煤矿安全监管信息管理系统的研究及探讨.pdf
第 3 9卷 第 1 期 2 0 1 3年 1月 工矿 自 动 化 I n dus t r y a nd M i n e Aut o ma t i on Vo 1 . 3 9 NO . 1 J a n .2 ol 3 ⋯ ‘ ’’ i问题 探讨 ⋯ ◆ . . ◆ 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 3 0 1 0 0 9 6 0 4 D OI 1 0 . 7 5 2 6 / j . i s s n . 1 6 7 1 - 2 5 l X. 2 0 1 3 . 0 1 . 0 2 5 贺超 , 宋学锋, 李贤功. 煤矿安全监管信息管理系统的研究及探讨[ J ] . 工矿 自动化 , 2 0 1 3 , 3 9 1 9 6 9 9 . 煤矿安全监管信息管理系统的研究及探讨 贺超 , 宋学锋 , 李 贤功 中国矿业大学 管理学院, 江苏 徐州2 2 1 1 1 6 摘 要 分析 了煤矿 安全 监 管信 息 管理 的研 究及应 用现 状 , 指 出 目前煤矿 安全 监 管信 息 管理存 在仅 建 立在 煤矿或 矿 业集 团层 次 、 安全 监 管部 门仅 能监 控 简 单数 据 的 问题 ; 分析 了物 联 网在 煤 矿 安 全监 管 中 的应 用优 势 , 提 出可基 于物联 网构 建一种 涵盖 省级 和 国 家级安 全监 管 的煤矿安 全监 管信 息 管理 系统 , 给 出了该 系统 的 信 息 结构 , 并探 讨 了该 系统在具 体 实施过 程 中所 面临的信 息标 准 、 安 全 因素分级 、 安监 体 系、 信 . g - 采 集 内容 等 方 面的挑 战 。 关键 词 煤矿 安全 ; 安 全监 管 ; 信 息管理 系统 ; 物联 网;云计 算 中 图分类 号 TD 6 7 文献 标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 2 1 2 2 8 1 7 3 7 网络 出版 地址 ww w. c n k i . n e t / k c ms / d e t a i l / 3 2 . 1 6 2 7 . TP . 2 0 1 2 1 2 2 8 . 1 7 3 7 . 0 2 5 . h t ml Re s e a r c h a n d pr o be o n i nf o r ma t i o n ma n a g e me n t s y s t e m o f c o a l mi ne s a f e t y s up e r v i s i o n HE Ch a o, SONG Xue f e n g,LI Xi a n g o ng Sc ho o l o f M a na g e me n t ,Ch i na Uni v e r s i t y o f M i ni n g a n d Te c hn ol o g y,Xu z h ou 22 11 1 6,Ch i n a Ab s t r a c t Th e p a p e r a na l y z e d r e s e a r c h a n d a pp l i c a t i o n s t a t us o f i n f o r m a t i o n ma n a ge m e nt of c o a l m i n e s a f e t y s u pe r v i s i o n a nd p oi nt e d o ut t ha t i n f o r m a t i o n m a n a ge me nt s y s t e m o f c o a l mi n e s a f e t y s up e r v i s i o n i s e s t a bl i s he d on c o a l mi ne o r mi n i ng g r ou p gr a d e a t p r e s e nt a n d s a f e t y s up e r v i s i on d e p a r t me nt s c a n o nl y mon i t o r s i m p l e d a t a.I t a n a l y z e d a d va nt a ge s o f I nt e r ne t o f t h i ng s a pp l i e d i n c o a l mi n e s a f e t y s u pe r v i s i o n, pr o po s e d a n i nf o r m a t i o n m a na g e me n t s y s t e m o f c o a l m i n e s a f e t y s up e r v i s i on ba s e d o n I nt e r n e t o f t hi n gs i nc l u di ng t wo l a ye r s o f p r o vi n c i a l s a f e t y s up e r v i s i o n a nd n a t i o n a l s a f e t y s upe r v i s i on,a nd g a v e i nf or ma t i on s t r u c t u r e o f t h e s y s t e m.I t a l s o d i s c u s s e d c h a l l e n g e s o f i n f o r ma t i o n s t a n d a r d ,g r a d i n g o f s a f e t y f a c t o r s , s a f e t y s up e r v i s i o n h i e r a r c hy,c on t e n t of i n f o r ma t i o n c o l l e c t i o n i n t he s y s t e m i mpl e m e nt a t i o n. Ke y wo r d s c o a l m i n e s a f e t y;s a f e t y s up e r v i s i on;i n f o r ma t i o n ma na ge m e nt s y s t e m ;I n t e r n e t o f t hi n gs; c l ou d c ompu t i n g 0 引言 随着 安 监 部 门和 各 级政 府 的 重视 , 中 国煤 矿安 全生 产水 平逐 年 好转 , 但 安 全形 势 仍 不 乐 观 。从 安 监部 门角 度看 , 煤矿 安 全 生 产 状 况 的信 息 难 以 有效 掌握 是造 成 目前 状 况 的一 个非 常重要 的原 因。煤矿 安全信息种类繁多 , 数量庞大, 来源复杂, 而安监部 门人 员数 量有 限 , 有 些 省 份 一个 安 监 员 要 同 时 面对 十余个 煤 矿 的 安 全 监 管 工 作 , 难 免 存 在 工 作 盲 区。 在这 种情 况下 , 如何 利 用新 的 I T技 术 , 提 高 对煤 矿 安全 信息 的采集 和监 管力 度 , 减 少监 管成本 , 成 为 当 前煤 矿安全 监管 工作 中亟 待解决 的关 键 问题 之 一 。 收 稿 日期 2 0 1 2 - 0 8 3 1 。 基金项目 国家 自然科学基金项 目 7 1 1 7 3 2 1 6 。 作者简介 贺超 1 9 8 0 一 , 男 , 湖北武汉人 , 讲师, 博 士研究生 , 研究方向为闭环供应链 与管理信息系统 , E ma i l h e c h a o 8 0 3 1 5 1 2 6 . c o rn。 2 0 1 3年 第 1期 贺超 等 煤矿 安全监 管信息 管理 系统 的研 究及探 讨 9 7 1 煤 矿安 全 监管信 息 管理现 状 1 . 1研 究 现 状 由于煤 矿 安全监 管 的特殊 性 , 很多研 究 人员 、 煤 矿 和省 市煤 矿安 监 部 门都 考 虑 到利 用 信 息 技术 , 尤 其 是互 联 网技术 建立 煤矿 安全 监 管信息 系统 。这 方 面的研 究分 为 3类 。第 一 类 是 以某 种 技 术 为 依 托 , 探 讨煤 矿安 全 监管 信 息 系 统 的构 建 , 如 肖光 进 等 基 于 . NE T技 术提 出 了一套 煤矿 安全 监管 信 息 系统 的 设 计方 案_ l ; 赵莲 清等 将基 于 We b的地 理 信息 系 统 应 用 于 安全 监 管 信 息 系统 的设计 _ 2 ; 康 瑛 石等 在 云 计 算技 术基 础上 , 建立 了一套包 括 国家 、 省 、 市/ 集 团 与 煤矿 四级 管理 的一 体化 煤矿 安全 监管 指挥 系统 整 体 解 决 方案 _ 3 ; 吴宗 之 等 从 重 大危 险 源监 控 角 度 进 行 了与 前者 类似 的研 究_ 4 ] 。第 二类是 对煤 矿安 全 监 管信息系统的功能结构进行探讨 , 如李 占云提出一 个包 含 日常 监管 、 隐患 治 理 、 事 故 情 况 、 统 计 分析 等 6个模 块 的安 全管理 信 息 系统 功 能结 构 E 5 3 ; 徐辉 、 高 晓 旭等 提 出了一个 包 含 1 0个 模 块 的煤 矿 安 全监 察 信 息系统 _ 6 。 ] 。第三 类 是 煤 矿 安全 监 管信 息 系统 的 应 用研究 , 大 多 与 煤 矿 现 场 结 合 起 来 进 行 , 如 张 殿 军 、 宫兴 辉 、 袁 兆 山 、 薛 占儒 以及 游 达 等 分别 对 平 庄 矿务 局元 宝 山露 天煤矿 、 大雁 煤 业公 司 、 山东枣 庄矿 业集 团、 西 山煤 电集 团 和德 兴 铜 矿 的 安 全 管理 信 息 系统 进行 了应 用研究 l_ 8 引。这 些研 究 集 中在安 全 管 理 信 息 系统 的功能 结 构 上 , 与第 二 类 研究 有 重 合 之 处 , 但 在具 体研 究 中与各 煤矿 的 实际情 况结 合 , 具 有 更 重 要 的参 考 价值 。 当前对煤矿安全监管信息管理的研究存在以下 问题 1 系 统 用 户不 清 晰 , 目的 不 明 确 。煤 矿 安 全 监 管涉 及 的实体 众 多 , 不 同实 体 的 目标 、 责 任 、 流 程 等 明显 不 同 , 在 功 能 和 所 需 数 据 上存 在 较 大 差 别 。 现 有 的研究 大多 立 足 于煤 矿 , 少 量 的 面 向煤 矿 安 全 监 管部 门 , 但在 实际 研究 中又 往往 出现 混淆 。 2 忽视信 息 采 集体 系 , 仅 重 视 高 层 的 功 能 架 构 。管 理信 息 系统 的有效 运行 与信 息输 入 的质量 有 密切关系。对于煤矿安全监管信息系统而言, 信息 的及 时 、 准 确采集 与 传 递 是 系 统成 功 的关 键 因素 之 一 。该 问题 在 当前 的研究 中并 没有 得到 重视 。 3 对 信息 管理 的模 式研 究 有 待 深入 。由于 煤 矿 生产 的连 续性 和 全 国煤 矿 的庞 大 规 模 , 安 监 部 门 所面对的信息种类多样 , 数据结构异构, 数量巨大。 如何有效存储和管理这些海量数据 , 并从 中进行数 据 分析 和挖 掘 , 使安监 部 门能够 及 时发现 危 险所在 , 从 而在 根 本 上 提 高 煤 矿 安 全 监 管 的 科 学 性 和 高 效 性 , 是 煤矿 安全 监管 信息 系统 必须解 决 的 问题 。 1 . 2 应 用 现 状 煤 矿 安 全 监察 部 门负责 监 察 全 国煤 矿 安全 、 对 事 故进 行调 查 和处 理 、 发 布 相关 信 息 以及 指 导 和 协 调 煤 矿救护 队的应 急 救 护 任务 , 这些 工 作 要 求 安 监 部 门 能够准 确 、 及 时 掌握 煤 矿 安 全 状 况 。在 国家 强 制 要求 煤矿 建立 的“ 六 大 系 统” 中 , 监 测 监 控 和人 员 定位都是涉及安全信息管理的关键系统。然而煤炭 行业存在信息化建设相对落后 , 信息采集 、 加工利用 水 平低 , 信息 存储 结 构 化 程 度差 以及 难 以有 效利 用 等 问题 , 导致 覆盖 较大 范 围 、 服 务于煤 矿 安全监 管部 门的煤 矿安 全监 管信 息管理 系 统始终 难 以建立 。 已有 的煤矿 安全 监管信 息 化建设 往往 建立 在煤 矿 层次 或矿 业集 团公 司层 次 , 对 于 面 向安 全监 管 部 门的管理 信 息化建 设 大多停 留在 低层 次 的瓦斯体 积 分数 、 粉 尘等 简单 数据 的监 控上 , 对造 成煤 矿安 全事 故 的大量 其 他 因素缺 乏监管 。这 是 当前煤 矿安 全监 管部 门工作量大 、 效果不理想的重要原 因之一。如 何 区分众 多 因素影 响 煤 矿 安 全 的重 要 程 度 、 设 定 其 管理 层次将 是 未来煤 矿 安全监 管 信息 管理必 须 面对 的核 心 问题之 一 。 2基于 物联 网 的煤 矿 安全 监管信 息 管理 系统 由于煤 矿 安 全监 管 信 息 管理 的 特殊 性 , 传 统 的 B / S或 C / S模 式 很 难 满 足 煤 矿 安 全 监 管信 息 管 理 的要求 。考 虑 到物 联 网 技 术 的优 势 , 且 该 技 术 已 日 趋 成熟 , 本 文提 出采 用 物 联 网技术 构建 煤 矿 安 全 监 管信息管理系统 。 2 . 1 物联 网应用 于煤矿 安全 监 管 中的优 势 煤 矿 安 全 监管 要 求 信息 的采集 、 传输 和管 理 做 到 实 时 、 准 确 、 智 能 , 以最 大 程度 地 减 少 安 全 事 故 的 发 生 。另 外 , 煤 矿 分 布广 泛 、 生 产 环境 复 杂 多变 、 安 全 影 响 因素 多等 特 殊 性 , 使 得煤 矿 安 全 监 管 信 息 管 理 系统 对技 术 的要求 远高 于其 他系 统 。物联 网具有 智 能感 知 、 实时控 制 、 智 能决 策 等 特 点 , 能 够 跟 踪煤 矿 中涉及 安 全 的所 有 因 素 , 并 将 数 据 实 时 反 馈 到 相 关 数据 库服 务器 中。数据 库服 务器 与数 据发 生地 点 的分离 使煤 矿安 监部 门对 安全 数据 的集 中管理 成 为 可 能 , 而不 局 限于各个 煤矿 调度 室 的分散 控制 。 在 构建 基 于物 联 网 的煤 矿 安全 信 息 采集 、 传 输 系 统 的基础 上 , 建 立 一套 完善 的煤矿 安全 监管 体 系 , 则 有可 能最 终实 现 一 个 分层 次 、 覆 盖 煤 矿 安 全 所有 9 8 工矿 自动化 2 0 1 3年第 3 9卷 因素 、 统一数据标准的煤矿安全监管信息管理系统。 该 系统 的建 设 能够有 效减少 甚 至消 除当前 煤矿 安全 监 管 中存在 的信 息 不 对称 和多 主 体 间 的博 弈 问题 , 使 整个 系统 朝最 优化 方 向发展 。 2 . 2基 于物联 网的煤 矿 安 全监 管信 息管 理 系统 结 构 煤 矿安 全监 管信 息管理 系统 面 向的是 各级 煤矿 安全监管部 门, 目标是使其能够在有限的人力、 物力 条 件下 实现 资源 的最 优 化 配 置 , 提 高 监 管效 率 和 效 果 。基 于物 联 网的煤 矿安全 监 管信息 系统 的信 息结 构 应与 煤矿 安全 监管 层次相 匹 配 , 分 为 国家 、 省 、 市 、 县 4级 , 这 一 点 与 吴 宗 之 提 出的 整 体 结 构 类 似 。 根据安全监管信息的严重程度将系统划分为 4个等 级 , 每个 等级 监 控 的数 据 类 型 不 同 。 国家层 次 只监 管 一些 重要 的危 险 隐 患 , 而底 层 的县 级 安监 部 门则 需要全面监管各种与安全相关的信息 , 由此制定合 理 的安 全监 察策 略 。不 同层 次所 面对 的信 息是 一种 包 含关 系 , 即 越 是 底 层 , 所 需 要 处 理 的信 息 就 越 详 细 , 信息的实时性要求也越高, 但信息所涉及煤矿的 范围越小。以某个煤 矿为例 , 最重要的安全信息 由 国家安 监部 门 实 时 控 制 , 次 级 的安 全 信 息 则 由省 、 市 、 县安 监部 门分 层 管理 。县级 安 监 部 门在安 监 管 理 过程 中需 要用 到所 有层次 的信 息 。国家 局为 了保 证信息的真实性 、 可靠性和实时性 , 如果拥有信息的 管 理权 限 , 则 无法 避 免整个 系统 巨量 的数 据传输 , 最 终 影 响整个 系统 的运 行 。而将所 有数 据安 全管 理权 限下放到县级安监部 门, 则难以保证信息的及 时性 和全局掌控能力 。这也是传统安全监管信息管理的 难 题 。基 于物联 网 的煤矿 安全 监管信 息管 理 系统采 用 物联 网与 云计 算技 术 , 属 于分 布一 集 中式 的数 据管 理模式 , 信息结构如图 1 所示。 国家 安监数据库 省级安监部门 国家煤矿安全 监察局 圈 互联网、无线网络 回圉⋯ 回 图 1 基 于物联 网的煤矿安全监管信息管理系统信息结构 基 于物联 网的煤矿 安全 监管 信息 管理 系统 的信 息结 构分 为省 级及 以 下的 云安全 平 台和 国家级 的安 监信息 中心数据库 2 个 层次 。煤 矿安 全所 涉及 的信 息种类 多 , 层次复 杂且 实时性 要求 高 , 在 省级 安监 部 门层次上可设立物联 网云数据存储平 台, 将本省所 涉 及 的煤 矿安 全信 息通 过 互联 网 、 无线 网络 等 传 输 至对应 云安 全平 台相应 服务 器上 。云安 全平 台服 务 器根据 设定 的安全 管理 模型 对存储 的数 据进 行实 时 计 算 , 得 出反 映各 个 煤矿 甚 至 各 个 工作 面 实 时 安全 情 况 和等级 的数据 。相 关信 息 可采 用 S a a S 软 件 即 服务 等服务模式 , 向县 、 市级安监部 门提供服务, 并 生 成相应 的安全 监 管 工作 计 划 。在 国家 层 次上 , 每 隔一定 时 间从 各省 级安 监部 门云安 全平 台提 取相关 数 据 , 形 成及 时更 新 的国家安 监数 据库 , 确保 国家 局 能 够及 时掌 握全 国煤 矿 安 全 生 产形 势 , 并 为 国家 制 定 相关 的安监 法律 法规 提供参 考 。 由于 国家 局所需 要 的信 息仅 为影 响煤 矿 安全 的核 心 信 息 如 瓦 斯 体 积 分数 、 顶板 压力 等 , 其 数据 量相对 较小 , 且 实时性 要 求不 如基层 的煤 矿 安 监 部 门 高 , 因此 对 整 个 系 统 数 据传输 的压 力并 不 明显 。 3 基于物联网的煤矿安全监管信息管理 系统面临 的挑 战 基 于物联 网的煤矿 安全 监管 信息 管理 系统对 现 有 的煤 矿安 全监管 以及 信息 管理模 式 等提 出 了全 新 的挑 战 。 1 数 据标 准 的统 一性 问题 。基 于物 联 网 的煤 矿安全 监管 信息 管 理 系统 面 向 全 国煤 矿 , 必 须 制 定 统 一 的数据标 准 , 使 各煤 矿 采 集 到 的信 息 格 式 和 口 径 一致 , 否则 省级 和 国家级 安 监 部 门无 法 掌 握 所 管 辖 煤矿 的安 全生产 状况 , 更 无法进 行横 向对 比。 2 安 全影 响 因素 的分级 与动 态 调整 。不 同安 监层次 对信 息 的关 注 内容 不 同 , 越 是 高层 越 关 注 重 大安全 隐患信 息 。如何 将影 响煤矿 安全 的各 种 因素 进行合 理 的分级 , 并 根 据安 全 事 故 和 安全 形 势 进 行 科 学 、 及 时 的动态 调整 , 是基 于物联 网的煤矿 安全 监 管信息 管理 系统适 应 安 全 生 产 形 势变 化 、 不 断提 升 安 全监 管水平 的关 键 。 3 物联 网技术 的稳 定性 和经 济 性 问题 。物 联 网虽然 已经 在很 多 行业 得 到 广 泛 应用 , 但 煤 矿 生 产 环境复杂多变, 对电磁信号等于扰较大 , 如何保证物 联 网技 术在 煤矿应 用 时 的稳 定 性 , 并 不 断 降低 应 用 成本 , 是 基 于物联 网 的煤 矿 安 全 监 管信 息 管 理 系 统 能否在煤 矿广 泛实 施 的基础 。 4 安 监信 息管理 部 门和 职能 的调整 。现有 安 监 部 门一般 包 括 办公 室 、 政 策法 规 室 、 规划 室 、 应 急 第 3 9卷 第 l期 2 0 1 3年 1月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n Vo I . 3 9 NO . 1 J a n .2 01 3 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O 1 3 O l 一 0 0 9 9 0 4 D OI 1 0 . 7 5 2 6 / j . i s s n . 1 6 7 1 2 5 1 X . 2 0 1 3 . 0 1 . 0 2 6 徐 肖肖, 瞿光祥 , 黄艳秋, 等. 基于 Z i g B e e 的矿井无线语音通信系统探讨E J ] . 工矿自动化 , 2 0 1 3 , 3 9 1 9 9 1 0 2 . 基于 Z i g B e e的矿井无线语音通信系统探讨 徐 肖肖 , 瞿 光祥 , 黄艳秋 , 才媛 1 . 中 国矿业 大学 信 电学 院 , 江苏 徐 州 2 2 1 0 0 8 ; 2 . 中 国矿 业大 学 物联 网 感 知矿 山 研究 中心 ,江苏 徐 州 2 2 1 0 0 8 摘要 针对现有煤矿语音通信 系统常采用有线方式而导致发生事故时无法保证通信 可靠性的问题 , 提 出 一 种基 于 Z i g B e e技 术的 无线语 音通 信 系统设 计 方案 , 重 点介 绍 了该 系统 无线 语 音 通信 节 点 的软 、 硬 件 设 计 方案 。在 实验 室环境 下测试 了不 同距 离下语 音 通信 节点 的收 包率 与信 号强 度 , 结果表 明 , 当节 点距 离通信 距 离6 0 m 时 , 丢 包率逐 渐 变大 , 且信 号 强度 随 节点距 离的增 大而减 小 , 由此 确 定基站 间距 为 6 O m, 基站 覆 盖 半径 为 6 0 m。 关键 词 矿 井语 音通 信 系统 ;无 线语音 通信 ;通信 终端 ; Z i g B e e ;收 包率测试 ; 信 号 强度 测试 中图分 类号 T D6 5 5 文献 标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 2 1 2 2 8 1 7 3 8 网络 出版地 址 w ww. c n k i . n e t / k c ms / d e t a i l / 3 2 . 1 6 2 7 。 T P . 2 0 1 2 1 2 2 8 . 1 7 3 8 . 0 2 6 . h t ml 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 9 0 5 。 作者简介 徐 肖肖 1 9 8 8 一 , 女, 河南焦作人 , 硕士研究生 , 研究方 向为无线传感器网络 、 语 音通信 , E ma i l x u x i a o x ia o 8 2 7 1 6 3 . c o rn。 救援办公室、 安全健康监督室 、 人事部门和安全监管 业 务部 门 等 , 缺乏 一 个 层 次 较 高 的安 全 信 息 管 理 部 门。在基 于物联 网 的煤 矿 安全 监管 信息 管理 系统模 式 下 , 至 少需 要在 省 级 和 国 家级 安 监 部 门成 立 独立 的 、 具 备 相 当高层 次 的信 息 管 理 部 门 。这 就 涉及 对 现有 部 门 的调整 以及 相关管 理 流程 和考 核 内容 的变 化 。这种 变 化也 可能从 安监 系 统延伸 到各 个矿 业集 团和煤矿 。 4结语 基 于物联 网的煤矿 安全 监 管信息 管理 系统 能 够 较好 地满 足煤 矿安 全 监 管 信 息 管 理 对 于信 息 采 集 、 传输 和加 工利 用等 环节 的要 求 。该 系统 的建立 能够 提高煤矿 安全 监管 的效 率 , 但 在 具 体 实 施过 程 中还 需解决信息标准、 安全 因素分级 、 安监体 系、 信息采 集 内容及 其在 物联 网系统 和非物 联 网系统 内的分工 等关 键性 问题 。 参考文献 [1 ] [ 2] 肖光进 , 刘建秋 . . 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