神東安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

張云亮

(神東煤炭集團，陜西神木 719315)

0 引言

神東安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是安全監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，主要以公司局域網(wǎng)為基礎，在各礦井、洗煤廠設立數(shù)據(jù)采集服務器，將每個單位安全監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)通過相應的采集平臺傳輸?shù)叫畔⒅行牡陌踩O(jiān)控服務器，由服務器存儲、分析、處理后，通過公司局域網(wǎng)以Web方式展現(xiàn)發(fā)布的集成系統(tǒng)。

自神東安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)管理信息系統(tǒng)投入使用以后，經(jīng)歷過多次升級改造，目前系統(tǒng)運行雖然比較平穩(wěn)，但是系統(tǒng)在運行過程中遇到了“瓶頸”，已經(jīng)滿足不了當前聯(lián)網(wǎng)平臺的運行需求。

本次項目的主要目的，就是通過系統(tǒng)改造提升可以很好地提高安全監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、準確性和標準化性，進而更好地提高系統(tǒng)應用水平，從而滿足不斷發(fā)展的安全管理和信息化發(fā)展需求，為礦井的安全管理水平提供有力的系統(tǒng)保障。

1 聯(lián)網(wǎng)管理信息系統(tǒng)現(xiàn)狀和整體設計目標

1．1 聯(lián)網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀

神東煤炭集團安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是將各礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，通過神東內(nèi)網(wǎng)傳輸，存儲在公司安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的服務器中，用戶通過特定的網(wǎng)址及用戶名進行瀏覽查詢數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對公司各礦井的實時監(jiān)控。神東煤炭集團公司下屬13個井工礦井和11個洗煤廠，目前所有直屬部門均已經(jīng)實現(xiàn)信息化、工業(yè)化。其中煤礦6大系統(tǒng)中的安全監(jiān)控系統(tǒng)均已部署實施完畢，管理規(guī)范、職能高效保證了現(xiàn)代化礦井安全生產(chǎn)。

神東安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是以公司局域網(wǎng)為基礎，在各礦井、洗煤廠設立數(shù)據(jù)采集服務器，將每個單位安全監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)通過相應的采集平臺傳輸?shù)叫畔⒅行牡陌踩O(jiān)控服務器，由服務器存儲、分析和處理后，通過公司局域網(wǎng)以Web方式展現(xiàn)發(fā)布的集成系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程:①神東安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)于2005年投入使用，實現(xiàn)了原神東煤炭分公司9個礦井的監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)管理;②2007年公司根據(jù)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》(AQ1029－2007)要求，對公司安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實施了升級改造;③2009年5月神東煤炭集團成立后，原金烽、萬利公司各礦井的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)也與神東煤炭集團順利實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng);④2013年，公司根據(jù)神華集團《關于進一步完善安全監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的通知》(調度通知〔2013〕57號)要求，由山西精英科技股份有限公司對該系統(tǒng)做了升級，并簽訂了2015年駐現(xiàn)場運維合同對監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)再次進行了升級，增加了聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)異常報表、模擬量傳感器下限報警等功能，進一步完善了監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。目前系統(tǒng)運行雖然比較平穩(wěn)，但是也逐漸暴露出很多無法解決的問題。

目前的系統(tǒng)在運行過程中遇到了“瓶頸”，已經(jīng)滿足不了當前聯(lián)網(wǎng)平臺的需求。需要通過系統(tǒng)地改造提升，更好地提高安全監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、準確性、標準化系統(tǒng)應用水平。

1．2 整體設計目標

打造神東自主的安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，神東煤炭集團安全監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺是一個協(xié)同管控平臺，涉及礦山安監(jiān)數(shù)據(jù)庫與監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)應用之間的信息共享和各部門間協(xié)同工作，以權限控制和流程化管理為基準，以安監(jiān)所涉及的各專業(yè)信息為內(nèi)容，以網(wǎng)絡共享和終端通訊為信息發(fā)布模式，從而做到及時、有效、便捷的溝通和決策。系統(tǒng)具備分布式處理、數(shù)據(jù)挖掘、實時數(shù)據(jù)庫、地圖開放平臺、數(shù)據(jù)推送機制、數(shù)據(jù)續(xù)傳等功能技術。

2 安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)管理信息系統(tǒng)分析

2．1 系統(tǒng)架構

軟件平臺是整個安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺的核心部分，為了保證整個系統(tǒng)更好、更穩(wěn)定地運行，該系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境是一個基于J2EE的開發(fā)平臺，能夠把前臺和后臺開發(fā)人員的工作完全分離，保證高效率及低成本的開發(fā)。煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)以J2EE規(guī)范作為實現(xiàn)的基礎，采用當前較為成熟的表示邏輯、業(yè)務邏輯、數(shù)據(jù)邏輯的分布應用多層技術，即瀏覽器層、應用服務器層、數(shù)據(jù)庫和業(yè)務邏輯層。Web框架系統(tǒng)運行在Web服務器中，業(yè)務邏輯運行在應用服務器中。通過構建B/S架構模式設計該煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。B/S模式即為瀏覽器/服務器模式，主要由瀏覽器、Web服務器、應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器構成?？蛻舳说臑g覽器通過URL訪問Web服務器，Web服務器請求數(shù)據(jù)庫服務器，并將獲得的結果以HTML的形式返回給客戶端瀏覽器。監(jiān)測人員可通過客戶端瀏覽器，實現(xiàn)對煤礦安全的監(jiān)測監(jiān)控管理。信息系統(tǒng)構架如圖1所示。

圖1 安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)管理信息系統(tǒng)架構圖

2．2 安全監(jiān)控數(shù)據(jù)采集平臺

KJ系統(tǒng)按照《神東煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)技術要求》以文件的方式生成安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，煤礦登錄開啟數(shù)據(jù)采集程序，采集程序處理KJ系統(tǒng)在礦端機上生成的實時數(shù)據(jù)等安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，采集程序首先判斷礦端機和實時數(shù)據(jù)庫以及oracle數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡通斷狀態(tài)，如果網(wǎng)絡狀態(tài)不通則暫停數(shù)據(jù)的解析處理，將數(shù)據(jù)放在待解析文件夾下，等待網(wǎng)絡通后續(xù)傳;如果網(wǎng)絡狀態(tài)良好則進行文件的解析，看生成的文件能否被解析，若不能被解析則重新進行3次解析，一直不能被解析則將文件移動到異常文件夾內(nèi)，并記錄日志，方便后續(xù)進行問題查找，若可以解析，則判斷測點數(shù)據(jù)是否存在，若不存在則進行測點的新增并且進行日志的記錄，然后將數(shù)據(jù)寫入實時數(shù)據(jù)庫、oracle關系數(shù)據(jù)庫;其中oracle關系數(shù)據(jù)庫只保存基本信息和最新的實時數(shù)據(jù)，這樣通過采集程序將KJ系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)存儲進行實時數(shù)據(jù)庫和oracle數(shù)據(jù)庫。程序提供了強大的日志記錄，方便對異常文件的處理。數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。

為保證系統(tǒng)的及時性、準確性和高效性，數(shù)據(jù)存儲、分析及展現(xiàn)需按照多層架構模式分布處理，摒棄傳統(tǒng)的單服務器處理方式，采用多硬件為基礎，軟件為支撐的解決方案來處理日益增長的大數(shù)據(jù)，主要技術手段如下:①采用瑞中的實時數(shù)據(jù)庫，進行實時數(shù)據(jù)的存儲，提高數(shù)據(jù)的存儲量和存儲時間;②數(shù)據(jù)采集、存儲、分析展現(xiàn)等過程分離，建立高效的采集、存儲方式，滿足大量實時數(shù)據(jù)發(fā)布和歷史數(shù)據(jù)存儲;③采集平臺對實時和歷史數(shù)據(jù)存儲、處理和查詢分開，保證實時數(shù)據(jù)獨享資源，提高系統(tǒng)實時性。

圖2 數(shù)據(jù)采集程序運行流程圖

數(shù)據(jù)采集平臺提供分布式存儲和續(xù)傳功能，通過在礦端采集過程中對將要上傳的數(shù)據(jù)添加時間戳，監(jiān)測到網(wǎng)絡不順暢的情況下可以將數(shù)據(jù)進行本地存儲，同時由于在30 s內(nèi)沒有收到解析數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將會對測點進行斷網(wǎng)日志的記錄，網(wǎng)絡順暢后重新將帶有時間戳的數(shù)據(jù)上傳至服務端，同時將這個時間段內(nèi)的測點信息進行標記，在曲線上可以清楚地看到哪些數(shù)據(jù)是續(xù)傳數(shù)據(jù)。

2．3 平臺架構模式與網(wǎng)絡聯(lián)結原則

為提升軟件較高的表現(xiàn)性能，平臺采取C/S+B/S兩種架構模式，要求在調度室安裝C/S客戶端軟件，該軟件提供聯(lián)網(wǎng)應有的全部功能，滿足平臺要求的穩(wěn)定性、高效處理性等軟件工程規(guī)范要求。同時為滿足領導和業(yè)務部門對礦方安全生產(chǎn)的了解需求，須對業(yè)務需求進行定制開發(fā)，基于web的B/S架構模式軟件，客戶端只需要通過瀏覽器即可訪問。

平臺采用統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，網(wǎng)絡聯(lián)結遵循下級用戶服從上級用戶、上級用戶供數(shù)據(jù)格式與傳輸技術的原則;網(wǎng)絡應用軟件系統(tǒng)應具備自動搜索跟蹤瓦斯超限、停風區(qū)域，監(jiān)測顯示瓦斯?jié)舛群蛥^(qū)域斷電報警;綜合實時監(jiān)測報警，直觀顯示監(jiān)測、運行狀態(tài);隱患報警、網(wǎng)絡跟蹤調度;分類查詢、匯總;聯(lián)網(wǎng)通訊中斷自動監(jiān)測;分級授權、權限分級管理;手機短信等功能。

2．4 在線監(jiān)測平臺的功能

實時監(jiān)測監(jiān)控:實時測點監(jiān)測;實時列表監(jiān)測;動態(tài)圖形監(jiān)控;安全報警信息;組合報警監(jiān)測;煤礦聯(lián)網(wǎng)狀態(tài);測點變動實時提醒。

報警管理:報警信息管理;組合報警配置;語音報警設置;手機短信報警設置;模擬量報警分級別顯示。

報表功能:報表網(wǎng)簽功能、傳感器基本信息，開關量報警查詢，模擬量報警查詢，組合報警查詢，故障查詢，測點變化查詢，組合測點變化查詢，開關量傳感器統(tǒng)計，模擬量傳感器統(tǒng)計，傳感器樹形結構，報警次數(shù)月統(tǒng)計，故障次數(shù)月統(tǒng)計。

安全設置:傳感器信息配置;組合報警信息配置;多級風機組合配置;區(qū)域報警配置;標校配置;報警等級;條件配置;礦井信息配置(礦級編碼，井口編碼);推送信息配置;圖形上傳管理以及測點綁定;報表配置。

系統(tǒng)管理:用戶管理;權限管理;煤礦基礎信息管理。

數(shù)據(jù)查詢:煤礦聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)查詢;監(jiān)控設備故障查詢;模擬量報警信息查詢;開關量報警信息查詢;實際報警信息查詢;誤報警信息查詢;標校信息查詢;傳感器信息查詢;報警分類查詢;分站和網(wǎng)絡造成的數(shù)據(jù)中斷分類統(tǒng)計;傳感器故障按照是否有無計劃的統(tǒng)計區(qū)分;24 h預報警數(shù)據(jù)查詢;測點定義變動查詢;預報警數(shù)據(jù)查詢;歷史曲線查詢、歷史曲線對比、聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)管理。

其他功能:實現(xiàn)系統(tǒng)門戶功能。

系統(tǒng)展現(xiàn):展示礦井的分布、礦井的連接狀態(tài)、礦井總體報警信息等內(nèi)容。在Web上單擊某一煤礦，有報警時會顯示該礦的安全監(jiān)控設備布置圖，并將報警點定位到相應的位置。在沒有報警時，用戶可以查看煤礦的煤礦設備布置圖。

2．5 平臺的優(yōu)點和達到的效果

避免“死數(shù)據(jù)”:研究安全監(jiān)測管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸機制，研究數(shù)據(jù)傳輸過程中由各種原因引起的數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)不匹配。數(shù)據(jù)存儲、分析及展現(xiàn)按照多層架構模式分布處理，采用實時數(shù)據(jù)庫，對安全監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析、挖掘，利用數(shù)據(jù)模型對大量數(shù)據(jù)進行推理、判斷，為井下生產(chǎn)提供智能決策。完善系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的自定義設置，解決對于以前聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的“死數(shù)據(jù)”問題，做到能夠對數(shù)據(jù)進行二次挖掘，從而滿足自己多方面需求分析。

自定義報警:研究安全監(jiān)測系統(tǒng)的自定義組合報警功能及展現(xiàn)方式，完成對現(xiàn)有安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的升級改造，實現(xiàn)自定義報警分等級管理，對不同類型測點進行自定義設定報警分級條件。

組合報警:可根據(jù)用戶設置的組合，進行邏輯分析并給出分析結果，并伴有相關報警或提示，實現(xiàn)靈活組合報警。用戶根據(jù)自身的情況，在某一區(qū)域內(nèi)將若干個傳感器配置到一起，當滿足一定條件時提示區(qū)域報警。

綜合報警信息處理:集報警信息、礦井分布示意圖、實時曲線和網(wǎng)絡通斷于一體;自動根據(jù)最高報警等級實時切換礦井分布區(qū)域背景色(紅色高級報警、黃色中級報警、藍色低級報警)，實時更新報警數(shù)量和網(wǎng)絡通斷情況，并自動切換展示當前最高報警的曲線，進行語音報警通知。

3 結語

安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)管理信息系統(tǒng)項目已經(jīng)完成并達成預期目標。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，規(guī)范了子系統(tǒng)接口協(xié)議，解決現(xiàn)有協(xié)議格式多而雜，數(shù)據(jù)信息少、不精確等一系列問題，統(tǒng)一了集團下屬礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)技術規(guī)范與接口規(guī)范。研究了安全監(jiān)測管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸機制，分析了數(shù)據(jù)傳輸過程中由各種原因引起的數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)不匹配。解決了數(shù)據(jù)在采集到展示等過程中出現(xiàn)的效率低下，延遲誤差。通過研究實時數(shù)據(jù)庫在補連塔煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)方面的應用，提出關于對安全監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析、挖掘，利用數(shù)據(jù)模型對大量數(shù)據(jù)進行推理、判斷，為井下生產(chǎn)提供了智能決策。完善系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的自定義設置，解決對于以前聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的“死數(shù)據(jù)”問題，做到能夠對數(shù)據(jù)進行二次挖掘，從而滿足自己多方面需求分析。研究安全監(jiān)測系統(tǒng)的自定義組合報警功能及展現(xiàn)方式，完成對現(xiàn)有安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的升級改造。提出聯(lián)網(wǎng)平臺整體架構，采取多樣架構，做到多架構共存，保證平臺長時間運行的高效性和穩(wěn)定性。