煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集系統(tǒng)的研究與設計

毛開江

(應急管理部信息研究院，北京市朝陽區(qū)，100029)

黨的十九大報告中明確要求 “樹立安全發(fā)展理念，弘揚生命至上、安全第一的思想，健全公共安全體系，完善安全生產責任制，堅決遏制重特大安全事故，提升防災減災救災能力”[1]?！吨泄仓醒雵鴦赵宏P于推進安全生產領域改革發(fā)展的意見》要求“構建國家、省、市、縣四級重大危險源信息管理體系，對重點行業(yè)、重點區(qū)域、重點企業(yè)實行風險預警控制，有效防范重特大生產安全事故”[2]。應急管理部黨組書記黃明在2019年5月23日全國應急管理科技和信息化會議上明確提出，要著力提升監(jiān)測預警能力，用好物聯(lián)網技術，實時感知風險，推進應急管理科技信息化工作跨越式發(fā)展。國家煤礦安全監(jiān)察局局長黃玉治在煤礦安全監(jiān)察信息化工作座談會上的講話指出，要加快推進煤礦安全生產風險監(jiān)測預警系統(tǒng)建設，加快推進與煤礦的聯(lián)網工作，對可能發(fā)生事故的發(fā)展趨勢作出超前研判，及時采取有效應對措施。如果煤礦關鍵數(shù)據(jù)上不來，系統(tǒng)聯(lián)不上，實現(xiàn)監(jiān)測預警則缺乏數(shù)據(jù)基礎，因此對煤礦感知數(shù)據(jù)進行采集、匯總以及展示，為煤礦安全生產綜合信息化管理提供重要的數(shù)據(jù)支撐和基礎保障意義重大。

本文通過分析當前各省級煤礦安全監(jiān)察局聯(lián)網現(xiàn)狀和聯(lián)網方式，研究設計了一套煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集系統(tǒng)，為精準執(zhí)法、提升事故防控預警和應急處置能力、強化落實煤礦企業(yè)安全生產主體責任提供了精準的數(shù)據(jù)支撐。

1 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網現(xiàn)狀分析

“十三五”期間，全國各個省級煤礦安全監(jiān)察局相繼開展了煤礦監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網相關信息化建設，其中山東煤礦安監(jiān)局開展了煤礦安全遠程監(jiān)管監(jiān)察信息化平臺建設，為形成整套的行業(yè)應用標準和大規(guī)模推廣打下了基礎，具有明顯的典型和示范作用[3]；內蒙古煤礦安監(jiān)局建成了煤礦信息化綜合信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)是按照“一中心三系統(tǒng)”(一個數(shù)據(jù)中心、煤礦安全監(jiān)察信息系統(tǒng)、煤礦安全監(jiān)管信息系統(tǒng)、企業(yè)安全管理系統(tǒng))進行的頂層設計，具有很強的實用性[4]；云南煤礦安監(jiān)局建設了煤礦安全監(jiān)察局煤礦事故風險分析平臺，該平臺集成了煤礦安全生產管理、安全監(jiān)察、煤礦監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、重大設備等信息，利用云技術和大數(shù)據(jù)分析技術，通過建立災害事故分析模型對事故風險進行分析，為防范煤礦重特大事故提供了技術支撐[5]；重慶煤礦安監(jiān)局建設了煤礦事故風險分析平臺，以互聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)技術為基礎,將煤礦基本情況、基礎數(shù)據(jù)、工業(yè)視頻、安全監(jiān)控、人員定位、隱患排查等信息融為一體,為開展事故風險分析評估等工作提供了有效手段[6]；河北煤礦安監(jiān)局建設了煤礦安全監(jiān)察應用系統(tǒng)，實現(xiàn)了煤礦監(jiān)管監(jiān)察的信息化管理[7]。通過對各個省級煤礦安全監(jiān)察局的煤礦監(jiān)管監(jiān)察信息化建設情況進行分析，各個省級煤礦安全監(jiān)察局系統(tǒng)都對煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)進行了采集，采集內容基本一致，但采集方式各有不同。

1.1 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網內容

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網內容主要以煤礦安全生產在線監(jiān)測聯(lián)網備查系統(tǒng)通用技術要求和數(shù)據(jù)接入標準(試行)(安監(jiān)總廳規(guī)劃〔2016〕138號)以及《煤礦感知數(shù)據(jù)采集規(guī)范》(應急科信辦〔2019〕3號)要求的內容為主，井工礦主要包括工業(yè)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、安全(瓦斯抽采)監(jiān)控數(shù)據(jù)、井下作業(yè)人員管理數(shù)據(jù)、重大設備監(jiān)控數(shù)據(jù)、主通風機監(jiān)控數(shù)據(jù)、主排水監(jiān)控數(shù)據(jù)、立井提升監(jiān)控數(shù)據(jù)、斜井提升監(jiān)控數(shù)據(jù)、空氣壓縮機監(jiān)控數(shù)據(jù)、絞車監(jiān)控數(shù)據(jù)、礦壓及沖擊地壓監(jiān)測數(shù)據(jù)、水文地質監(jiān)測數(shù)據(jù)、供電監(jiān)控數(shù)據(jù)、井下運輸監(jiān)控數(shù)據(jù)；露天礦主要包括邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)、車輛人員位置數(shù)據(jù)、工業(yè)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)等。

1.2 聯(lián)網方式分析

當前不同省份采用不同的聯(lián)網方式，經過歸納整理主要分為以下3類。

1.2.1 部署前置機，分級聯(lián)網

該種方式主要通過在煤礦企業(yè)部署數(shù)據(jù)采集前置終端，煤礦企業(yè)根據(jù)采集規(guī)范將監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)進行轉換后推送到數(shù)據(jù)采集前置終端，由前置終端將數(shù)據(jù)依次推送至縣級煤礦安全監(jiān)管部門→市級煤礦安全監(jiān)管部門或監(jiān)察分局→省級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門。該種方式的優(yōu)點是聯(lián)網工作分級負責，責任分工明確；缺點是聯(lián)網層級多、運維工作繁瑣、數(shù)據(jù)冗余大。

1.2.2 直接對接，分級聯(lián)網

該種方式直接通過煤礦企業(yè)生產系統(tǒng)將監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)推送至縣級煤礦安全監(jiān)管部門→市級煤礦安全監(jiān)管部門或監(jiān)察分局→省級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門。該種方式的優(yōu)點是聯(lián)網費用低，責任分工明確；缺點是數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性差、聯(lián)網層級多、運維工作繁瑣、數(shù)據(jù)冗余大。

1.2.3 部署前置機，兩級聯(lián)網

該種方式主要通過在煤礦企業(yè)部署數(shù)據(jù)采集前置終端，煤礦企業(yè)根據(jù)采集規(guī)范將監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)進行轉換后推送到數(shù)據(jù)采集前置終端，由前置終端將數(shù)據(jù)直接推送到省級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門，各級分級調用數(shù)據(jù)。該種方式的優(yōu)點是數(shù)據(jù)冗余低，一數(shù)一源，一源多用；缺點是省級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門系統(tǒng)運維壓力大，權責不清晰。

2 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集系統(tǒng)設計

2.1 總體架構設計

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集系統(tǒng)總體設計采用三級聯(lián)網模式，在煤礦企業(yè)部署數(shù)據(jù)采集前置機，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集煤礦安全監(jiān)控、人員定位、水文監(jiān)測、供電監(jiān)測、沖擊地壓等監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)，依托省級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門的相關基礎設施通過專線/互聯(lián)網/VPN傳輸至省級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門，依托國家煤礦安全監(jiān)察局的基礎設施，在省級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門部署數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將煤礦監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳至國家煤監(jiān)局，國家煤礦安全監(jiān)察局根據(jù)業(yè)務需要，開發(fā)重大風險預警、綜合風險分析、事故應急支持及風險動態(tài)研判等應用系統(tǒng)。對于煤礦工業(yè)視頻，通過在煤礦企業(yè)、省級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門、國家煤監(jiān)局建設視頻管理平臺，各級視頻管理平臺級聯(lián)對接。煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集系統(tǒng)總體架構如圖1所示。

圖1 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集系統(tǒng)總體架構

2.2 功能設計

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集系統(tǒng)主要對煤礦監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)進行采集，由于各煤礦企業(yè)及各省級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門建設的系統(tǒng)數(shù)據(jù)源不一致，因此要求支持不同類型數(shù)據(jù)庫，包括Mysql、Oracle、DB2、人大金倉等關系型數(shù)據(jù)庫，也要支持HBase、MongoDB等非關系型數(shù)據(jù)庫，支持數(shù)據(jù)文件、Rest API、消息對接等不同的數(shù)據(jù)源。采集方式支持文件傳輸、消息隊列、數(shù)據(jù)庫接口等方式。煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集系統(tǒng)功能設計如圖2所示。

(1)數(shù)據(jù)采集。該模塊中需要解決跨平臺的問題，本文通過虛擬數(shù)據(jù)庫的方式來解決跨平臺多數(shù)據(jù)源的問題，通過XML中間層實現(xiàn)不同結構數(shù)據(jù)的統(tǒng)一訪問和采集，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與同步，滿足不同使用場景的需求。

(2)數(shù)據(jù)傳輸。該模塊主要是將數(shù)據(jù)從下級平臺向上級平臺進行集中處理，需要采用加密機制進行傳輸，可以遠距離、毫秒級進行穩(wěn)定傳輸。

圖2 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集系統(tǒng)功能設計

(3)數(shù)據(jù)緩存管理。該模塊將采集到的數(shù)據(jù)保存一份到前置機的前置數(shù)據(jù)庫中作為數(shù)據(jù)緩存，當數(shù)據(jù)上傳過程出現(xiàn)問題或有數(shù)據(jù)缺失時，系統(tǒng)記錄缺失數(shù)據(jù)的時間范圍，并每天定時從緩存中查詢缺失數(shù)據(jù)重新上傳，數(shù)據(jù)緩存時間可以根據(jù)需要設定。

(4)數(shù)據(jù)質量管理。該模塊主要包括數(shù)據(jù)質量指標、數(shù)據(jù)質量校驗以及數(shù)據(jù)質量統(tǒng)計。數(shù)據(jù)質量指標包括但不限于數(shù)據(jù)到報率、數(shù)據(jù)未到總時間以及數(shù)據(jù)缺失時次等。這些指標的計算和統(tǒng)計通過配置的方式實現(xiàn)，并在前置系統(tǒng)中進行統(tǒng)計，每天定時通過數(shù)據(jù)采集模塊將結果上傳至上級系統(tǒng)。

(5)運行監(jiān)控。該模塊主要解決各級煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察部門需要前置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行情況，以便進行故障排查。監(jiān)控的內容主要包括數(shù)據(jù)采集監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控。

3 應用實踐

2019年，煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集系統(tǒng)已在內蒙古煤礦風險監(jiān)測預警系統(tǒng)中得到應用，已將內蒙古地區(qū)100余座煤礦監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網采集到內蒙古煤礦安監(jiān)局，并將相關數(shù)據(jù)傳輸至國家煤礦安全監(jiān)察局。

(1)系統(tǒng)的應用驗證了設計的可行性和可靠性。目前，內蒙古地區(qū)煤礦企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)傳輸頻率為20 s上傳一次數(shù)據(jù)，人員定位系統(tǒng)30 s上傳一次數(shù)據(jù)，按照一個煤礦平均300個安全監(jiān)控系統(tǒng)傳感器、200個人員定位系統(tǒng)基站計算，每礦每天上傳26萬條數(shù)據(jù)，目前每天已將100余座煤礦2600萬余條數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸至內蒙古煤監(jiān)局，并且每5 min從內蒙古煤監(jiān)局上傳至國家煤監(jiān)局。

(2)系統(tǒng)的應用積累了豐富的實踐經驗，具有很好的示范作用。根據(jù)目前系統(tǒng)的運行情況，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其成功應用為下一步開展煤礦風險研判及大數(shù)據(jù)分析提供了技術和數(shù)據(jù)支撐，為煤礦安監(jiān)系統(tǒng)開展煤礦監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網積累了豐富的實踐經驗，具有很好的示范作用。

4 結語

煤礦監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)聯(lián)網系統(tǒng)的研究與應用為下一步開展煤礦風險分析預警提供了數(shù)據(jù)和技術手段，解決了煤礦真實安全監(jiān)控數(shù)據(jù)實現(xiàn)遠程監(jiān)管監(jiān)察無法及時獲取、事故追溯備查難、風險分析與預警防控難等問題，為最終實現(xiàn)風險研判智能化、監(jiān)察執(zhí)法精準化打下基礎，對提升煤礦監(jiān)管監(jiān)察信息化水平、推動全國煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察信息化建設具有重要意義，為最大程度地防止和減少重大安全事故的發(fā)生提供了支撐，同時為煤監(jiān)系統(tǒng)開展監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網建設提供了借鑒作用。