基于云計(jì)算的煤炭企業(yè)信息化研究

王 奇

（甘肅靖煤能源有限責(zé)任公司，甘肅 白銀 730900）

隨著現(xiàn)階段數(shù)字化技術(shù)、信息化技術(shù)與人們?nèi)粘Ｉ畹慕换?，各地政府已將信息化資訊科技建設(shè)作為提升管理地區(qū)管理水平、推動(dòng)各地改革創(chuàng)新的重要工具，并明確了企業(yè)信息化建設(shè)是衡量區(qū)域現(xiàn)代化發(fā)展能力的重要指標(biāo)之一。

該文在深入市場(chǎng)的研究中發(fā)現(xiàn)，各地政府對(duì)信息化建設(shè)工作給予了高度重視，國家有關(guān)部門也在較早時(shí)期便提出“應(yīng)牢抓新時(shí)期信息化革命發(fā)展中的機(jī)遇”[1]。顯而易見，信息化建設(shè)是加快國家工業(yè)化和現(xiàn)代化發(fā)展的必經(jīng)之路，應(yīng)樹立該方面工作的正確認(rèn)知，積極推進(jìn)信息化與社會(huì)發(fā)展的深度融合，以信息產(chǎn)業(yè)為切入點(diǎn)，帶動(dòng)社會(huì)各領(lǐng)域與各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

國家對(duì)煤炭企業(yè)進(jìn)行了政策方面的調(diào)整，現(xiàn)階段，大多數(shù)煤炭企業(yè)的信息化建設(shè)工作仍處于初步階段，企業(yè)的核心技術(shù)力量仍較弱，資金方面企業(yè)也沒有得到足夠的支持，導(dǎo)致煤炭企業(yè)的管理水平與其他行業(yè)相比還存在一定差距[2]。為深化該方面工作，該文以煤炭企業(yè)為代表，將云計(jì)算應(yīng)用到該領(lǐng)域，深入探討云計(jì)算的應(yīng)用，以此推動(dòng)企業(yè)發(fā)展。

1 基于云計(jì)算的企業(yè)信息化建設(shè)邏輯、技術(shù)架構(gòu)

為推動(dòng)市場(chǎng)內(nèi)煤炭企業(yè)的發(fā)展，引進(jìn)云計(jì)算，從邏輯架構(gòu)層面對(duì)基于云計(jì)算的信息化建設(shè)進(jìn)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 基于云計(jì)算的企業(yè)信息化建設(shè)邏輯架構(gòu)

在云計(jì)算技術(shù)的支撐下，煤炭企業(yè)的信息化建設(shè)需要將一部分社會(huì)資源與一部分云存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)資源交由云服務(wù)提供商管理，另一部分則交由自身管理[3]。因此，進(jìn)行企業(yè)信息化建設(shè)時(shí)必須考慮二者之間的界面問題、接口適配性問題[4]。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，該文基于技術(shù)層面分析，結(jié)合Google 開發(fā)平臺(tái)與框架與應(yīng)用進(jìn)行企業(yè)信息化建設(shè)中技術(shù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。如圖2所示。

圖2 基于云計(jì)算的企業(yè)信息化建設(shè)技術(shù)架構(gòu)

從圖2 可以看出，在基于云計(jì)算的企業(yè)技術(shù)架構(gòu)中，構(gòu)成信息化終端的核心組件主要由Chubby、GFS 和Protocol服務(wù)器等構(gòu)成，利用該部分核心組件可實(shí)現(xiàn)對(duì)云端數(shù)據(jù)的融合處理，為煤炭企業(yè)云端數(shù)據(jù)的商業(yè)化應(yīng)用提供服務(wù)[5]。同時(shí)，可以在該基礎(chǔ)上輔助Google Gear、Python 等客戶端技術(shù)實(shí)現(xiàn)云端不同用戶的互動(dòng)。

通過上述方式，對(duì)許多煤炭企業(yè)來說，基于云計(jì)算所建立的企業(yè)信息化技術(shù)架構(gòu)可以同時(shí)共享多個(gè)集成在一起的基礎(chǔ)設(shè)施，從而降低企業(yè)的市場(chǎng)運(yùn)營成本，提高企業(yè)內(nèi)部工作效率[6]。同時(shí)，企業(yè)可以利用云計(jì)算中的網(wǎng)絡(luò)爬蟲，獲取任何用戶的信息，無論該用戶是否為國內(nèi)用戶，通過云計(jì)算均可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶相關(guān)信息或軟件服務(wù)信息的集成，通過將信息集中在一個(gè)中心服務(wù)器上，使云端集成數(shù)據(jù)集合發(fā)揮出最大效益，并使企業(yè)市場(chǎng)投資收益率得到大幅度的提高[7]。此外，在建設(shè)中，應(yīng)明確云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施能夠?yàn)槠髽I(yè)生產(chǎn)節(jié)約時(shí)間，降低企業(yè)的軟、硬件投資，將不同地域內(nèi)的各煤礦企業(yè)資源進(jìn)行整合，有效地減少企業(yè)的生產(chǎn)成本[8]。

圖2所示的技術(shù)架構(gòu)也可以使企業(yè)和IT供應(yīng)商能夠合理地安排其創(chuàng)新項(xiàng)目的先后次序，減少企業(yè)投資項(xiàng)目的實(shí)施周期，為其提供更低成本的創(chuàng)新服務(wù)。

在煤炭企業(yè)發(fā)展中引入云計(jì)算技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化建設(shè)的規(guī)范化。由于信息化技術(shù)終端許多硬體都是虛擬的，因此根據(jù)上述方法進(jìn)行企業(yè)信息化建設(shè)可以大幅減少企業(yè)運(yùn)營成本與費(fèi)用，只需要企業(yè)提供一個(gè)中間件便可以實(shí)現(xiàn)資源的高效傳輸與共享。

2 信息化建設(shè)功能設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

根據(jù)上級(jí)部門提出的有關(guān)要求和企業(yè)信息化建設(shè)與發(fā)展需求，煤炭企業(yè)信息化建設(shè)中整體功能的部署如圖3所示。

圖3 煤炭企業(yè)信息建設(shè)功能

為確保上述功能得以實(shí)現(xiàn)，可采用建設(shè)煤炭企業(yè)虛擬專用網(wǎng)的建設(shè)，進(jìn)行企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃。在該過程中，虛擬專用網(wǎng)又被稱之為VPN 網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)需要在公網(wǎng)中建立一段臨時(shí)的通信線路?？梢詫⒔⒌耐ㄐ啪€路作為一個(gè)呈現(xiàn)虛擬狀態(tài)的網(wǎng)路，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸、共享和連通信息的加密。虛擬專用網(wǎng)在投入使用后，通常需要輔助隧道技術(shù)、密鑰管理技術(shù)和身份認(rèn)證技術(shù)等，為遠(yuǎn)程用戶、合作分支用戶以及商業(yè)用戶提供身份認(rèn)證、信息加密等服務(wù)。同時(shí)，該類網(wǎng)絡(luò)可以接入全球因特網(wǎng)，和自建網(wǎng)絡(luò)、公共網(wǎng)絡(luò)相比，虛擬專用網(wǎng)具有可靠性強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)，當(dāng)末端用戶提出需求時(shí)，還可以使用該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行企業(yè)網(wǎng)站之間的信息安全通信，以一種更經(jīng)濟(jì)有效的方式與商業(yè)伙伴之間實(shí)現(xiàn)資源的互補(bǔ)、共享與交互。綜合考慮建網(wǎng)的成本與數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)鏈路中流通的安全性，可在建網(wǎng)中將公共互聯(lián)網(wǎng)作為后備網(wǎng)絡(luò)，在所有網(wǎng)絡(luò)鏈路支撐下，進(jìn)行煤炭企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本規(guī)劃，該過程如圖4所示。

圖4 信息化建設(shè)中的煤炭企業(yè)網(wǎng)絡(luò)基本規(guī)劃

3 煤炭監(jiān)控測(cè)點(diǎn)部署

為獲取更多的煤炭企業(yè)運(yùn)營中的信息數(shù)據(jù)，為信息化融合提供條件，需要在各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)完成對(duì)煤炭監(jiān)控測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。根據(jù)煤炭企業(yè)建設(shè)需要，在采煤工作面、掘進(jìn)工作面和進(jìn)回風(fēng)巷等重點(diǎn)區(qū)域設(shè)置監(jiān)控測(cè)點(diǎn)，主要獲取甲烷濃度、一氧化碳濃度和風(fēng)速風(fēng)向等參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)超限值報(bào)警、斷電和閉鎖控制。采煤工作面上的監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置需要在回風(fēng)巷。上隅角等區(qū)域設(shè)置甲烷傳感器，在突出工作面，盡可能使用激光全量程甲烷傳感器。高瓦斯礦井回風(fēng)巷長度超過1000m 時(shí)，必須在回風(fēng)巷道中設(shè)置甲烷檢測(cè)器，并設(shè)置在距回風(fēng)口不大于30m 的地點(diǎn)。在易自燃、自然發(fā)火煤層的采煤工作面，應(yīng)至少布置一處一氧化碳監(jiān)控測(cè)點(diǎn)，可以布置在上隅角，也可以布置在工作面或工作面回風(fēng)巷中。在易發(fā)生自燃、自燃煤層和地溫較高的礦井中，應(yīng)當(dāng)在采煤工作面上隅角或回風(fēng)平巷的適當(dāng)位置設(shè)置溫度傳感器。溫度傳感器的報(bào)警值為30℃。在掘進(jìn)工作面上部署監(jiān)控測(cè)點(diǎn)時(shí)，如果掘進(jìn)巷道長超過1km，需要在掘進(jìn)巷道中間位置增加一臺(tái)沼氣傳感器，但目前對(duì)該技術(shù)的研究較少。在掘進(jìn)機(jī)上應(yīng)安裝車載瓦斯斷路器或手提式瓦斯探測(cè)報(bào)警裝置。不同工作面上傳感器監(jiān)控測(cè)點(diǎn)部署的基本要求見表1。

表1 不同工作面上傳感器監(jiān)控測(cè)點(diǎn)部署的基本要求

在各個(gè)區(qū)域內(nèi)完成對(duì)監(jiān)控測(cè)點(diǎn)的部署后，通過光纜線路直接將監(jiān)控測(cè)點(diǎn)與中心機(jī)房核心交換機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳。在配電點(diǎn)設(shè)置一臺(tái)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，各區(qū)域內(nèi)的分站主信號(hào)從最近的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)中引出。進(jìn)行實(shí)際部署時(shí)，可以根據(jù)真實(shí)情況調(diào)整分站的位置及光纜線路。

4 基于云計(jì)算的煤炭企業(yè)信息融合與聯(lián)動(dòng)

針對(duì)上述通過煤炭監(jiān)控測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)信息，利用云計(jì)算對(duì)其進(jìn)行融合，并以此實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)各方面信息的聯(lián)動(dòng)。根據(jù)通信協(xié)議與通信聯(lián)絡(luò)體系建立信息鏈接，在監(jiān)控軟件上關(guān)聯(lián)各個(gè)工作面及采面數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)區(qū)域的所有通信號(hào)碼。當(dāng)監(jiān)控到數(shù)據(jù)異常時(shí)，通知該區(qū)域關(guān)聯(lián)號(hào)碼，并按照協(xié)議對(duì)該區(qū)域進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)，接收到數(shù)據(jù)恢復(fù)的指令后，根據(jù)協(xié)議停止通信，并停止相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)。對(duì)該過程的煤炭企業(yè)信息的融合引入云計(jì)算技術(shù)中的Bayes 融合方法。該融合方法是一種基于多源信息的融合算法，是一種概率分布，適用于含高斯型噪聲的不確定性信息。假設(shè)完成任務(wù)所需要的相關(guān)環(huán)境特征用矢量f來表達(dá)，由傳感器獲取的數(shù)據(jù)信息用矢量d來表達(dá)，f和d均可視為隨機(jī)矢量。而信息融合則是從數(shù)據(jù)d中推斷出環(huán)境f，并對(duì)其進(jìn)行估計(jì)。假定p（f，d）是隨機(jī)矢量f、d的共同概率分布，如公式（1）所示。

式中：p（f|d）代表在明確d的條件下，f關(guān)于d的條件概率密度分布；p（d）和p（f）分別代表d和f的邊緣分布密度函數(shù)。

在明確d的情況下，要想推斷出f，則需要掌握p（f|d），如公式（2）所示。

通過上述信息融合的方式，在明確數(shù)據(jù)信息d的情況下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境f的推斷。當(dāng)環(huán)境情況和傳感器性能已知的情況下，p（f|d）由決定環(huán)境和傳感器原理的物理規(guī)律完全確定，而p（f）可以通過先驗(yàn)知識(shí)獲取或累積，逐步確定。在進(jìn)行信息融合的過程中，在一個(gè)特定的時(shí)間點(diǎn)上，從多個(gè)感應(yīng)器得到的數(shù)據(jù)一般是d根據(jù)一套數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前的環(huán)境進(jìn)行估算，得到估算結(jié)果f。因此，實(shí)際應(yīng)用到煤炭企業(yè)信息化中時(shí)，可采用如公式（3）所示的方法尋找最大后驗(yàn)估計(jì)值p（g|d）。

根據(jù)上述方式對(duì)信息進(jìn)行融合前，要確保2 個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)都是一個(gè)實(shí)體，并且要檢查2 個(gè)數(shù)據(jù)之間的一致性。一致性檢驗(yàn)如公式（4）所示。

式中：T代表一致性檢驗(yàn)結(jié)果；x1和x2分別代表傳感器測(cè)量得到的數(shù)據(jù)信息；C代表與傳感器相關(guān)聯(lián)方差矩陣。

根據(jù)該公式確定信息的一致性后，通過上述運(yùn)算步驟進(jìn)行對(duì)煤炭企業(yè)信息的融合與聯(lián)動(dòng)。為更方便煤炭企業(yè)的管理，將上述信息的融合與聯(lián)動(dòng)結(jié)果以圖形的形式來展示。進(jìn)行煤炭開采檢測(cè)時(shí)，分析產(chǎn)生原因并總結(jié)歸納，形成原因措施庫。當(dāng)?shù)V端發(fā)出報(bào)警信號(hào)時(shí)，通過與措施庫中記錄內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比，找出最合理、最有效的措施。通過對(duì)報(bào)警原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，更好地掌握?qǐng)?bào)警和故障趨勢(shì)。在管理過程中，提供動(dòng)態(tài)圖形、數(shù)據(jù)組態(tài)等，繪制更具綜合性的圖形，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)圖形組態(tài)和數(shù)據(jù)的重新組合，便于不同級(jí)別的監(jiān)管人員進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽。結(jié)合不同人員權(quán)限，通過直觀動(dòng)態(tài)矢量圖形象地展現(xiàn)煤炭活動(dòng)的安全情況，并模擬各項(xiàng)操作，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)可能存在安全隱患的地方，從而采取相應(yīng)的措施加以控制，提高煤炭企業(yè)運(yùn)行安全性。

5 結(jié)語

谷歌、亞馬遜、微軟等敏銳的IT 企業(yè)已經(jīng)開始在云計(jì)算領(lǐng)域中展開了激烈競(jìng)爭，隨著相關(guān)工作的持續(xù)推進(jìn)，以云計(jì)算為基礎(chǔ)所開發(fā)的商業(yè)產(chǎn)品將越來越多、服務(wù)也越來越豐富。

以云計(jì)算為核心的煤炭企業(yè)信息化具有管理簡單、資金來源廣泛、可擴(kuò)展性強(qiáng)以及對(duì)信息技術(shù)人才的需求不高等特點(diǎn)，符合我國煤炭企業(yè)目前的發(fā)展現(xiàn)狀，云計(jì)算技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展必然會(huì)對(duì)煤炭企業(yè)的信息化建設(shè)起到一定的推進(jìn)作用，從而推動(dòng)我國多個(gè)行業(yè)的信息化發(fā)展。該文在深入研究中發(fā)現(xiàn)，云計(jì)算技術(shù)屬于一項(xiàng)全新的技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)方案為科研帶來了無限的想象空間，將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)信息化建設(shè)工作中屬于一次全新的嘗試。但是，在云計(jì)算技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中肯定會(huì)出現(xiàn)很多問題，而要想解決這些問題，就必須充分發(fā)揮技術(shù)人員的主觀能動(dòng)性，在科學(xué)發(fā)展觀的指引下，從不同角度對(duì)問題進(jìn)行剖析，提升企業(yè)信息化建設(shè)水平。