智能矿山多元监控信息融合与联动研究

智能矿山多元监控信息融合与联动研究

张晓辉

天地（常州）自动化股份有限公司  江苏省常州市  213015

摘要：从现有研究看，目前主要通过在煤矿井下建立融合分站来解决生产现场数据融合与联动，或在地面建立具有数据融合功能的平台，通过对集成数据进行翻译并建立联动模型来实现现场数据融合与联动，均未形成全矿井从底层感知到地面融合的统一大融合方案，难以通过一套软件实现对井下不同监控数据的融合与联动控制。本文从煤矿安全监控系统多系统融合和煤矿智能化建设要求出发，针对智能矿山多元监控信息融合与联动问题，提出从现场传感设备到边缘融合分站，再到地面融合平台的一体化解决方案，并研发可支持井下人、机、环等监控数据感知→传输→地面集成融合的开放式综合管控平台，实现了矿山多元监控信息融合和现场智能装置协同联动控制功能，还可为大数据分析应用提供分类主题数据服务。

关键词：智能矿山；多元监控信息融合；联动

1矿山多元监控信息融合拟解决的关键问题

集人、机、环监测数据于一体。目前，煤矿自动化监控系统大多是单一的监控系统，如安全监控系统、人员定位系统、输煤控制系统、智能通风系统等，各系统上位机监控软件相互独立。矿山综合自动化系统和数字矿山系统通过在应用层建立第三方数据通信协议，将上位机的数据从各自动监控系统传输到综合平台。由于不同系统的数据在时间、位置、命名规则等方面的不一致性，使得数据无法相互关联，需要通过嵌入式平台对大量数据进行重新转换。目前，煤炭行业尚未建立有效的自动化监控系统数据采集与融合集成系统。高效、一致地共享煤矿安全监测数据。在煤矿智能化建设过程中，先后建立了各种信息集成与融合系统，如综合信息系统、综合安全预警系统、大数据分析系统等。目前，大多数煤矿安全监控系统的数据共享程度较低，这通常意味着每个系统都会根据数据请求者的需求提取自己的数据进行转换，或者通过开放数据库、opc开放协议等进行数据共享。采用数据转换方式会造成数据延迟，增加数据提供者的工作量，尤其是在数据需求量大的情况下；当采用开放数据库或OPC协议时，数据不进行分类，需要数据用户进行过滤，效率低下。煤矿自动化监控系统的二次开发。目前，煤矿安全监控系统的大部分软件都是由厂家自己开发的，由于人员的不同，可能会导致重复开发水平低。过程控制系统软件多为工业组态软件，主要用于现场设备变化不频繁、不能适应煤矿安全监控系统中检测设备频繁更换的场景，难以实现对移动目标的监控功能。因此，开发煤矿多变量数据实时监控的工业组态软件具有十分重要的意义。

2地面多元监控信息融合

2.1人员位置管理分系统

人员位置管理系统是整个定位系统中的核心分系统，主要利用GIS技术汇总煤矿井下CAD图及井下巷道信息，可以任意360°自由旋转、图面放大、缩小的三维3D电子地图，能直观地反应出矿井整体和各个不同工作层面的立体结构图、并显示出井下巷道的坡度、深度、实际长度等各种重要管理信息。其中，GIS全景动态视图作为显示平台，用GIS地图将矿山以三维立体界面显示，能够实时显示井下各水平、各采区、各工作面人员、设备的精确位置信息，及3D GIS与2D GIS的一体化。同时，该子系统提供了多系统融合及联动报警接口，GIS系统应提供与监测监控系统、语音广播系统、电力系统、通讯系统、视频监控系统等多个系统的融合联动接口。

2.2统一技术体系

技术体系主要包括技术栈、煤矿主数据和数据编码、关键数据结构、权限管理、前后分离开发模式、数据存储技术与机制、各级数据交互规范等。适用于煤矿监控的数据容错机制、数据发布和服务机制等，通过建立统一的技术体系，可以实现多变量监控数据与服务在同一软件平台上的高效有机集成。建立煤矿主要数据和编码标志。用户权限、设备安装位置、组织机构、人员信息、感知信息、班组设置等各种煤矿监控系统共享和重复使用的基础数据应统一建立和编码。并以服务的形式提供给相关业务，以确保所有业务系统中类似数据描述的一致性。整合煤矿监控活动的处理规则。人和车辆是煤矿监控目标中的运动目标。生产过程控制和环境安全监测设备是一个固定的对象，监测数据是离散的。移动巡检设备是与现场有关的环境安全监测对象，监测数据与时间、地点有关。三种类型的监控对象数据具有不同的处理规则。开放式综合管控平台作为煤矿多要素监控信息融合平台，集成了涵盖监控系统各种业务的处理规则，有效地满足了平台多要素融合的需求。

2.3D2D通信技术在矿井通信系统中的应用

D2D通信技术作为5G关键技术之一，在传输数据过程中无需通过基站等中间设备，可以降低系统核心网的压力，节约大量空中资源，也减轻了基站的压力。传统矿井通信网络基础设施相对落后，矿井灾害引发的设备损坏将会对整个通信系统产生影响。引入D2D通信技术可以增强网络的稳定性，在此通信模式下，两个相邻近的移动终端可以在灾害导致通信系统终端的情况下建立无线连接，为灾害救援提供保障。除此之外，在矿井通信网络覆盖盲区，井下作业人员可通过多条通信连接到无线网络覆盖区域内的人员终端，借助该人员用户终端连接到通信网络。

2.4统一技术架构和数据处理机制

由于煤矿井下数据采集设备分别由不同厂家提供，通信协议不统一，可由厂家开放通信协议或将协议封装为驱动，按照自动化监控系统类型输出统一的数据格式，数据感知与采集层即可通过动态挂接协议驱动方式实现对不同系统的数据采集。该层还支持OPCUA、ModbusTCP等开放式协议。为了保证通信实时性，采用多线程技术对每类协议驱动进行管理。所有采集数据按照不同类型分别存放至规范化公共基础数据结构，并进行分类标志，便于数据处理。数据处理与存储层按照环境安全监控、移动目标监控、生产过程控制的不同业务建立相应的处理规则，对公共基础数据结构中的原始数据进行分类处理，形成业务应用所需的规范化数据，将处理后形成的模拟/开关量数据、移动目标位置数据存放至对应数据服务区，并进行分类标志。该层还将通过融合业务规则处理形成的故障、报警类数据存放至故障/报警数据服务区，控制指令存放至控制指令区，并将接收到的由地面监控中心人工发送的控制指令按优先级存放至控制指令区。考虑成本控制，选用MySQL、InfluxDB等数据库，利用多线程技术和定量分库规则提高数据存储效率。

3结论

在智能矿山建设中，通过对矿井集中控制系统、湿式除尘系统、风机停电自动报警系统、大型皮带作业自动除尘喷淋系统、锚固机锚索张紧装置、矿井主运输系统等的改进，实现了矿井的智能化。进一步完善了除尘系统、控制系统和机电系统，提高了矿井的生产能力、效率和智能化水平。通过集中控制系统的远程操作，使机械设备准确执行综合平台的指令，实现远程分散设备的集中操作，减少人力资源投资，准确规避煤矿生产过程中的安全风险。

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