基于云聯(lián)網(wǎng)的礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

馮文超

（蘭州職業(yè)技術(shù)學院 電子與信息工程系，甘肅 蘭州 730070）

本文提出了基于云聯(lián)網(wǎng)礦山安全生成監(jiān)控系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，制定標準數(shù)據(jù)傳輸接口，實現(xiàn)多監(jiān)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)采集，傳輸和融合的標準化，打破安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)孤島[1]，并以云計算為基礎(chǔ)搭建礦山監(jiān)控存儲平臺，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的集中維護和管理，降低多監(jiān)控系統(tǒng)之間集成的復(fù)雜度，同時提高系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，又為未來礦山安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺[2]的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

1 礦山云監(jiān)控總體設(shè)計

1.1 總體思路

在云監(jiān)控架構(gòu)中，以不改變原有監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控應(yīng)用的前提之下，將多監(jiān)控系統(tǒng)整合在一起。

首先通過構(gòu)建物理服務(wù)器集群，并在服務(wù)器集群上搭建云平臺[3]，并通過虛擬機技術(shù)搭建實時數(shù)據(jù)服務(wù)器，管理服務(wù)器，數(shù)據(jù)倉庫，備份服務(wù)器等，在云平臺上構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲的分析服務(wù)器。監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過傳感器采集相關(guān)的環(huán)境參數(shù)，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆破脚_中，為了兼容原有的監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)建綜合數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)，分別為各種監(jiān)控提供云存儲數(shù)據(jù)接口，同時為了兼容上層應(yīng)用，在應(yīng)用與云存儲平臺中構(gòu)建應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)，為應(yīng)用與云存儲之間提供數(shù)據(jù)接口。

1.2 云監(jiān)控平臺設(shè)計

基于上述思想，基于云聯(lián)網(wǎng)的礦山安全生產(chǎn)云監(jiān)控平臺的設(shè)計必須滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的實時采集，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，信息的集中存儲。

在云平臺的實施上，可以依據(jù)功能不同構(gòu)建不同內(nèi)網(wǎng)，并通過云監(jiān)控平臺進行數(shù)據(jù)交換。云監(jiān)控平臺的實施架構(gòu)如圖1所示。

圖1 安全生產(chǎn)云聯(lián)網(wǎng)平臺實施架構(gòu)

在實際實施過程中，安全生產(chǎn)云聯(lián)網(wǎng)平臺可以劃分為三種內(nèi)網(wǎng)：監(jiān)控內(nèi)網(wǎng)，礦辦內(nèi)網(wǎng)和集團內(nèi)網(wǎng)。監(jiān)控內(nèi)網(wǎng)主要連接各種監(jiān)控系統(tǒng)，負責監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，如生產(chǎn)監(jiān)控數(shù)據(jù)，安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，人員定位數(shù)據(jù)等。通過在高性能服務(wù)器集群上構(gòu)建云監(jiān)控存儲平臺，將這些監(jiān)控數(shù)據(jù)集中存儲，同時可利用云平臺靈活部署的特點，后續(xù)可以滿足監(jiān)控平臺接入的需求、礦辦內(nèi)網(wǎng)可直接接入云監(jiān)控平臺，不僅可以滿足日常辦公使用，同時可以構(gòu)建礦辦數(shù)據(jù)中心，包括實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。

從上述分析可以看出，構(gòu)建礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控云聯(lián)網(wǎng)平臺的重點在于數(shù)據(jù)采集和信息集成，為了實現(xiàn)各種監(jiān)控數(shù)據(jù)在不同層面的應(yīng)用之間實現(xiàn)聯(lián)動，需要構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口。

2 軟件設(shè)計

2.1 軟件平臺設(shè)計方案

為了實現(xiàn)礦山的安全生產(chǎn)，礦山企業(yè)通常部署各種環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)以獲得各種環(huán)境參數(shù)，這些監(jiān)控系統(tǒng)獨立存儲和管理各自的數(shù)據(jù)，增加了礦山企業(yè)管理的復(fù)雜度，因此在高可靠硬件平臺上構(gòu)建軟件接入平臺，將數(shù)據(jù)的采集，存儲，同步和共享標準化，為礦區(qū)，礦山企業(yè)，礦山集團整合多種數(shù)據(jù)源。為此，本文采用了MCGS組件[4]實現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)和應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)關(guān)。

圖2 軟件平臺設(shè)計方案

本軟件平臺主要包括三部分，首先是標準化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化接口，是綜合數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)的實現(xiàn)形式，將底層各種監(jiān)控系統(tǒng)獲取到的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到MCGS數(shù)據(jù)服務(wù)器中存儲；其次是MCGS數(shù)據(jù)共享平臺，是應(yīng)用網(wǎng)關(guān)的實現(xiàn)形式，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)庫之間實時數(shù)據(jù)的同步；最后是上層應(yīng)用，以各種形式，如報表，動態(tài)曲線，三維動畫等形式展示當前礦山的各種環(huán)境參數(shù)以及歷史統(tǒng)計信息等。

2.2 標準化數(shù)據(jù)接口設(shè)計

如前文分析，礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)部署的時間不同，生產(chǎn)的廠家各異，工作的方式的差異導致礦山監(jiān)控系統(tǒng)中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一的異構(gòu)數(shù)據(jù)[5]，使得各種監(jiān)控系統(tǒng)無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。標準化數(shù)據(jù)接口，就是為了將各個不同的安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取到的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)解密，數(shù)據(jù)提取，重新組織等方法重新組織。標準化數(shù)據(jù)接口的總體設(shè)計如圖3所示。

在上述標準化數(shù)據(jù)接口設(shè)計中，以最小化改動原監(jiān)控系統(tǒng)為原則，各安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集器獲取到相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)后，通過旁路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接口轉(zhuǎn)發(fā)到標準化數(shù)據(jù)接口，旁路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接口僅僅是將數(shù)據(jù)復(fù)制傳輸?shù)綐藴驶瘮?shù)據(jù)接口，而不做任何其他改變，可以從最大程度上降低對原監(jiān)控系統(tǒng)的改變。

圖3 標準化數(shù)據(jù)接口設(shè)計

3 系統(tǒng)測試

為了測試礦山安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，本文以HDFS[6]搭建了云存儲平臺，并以MCGS搭建了數(shù)據(jù)顯示平臺，通過集成現(xiàn)有的人員定位監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息集成，可以查閱包括當前礦井下瓦斯?jié)舛龋咚骨€報表，皮帶開停，人員具體位置查詢，包括人員具體位置和下井時間，可以讓管理人員在第一時間了解井下人員的工作狀況，同時通過預(yù)警功能及時發(fā)現(xiàn)下人員出現(xiàn)在不合理的位置提前警告等。

4 結(jié)語

基于云聯(lián)網(wǎng)的礦山安全生產(chǎn)系統(tǒng)通過采用云平臺的方式，通過虛擬機替代服務(wù)器，有效的解決了礦山企業(yè)計算資源的浪費，虛擬機的使用大大降低了系統(tǒng)的部署和維護成本，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)可有效的降低多安全監(jiān)控系統(tǒng)集成的難度，基本實現(xiàn)了集中維護，集中管理的設(shè)計目標，同時也為煤礦大數(shù)據(jù)平臺提供了基礎(chǔ)。