摘 要：煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和煤礦專業(yè)技術(shù)人員的缺乏一直是影響數(shù)據(jù)綜合分析、安全決策的難題。中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司利用先進(jìn)信息技術(shù)，根據(jù)主要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸方式的特性，設(shè)計(jì)了Socket+FTP的數(shù)據(jù)傳輸方式，開(kāi)發(fā)了煤礦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，將主要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降V業(yè)集團(tuán)或者第三方機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，同時(shí)這樣便可以充分利用礦業(yè)集團(tuán)或者第三方機(jī)構(gòu)的專業(yè)技術(shù)人員對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和遠(yuǎn)程決策，緩解煤礦專業(yè)技術(shù)人員不足的問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：監(jiān)測(cè)系統(tǒng);數(shù)據(jù)傳輸;數(shù)據(jù)共享

　　0 引 言

　　我國(guó)各大、中、小型煤礦都陸續(xù)安裝了各類煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，安全監(jiān)控系統(tǒng)已成為防止煤礦安全生產(chǎn)事故的重要技術(shù)手段[1]。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)一般都是不同廠家獨(dú)立建設(shè)，現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不完備，兼容率低，系統(tǒng)設(shè)備在后期的維護(hù)和更新方面存在很多的不便，為進(jìn)一步推進(jìn)煤礦信息化帶來(lái)困難[2]，系統(tǒng)之間信息的共享與互通互聯(lián)還存在一定的缺陷，產(chǎn)生大量的“信息孤島”，這種現(xiàn)狀阻礙了煤礦業(yè)信息化的進(jìn)一步發(fā)展[3]，使得專家在決策時(shí)因?yàn)檎莆招畔⒉蝗妫茈y準(zhǔn)確做出判斷和決策[4]。

　　2015年丁恩杰[5]等從嵌入式智能信息傳感技術(shù)、基于大數(shù)據(jù)的礦山安全生產(chǎn)云服務(wù)平臺(tái)、安全性方面探討了煤礦物聯(lián)網(wǎng)可能的發(fā)展方向。2017年袁亮[6]院士基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)，提出了煤炭精準(zhǔn)開(kāi)采的科學(xué)構(gòu)想，是在時(shí)間和空間上可以實(shí)現(xiàn)智能和少人(無(wú)人)安全準(zhǔn)確挖掘的新模式和新方法，具有風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、監(jiān)測(cè)和預(yù)警等功能。王國(guó)法[7]院士提出的智慧煤礦2025情景目標(biāo)和發(fā)展路徑中也提及用各類傳感器和設(shè)備采集數(shù)據(jù)，應(yīng)用各類通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、監(jiān)控預(yù)警、科學(xué)生產(chǎn)調(diào)度等。這些都必然需要大數(shù)據(jù)處理的支撐[8]。

　　由于煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)、地質(zhì)情況的復(fù)雜性，要實(shí)現(xiàn)各類地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警，往往需要多種物探監(jiān)測(cè)手段，還要結(jié)合地質(zhì)、鉆探的信息進(jìn)行綜合分析，但是現(xiàn)有的技術(shù)手段等還無(wú)法實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)分析，因此需要專業(yè)技術(shù)人員甚至專家進(jìn)行綜合分析和判斷，但是煤礦往往缺乏這類型的人才。因此，本單位建立一個(gè)煤礦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)⒏黝惐O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)矫旱V的上級(jí)部門(mén)或者礦業(yè)集團(tuán)，由該單位組織人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，不僅僅可以緩解煤礦企業(yè)缺乏專業(yè)技術(shù)人員的問(wèn)題，而且能夠更好地發(fā)揮礦業(yè)集團(tuán)技術(shù)人員或者專家的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)各類險(xiǎn)情做出準(zhǔn)確的判斷，提高煤礦的生產(chǎn)效率，改善煤礦的安全生產(chǎn)狀況。

　　1 國(guó)內(nèi)煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　1.1 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)水平相對(duì)較低

　　現(xiàn)階段，我國(guó)煤礦在監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)上以系統(tǒng)集成為主，信息利用程度上還處于比較低下的水平，系統(tǒng)之間缺乏互通互聯(lián)，信息共享還存在一定的缺陷，致使信息碎片化，很難進(jìn)行綜合性的利用和分析，這種狀況不僅僅使得很多信息化技術(shù)并沒(méi)有真正地在煤礦領(lǐng)域發(fā)生作用，而且還阻礙了煤礦行業(yè)信息化程度的進(jìn)一步提升[9，10]。

　　1.2 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

　　在多種多樣監(jiān)測(cè)監(jiān)控需求引導(dǎo)下，很多廠家進(jìn)行了產(chǎn)品廠商的推廣，很多煤礦也初步建立了信息化網(wǎng)絡(luò)，但是生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控產(chǎn)品時(shí)，由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種類型的監(jiān)測(cè)監(jiān)控產(chǎn)品，由于標(biāo)準(zhǔn)不一，這些設(shè)備在后期的維護(hù)和更新方面存在很多的不便，為進(jìn)一步推進(jìn)煤礦信息化帶來(lái)困難[11，12]。

　　1.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析專業(yè)人員缺乏

　　對(duì)微震、礦壓等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析需要結(jié)合巖層的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)、采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)的分布、突水試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等多種信息才能綜合分析做出判斷，專業(yè)性、綜合性較強(qiáng)，需要多專業(yè)技術(shù)專家綜合決策，然而在煤礦的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中缺乏相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人員[13，14]。

　　2 煤礦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)種類繁多，數(shù)據(jù)類型多樣，但是大多數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有少部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文分別選取微震、視電阻率以及光柵光纖數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

　　2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

　　圖1為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，其中煤礦監(jiān)控中心處于一個(gè)局域網(wǎng)中，數(shù)據(jù)中心處于一個(gè)局域網(wǎng)中，為了盡量減少對(duì)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改造，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器需要一個(gè)公網(wǎng)IP，以便任何一個(gè)礦上的監(jiān)控系統(tǒng)只要能夠連接到公網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

　　2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)軟件和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接口應(yīng)該在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理層中，在平臺(tái)中將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)稱為交互對(duì)象，整個(gè)平臺(tái)軟件共分為四層，系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

　　3.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方式

　　應(yīng)用系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的方式主要有以下三種。

　　3.1.1 Socket通信方式

　　Socket(套接字)是一個(gè)抽象層，是最簡(jiǎn)單的交互方式，是典型C/S(客戶機(jī)/服務(wù)器)交互模式。服務(wù)器提供服務(wù)，通過(guò)IP地址端口進(jìn)行服務(wù)訪問(wèn)，應(yīng)用程序可以利用它進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，可對(duì)其進(jìn)行像對(duì)文件一樣的打開(kāi)、讀寫(xiě)和關(guān)閉等操作。其中傳輸協(xié)議可以選擇TCP或UDP協(xié)議，服務(wù)器與客戶端約定了請(qǐng)求報(bào)文格式和響應(yīng)報(bào)文格式。

　　3.1.2 FTP文件共享服務(wù)器方式

　　FTP(File Transfer Protocol，文件傳輸協(xié)議)是用于在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行文件傳輸?shù)囊惶讟?biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使用TCP傳輸，F(xiàn)TP允許用戶通過(guò)與另一主機(jī)相互通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的增加、刪除、修改、查看、傳送等操作。對(duì)于大數(shù)據(jù)量的交互，采用這種文件的交互方式最適合不過(guò)。

　　3.1.3 共享數(shù)據(jù)庫(kù)方式

　　共享數(shù)據(jù)庫(kù)集成方式通常把多個(gè)應(yīng)用需要共享的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)共享數(shù)據(jù)庫(kù)中，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從而滿足不同應(yīng)用的集成需求。但是在共享數(shù)據(jù)庫(kù)方式中，多個(gè)應(yīng)用程序可能頻繁地讀取和修改共享數(shù)據(jù)庫(kù)中相同的數(shù)據(jù)，這會(huì)造成對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)壓力加大，成為一個(gè)性能瓶頸。

　　3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸選取

　　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸主要分為三個(gè)階段：從煤礦井下到煤礦監(jiān)控中心，從煤礦監(jiān)控中心到數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)、從數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)到用戶終端。這三個(gè)階段，第一階段由煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成，本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)第二、三階段的數(shù)據(jù)傳輸。

　　本系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要分為三類：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)初步處理結(jié)果、監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)，表1對(duì)這三類數(shù)據(jù)在第二階段從數(shù)據(jù)量、實(shí)時(shí)性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳輸方式方面進(jìn)行比較。

　　在第二階段從煤礦監(jiān)控中心到數(shù)據(jù)平臺(tái)的過(guò)程中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)初步處理結(jié)果數(shù)據(jù)量不大，但是對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高;監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件大都采用C/S結(jié)構(gòu)，而且各類監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，存儲(chǔ)方式復(fù)雜，為了傳輸?shù)目煽啃裕趥鬏敶祟悢?shù)據(jù)時(shí)決定采用Socket方式，利用TCP/IP協(xié)議。監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量很大，但是對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，可以采用FTP方式傳輸數(shù)據(jù)。

　　如表2所示，在第三階段從數(shù)據(jù)平臺(tái)到用戶終端的過(guò)程中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)初步處理結(jié)果數(shù)據(jù)量都保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，而且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一致性較好，同時(shí)為了使用戶訪問(wèn)簡(jiǎn)單，決定采用HTTP協(xié)議，用戶通過(guò)瀏覽器就可以方便地訪問(wèn)平臺(tái)的數(shù)據(jù)，但是在下載監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)時(shí)由于數(shù)據(jù)量較大，采用FTP協(xié)議可以提高傳輸效率。

　　4 系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)軟件比較復(fù)雜，涉及C/S結(jié)構(gòu)、B/S結(jié)構(gòu)，還有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，C/S結(jié)構(gòu)軟件采用Visual C++開(kāi)發(fā)平臺(tái)，B/S結(jié)構(gòu)軟件采用Eclipse開(kāi)發(fā)平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

　　4.1 數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)

　　微震數(shù)據(jù)傳輸模塊作為T(mén)CP客戶端，根據(jù)IP地址和端口號(hào)連接數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器，服務(wù)器連接成功后即可將微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中需要發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和修改后還沒(méi)有發(fā)送的系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一一發(fā)送給服務(wù)器，為了減少數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)量，減小數(shù)據(jù)庫(kù)壓力，無(wú)論新的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生成還是系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的修改，都要發(fā)送消息給微震數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)然后發(fā)送，微震數(shù)據(jù)傳輸模塊主界面如圖3所示。

　　視電阻率、光柵光纖和水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸模塊的開(kāi)發(fā)與微震數(shù)據(jù)傳輸模塊類似，只是數(shù)據(jù)傳輸格式需要根據(jù)給系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行定制。

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