu)資源管理平臺，平臺具有多級管理功能，支持通過網(wǎng)絡(luò)點播和點評。

3.1 圖像定位主機的功能要求

1）采用圖像空間分析采集技術(shù)的自動跟蹤系統(tǒng)及人體行為分析、二位立體空間（專利技術(shù)）定位和攝像跟蹤技術(shù)，可將整個教室空間全景化，分別從目標追蹤識別、運動預(yù)測模型、目標自動聚類識別、人體姿勢分析、人臉識別、景深檢測、圖像重建等多種圖像分析手段進行智能判別，實現(xiàn)準確定位。跟蹤必須采用4機位及以上（實現(xiàn)老師、學(xué)生、板書之間的切換；減少垃圾鏡頭：垃圾鏡頭指在上課過程中鏡頭出現(xiàn)拉伸搖移）。采用老師無需佩戴任何輔助設(shè)備，也無需在座椅安裝輔助設(shè)施，最大限度地保證教學(xué)過程不受外界因素干擾。

10）網(wǎng)絡(luò)教研功能

系統(tǒng)具有“打點”與“評估”等在線教研功能，教師或?qū)＜铱梢砸罁?jù)任課教師和微格教學(xué)的課堂視頻，教學(xué)設(shè)計等對課堂教學(xué)過程或其中的一個環(huán)節(jié)進行在線的診斷評價等網(wǎng)絡(luò)教研活動，并具有及時網(wǎng)絡(luò)在線交流功能。

11）在線課堂網(wǎng)絡(luò)遠程教學(xué)功能

在線課堂實況直播觀摩：通過教育網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，各教研單位和學(xué)院、學(xué)校有收看權(quán)限的用戶通過該功能應(yīng)用，既能夠自主收看本地教學(xué)畫面，也可以收看其他任一聯(lián)網(wǎng)學(xué)校的授課情況，以達到遠程聽課學(xué)習(xí)，互相觀摩教學(xué)的需要，收看過程中，不影響各本地教室的正常授課。各點直播內(nèi)容可通過發(fā)布功能，實時轉(zhuǎn)播到校園網(wǎng)、城域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)上，提供教學(xué)觀摩和展示比賽?？膳c安徽教育廳在線課堂實現(xiàn)無縫對接。

12）自動課表功能

系統(tǒng)可以根據(jù)編輯好的課表自動完成課程錄制并上傳到資源平臺。

13）高級配置功能

系統(tǒng)支持平臺使用人員及單位屬性的配置，能更方便地與學(xué)校管理系統(tǒng)對接，包含：①機構(gòu)、部門、崗位設(shè)置；②人員、年級及學(xué)科設(shè)置；③設(shè)備、全局及服務(wù)器設(shè)置；④類型及用戶管理設(shè)置。

14）校長評估功能

可對課堂紀律、上課內(nèi)容、老師儀表教學(xué)點評：對教學(xué)課堂可手動錄制點評。通過評估主遙控，控制鏡頭變倍，變焦等變化，根據(jù)需要錄制各種角度課堂教學(xué)或演講等素材。巡視：主系統(tǒng)對各個監(jiān)控點可輪流進行循環(huán)視收聽監(jiān)控點的實際情形，整體了解全校教學(xué)秩序。實時轉(zhuǎn)播：將某個班級教學(xué)實況實時轉(zhuǎn)播給任意班級，同時插入聲音和圖像。校長講話：主系統(tǒng)可通過演播設(shè)備對各個監(jiān)控點實行電視講話等現(xiàn)場直播節(jié)目，并實時播放。輔助教學(xué)：將教學(xué)課件通過主系統(tǒng)傳到各個教室進行教學(xué)演示，實現(xiàn)多媒體計算機輔助教學(xué)。功能控制：主系統(tǒng)對各種攝像放像資源實行音量調(diào)節(jié)等控制。

精品課程建設(shè)可以有效提高教師教學(xué)水平與教研能力，對提升教學(xué)質(zhì)量意義十分重大，是高職高專院校教學(xué)改革的重要內(nèi)容。全自動高清錄播教室建設(shè)，是精品課程建設(shè)的動力和重要保障條件，它的合理設(shè)計、科學(xué)建設(shè)，將促成高職高專院校的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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