煤礦通風(fēng)安全數(shù)據(jù)智能處理系統(tǒng)研究

王元莒

（1.山西大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，太原 030006；2.山西省產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展研究中心，太原 030001）

煤礦通風(fēng)安全數(shù)據(jù)智能處理系統(tǒng)研究

王元莒1,2

（1.山西大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，太原 030006；2.山西省產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展研究中心，太原 030001）

以煤礦通風(fēng)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)，研究開發(fā)煤礦通風(fēng)安全數(shù)據(jù)的智能處理系統(tǒng)，解決監(jiān)測數(shù)據(jù)人工分析周期長、精確度差的問題，實(shí)現(xiàn)煤礦通風(fēng)安全數(shù)據(jù)的快速、精確、可靠、自動(dòng)化分析。

煤礦；通風(fēng)安全；智能處理；海量數(shù)據(jù)

國家信息化建設(shè)的步伐推動(dòng)了煤炭企業(yè)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)基本可以覆蓋礦井各個(gè)關(guān)注點(diǎn)。通過監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，可以實(shí)時(shí)獲得各點(diǎn)的基本情況，為整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)提供了比較完善的保障體系。但對于采集數(shù)據(jù)的分析而言，現(xiàn)有的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)只能做到簡單的羅列，很多具體的分析任務(wù)均需要人工完成，而人工分析往往周期長、精確度差，無法避免失誤。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的不足，提高整個(gè)企業(yè)信息化程度，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加分析結(jié)果的精確度、可靠性，避免不必要的失誤，煤礦通風(fēng)安全數(shù)據(jù)的智能處理成為發(fā)展趨勢。

1 基于ETL的核心數(shù)據(jù)處理技術(shù)

ETL是數(shù)據(jù)的核心處理所在，也是煤礦通風(fēng)安全數(shù)據(jù)智能分析的基礎(chǔ)技術(shù)和理論基礎(chǔ)[1]。ETL過程是數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)加載過程的縮寫，英文描述是Extract-Transform-Load的過程，對于各個(gè)行業(yè)不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)來說，經(jīng)常會遇到大批量數(shù)據(jù)信息的處理、轉(zhuǎn)換和遷移[2]。ETL系統(tǒng)總體架構(gòu)圖見圖1。

圖1 ETL系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

圖1中，首先是數(shù)據(jù)抽取環(huán)節(jié)，包含了一些最基本的數(shù)據(jù)庫操作手段，由數(shù)據(jù)庫連接模塊連接ETL流程方案系統(tǒng)和各種異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，同時(shí)還包含了一些其他格式文件的連接模塊，比如文本、Excel等，良好的ETL流程方案也需要對這些文件進(jìn)行支持，這種操作獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫操作；其次是控制臺操作，提供了一些輔助方案來幫助ETL流程對抽取過程信息的查看[3]；再次是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，包含了一些對數(shù)據(jù)的處理環(huán)節(jié)，如字段映射、值映射、腳本控制等；最后是數(shù)據(jù)加載的過程，通過一個(gè)統(tǒng)一的任務(wù)或作業(yè)制定，由元數(shù)據(jù)來對基本數(shù)據(jù)和規(guī)則進(jìn)行定義和管理。在整個(gè)的ETL過程中，自始至終都貫穿著消息處理和日志處理，方便ETL用戶查詢到當(dāng)前的數(shù)據(jù)處理情況以及過程中遇到的問題，并進(jìn)行一定的日志記錄，方便用戶進(jìn)行一些處理技術(shù)的實(shí)施[4-5]。

2 核心數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本數(shù)據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用星形模型，見圖2，需對通風(fēng)安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析從時(shí)間、地點(diǎn)、傳感器類型三個(gè)維進(jìn)行。

1）對于時(shí)間可分為：年月日時(shí)分秒；年月；年月旬三個(gè)層次。

2）對于地點(diǎn)可分為：采區(qū)；采區(qū)工作面；采區(qū)工作面?zhèn)鞲衅靼惭b位置；傳感器類型四個(gè)層次。

3）對于傳感器可分為：瓦斯；一氧化碳；風(fēng)速三種類型,沒有層次要求[6]。

圖2 星形模型圖

3 應(yīng)用案例

以某煤礦為應(yīng)用對象，該礦分布在井下的600多處傳感器測點(diǎn)為信息提供單位，井下傳感器提供了礦山安全高效運(yùn)行的各類信息。該礦自動(dòng)化中心是信息執(zhí)行單位，完成各測點(diǎn)傳感器的調(diào)校，實(shí)測數(shù)據(jù)的采集，分發(fā)及推送。該礦通風(fēng)科ETL系統(tǒng)為通風(fēng)安全相關(guān)信息的處理單位，涉及通風(fēng)安全的各類由自動(dòng)化中心推送來的數(shù)據(jù)在該科完成數(shù)據(jù)篩分統(tǒng)計(jì)與智能分析，為遠(yuǎn)、近期通風(fēng)系統(tǒng)的工作安排提供決策信息和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。通風(fēng)科與自動(dòng)化中心共同完成信息管理，體現(xiàn)在：來自自動(dòng)化的數(shù)據(jù)需要在ETL系統(tǒng)分類存儲以便于數(shù)據(jù)挖掘與分析，而同時(shí)數(shù)據(jù)的備份維護(hù)則由自動(dòng)化中心完成。ETL系統(tǒng)運(yùn)行的具體表現(xiàn)：

1）系統(tǒng)主界面，見圖3。

圖3 系統(tǒng)主界面圖

2）管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。包括時(shí)間維度數(shù)據(jù)、地點(diǎn)維度數(shù)據(jù)、傳感器維度數(shù)據(jù)、事實(shí)數(shù)據(jù)、巷道截面積數(shù)據(jù)、傳感器配置數(shù)據(jù)、手工風(fēng)量數(shù)據(jù)、手工抽采量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是本系統(tǒng)的構(gòu)建基礎(chǔ)。圖4為管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)界面圖。

圖4 管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)界面圖

3）數(shù)據(jù)瀏覽。圖5為數(shù)據(jù)瀏覽界面圖。

圖5 數(shù)據(jù)瀏覽界面圖

4）統(tǒng)計(jì)分析。菜單“統(tǒng)計(jì)分析”下提供常用報(bào)表的輸出，系統(tǒng)所有統(tǒng)計(jì)報(bào)表均會輸出至Microsoft Excel。要求用戶在安裝本系統(tǒng)前提前安裝MicroSoft Excel 2003，目前其它版本Excel兼容性會有問題。系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)用戶選擇，打印多張表單。

5）管理用戶。圖6為管理用戶界面圖。

圖6 管理用戶界面圖

6）參數(shù)設(shè)置。軟件的參數(shù)被分為三類，一是系統(tǒng)類：包括短消息設(shè)備的通訊號碼列表和參數(shù)設(shè)置，曲線圖形的縱坐標(biāo)限設(shè)置，以及短信引擎、報(bào)預(yù)警引擎的使能，語音引擎的使能。如果勾選“自動(dòng)啟用報(bào)預(yù)警”則預(yù)報(bào)警模塊會隨系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，不需干預(yù)，使菜單“啟動(dòng)寶預(yù)警系統(tǒng)”失效，但是通過“停止報(bào)預(yù)警”菜單可以停止監(jiān)控模塊[7]。二是傳感器參數(shù)，包括截面大小，以及一些預(yù)警限。三是報(bào)警參數(shù)，用來設(shè)置個(gè)傳感器的報(bào)警限，方法是在列表框中雙擊某一傳感器，則系統(tǒng)彈出該傳感器的當(dāng)前報(bào)警限設(shè)置詳情讓用戶斟酌修改或添加[8]。圖7為參數(shù)設(shè)置界面圖。

圖7 參數(shù)設(shè)置界面圖

4 結(jié)束語

煤礦通風(fēng)安全數(shù)據(jù)智能處理系統(tǒng)在該煤礦的應(yīng)用中取得了良好的效果，顯著提高了通風(fēng)安全數(shù)據(jù)處理的效率、可靠性和精準(zhǔn)度，而且該系統(tǒng)操作簡單，使用方便，為煤礦信息化建設(shè)提供了新的方法，可在其他類似的煤炭推廣使用。

[1]楊杰，趙連剛，全芳.煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀及智能通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2015，41（11）：74-77.

[2] 黃啟江，陸宏東，賈少毅，等.煤礦安全生產(chǎn)信息集成智能手機(jī)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015，43（11）：101-106.

[3]張鵬鵬，俞阿龍，孫詩裕，等.多傳感器數(shù)據(jù)融合在礦井安全監(jiān)測中的應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化，2015，41（12）：5-8.

[4] 付貴祥，周紅軍，郭繼茹.基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦安全綜合智能預(yù)警系統(tǒng)[J].工礦自動(dòng)化，2014，40（4）：99-101.

[5]翟桂武，潘濤.煤礦智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)的研究與實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（8）：1530-1538.

[6] 彭渝，王安義.煤礦安全生產(chǎn)智能管理平臺設(shè)計(jì)與分析[J].工礦自動(dòng)化，2014，40（2）：80-83.

[7]鮑慶國，毛允德.智能礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].中國煤炭，2014，40（6）：124-126.

[8] 劉東.基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦智能體系設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2013（9）：61-64.

（編輯：樊 敏）

Intelligence Processing System of Ventilation Security Data in Mines

WANG Yuanju1,2
(1.School of Computer and Information Technology,Shanxi University,Taiyuan 030006,China;
(2.Shanxi Development Research Center of Industrial Technology,Taiyuan 030001,China)

Based on the monitoring data of ventilation security in mines,mass data processing technology was used to develop an intelligence processing system to solve problems of long period of manual analysis and poor accuracy,in order torealize the safe,accurate,reliable and automatic analysis on data ofthe ventilation securityin the mines.

mine;ventilation security;intelligence processing;mass data

TD724

A

1672-5050（2016）04-058-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.08.016

2016-04-07

王元莒（1973-），男，山西汾陽人，碩士，工程師，從事智能信息處理及科技管理工作。