政府監(jiān)管部門煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案

高穆

哈爾濱市煤礦安全檢測監(jiān)控中心

政府監(jiān)管部門煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案

高穆

哈爾濱市煤礦安全檢測監(jiān)控中心

目前，關(guān)于煤炭企業(yè)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方面的研究非常多，但對政府監(jiān)管部門的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方面的研究較少。本文以哈爾濱市煤礦安全監(jiān)管部門煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)（軟件與網(wǎng)絡(luò)部分）建設(shè)方案為例，通過利用成熟的新技術(shù)對政府監(jiān)管部門原有的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的更新建設(shè)，解決以往煤礦安全監(jiān)測工作中遇到的問題，形成了較先進(jìn)和完備的政府監(jiān)管部門煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，對政府監(jiān)管部門煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)及與煤炭企業(yè)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)等工作具有一定的指導(dǎo)意義。

煤礦；安全；政府；監(jiān)控；方案

為滿足對年產(chǎn)240萬噸高瓦斯突出井工礦井的安全監(jiān)測任務(wù)要求，哈爾濱市煤礦安全監(jiān)管部門根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029-2007）、《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》（AQ6201-2006）等規(guī)范要求，對已有煤礦安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)（軟件與網(wǎng)絡(luò)部門）進(jìn)行重新設(shè)計，方案如下：

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如下表所示：

應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)平臺消息系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)統(tǒng)計分析系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)終端管理系統(tǒng)移動A P P數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理系統(tǒng)W E B服務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)計分析服務(wù)器設(shè)備安全管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信線路

1.2 網(wǎng)絡(luò)及硬件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心設(shè)在市政府網(wǎng)絡(luò)中心。1.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

1.4 傳輸設(shè)計

傳輸系統(tǒng)租用通信運(yùn)營商的線路。為了線路無故障運(yùn)行，至少采用兩家運(yùn)營商出口帶寬分別為100M的光纖線路，保證光纖線路直接到達(dá)運(yùn)營商主干線路。

1.5 IP地址分配

IP地址分配是由業(yè)務(wù)驅(qū)動，IP地址分配應(yīng)充分合理利用地址空間，提高地址的利用效率。分配如下：

存儲網(wǎng)段：192.168.150.224/27主機(jī)數(shù)30

主機(jī)網(wǎng)段：192.168.151.224/27主機(jī)數(shù)30

虛擬網(wǎng)段：192.168.152.254/24主機(jī)數(shù)254

vMotion網(wǎng)段：192.168.153.254/24主機(jī)數(shù)254

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)網(wǎng)IP：192.168.200.254/28主機(jī)數(shù)14

管理網(wǎng)段：192.168.154.254/24主機(jī)數(shù)254

1.6 軟件設(shè)計

1.6.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)工作面信息、傳感器信息、礦井人員信息、統(tǒng)計信息、指標(biāo)信息、預(yù)警信息、聲音影像信息等數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)來源于煤炭企業(yè)綜合管理平臺下的各個子系統(tǒng)，雙方系統(tǒng)要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

1.6.2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

煤礦監(jiān)控系統(tǒng)主要包括煤礦接入認(rèn)證管理、數(shù)據(jù)傳輸、異常監(jiān)控報警、分析統(tǒng)計、移動終端通信5個模塊。

1.6.2.1 煤礦接入認(rèn)證管理模塊

系統(tǒng)要對將要接入的煤礦進(jìn)行安全接口認(rèn)證權(quán)限管理，雙方協(xié)商使用動態(tài)數(shù)據(jù)加密及網(wǎng)絡(luò)地址權(quán)限雙重驗證，防止非法用戶接入。對系統(tǒng)認(rèn)證、數(shù)據(jù)接入實(shí)行統(tǒng)一記錄、管理，異常情況及時報警。

1.6.2.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊

政府監(jiān)管部門與煤炭企業(yè)之間通過互聯(lián)網(wǎng)連接，傳輸模塊負(fù)責(zé)將雙方的信息數(shù)據(jù)流進(jìn)行管理和控制，根據(jù)需求從煤炭企業(yè)讀取數(shù)據(jù)，并在政府監(jiān)管部門顯示。

1.6.2.3 異常監(jiān)控報警模塊

系統(tǒng)要能夠利用傳感器和通訊技術(shù)對甲烷濃度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、礦井工作面溫度、礦井地壓、風(fēng)速、風(fēng)壓、煙霧、饋電狀態(tài)、風(fēng)門狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通風(fēng)機(jī)開停、主通風(fēng)機(jī)開停進(jìn)行自動化監(jiān)控分析，直觀顯示監(jiān)測、控制設(shè)備位置、運(yùn)行及控制狀態(tài)；設(shè)置每項安全指標(biāo)的安全報警線，通過系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控傳輸?shù)默F(xiàn)場數(shù)據(jù)，及時掌握和處理多個礦井系統(tǒng)的報警信息。

1.6.2.4 分析統(tǒng)計模塊

可以根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)顯示情況進(jìn)行查詢、分析、決策。按照管理的主要指標(biāo)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中分析與處理。建立分析模型、分析指標(biāo)和報表等，采用同比/環(huán)比/趨勢分析等方法，對安全、生產(chǎn)、設(shè)備、人員、危險源等進(jìn)行多維分析、統(tǒng)計分析，并將分析結(jié)果以圖形（餅圖、折線圖、柱線圖等）和報表的方式進(jìn)行展現(xiàn)。系統(tǒng)中需要大量的統(tǒng)計分析報表，為加快報表開發(fā)速度，并利于后續(xù)各種報表的擴(kuò)充和二次開發(fā)，須選用專業(yè)的報表開發(fā)工具。可視化報表工具是一個專用于生成統(tǒng)計圖表的工具軟件，用于報表樣式的制作、數(shù)據(jù)的提取、表內(nèi)的計算和打印。它通過各類接口從各種類型的數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了對后端數(shù)據(jù)庫的透明訪問，利用它可以動態(tài)定義各種類型的報表，生成的報表可以存放成Excel、Pdf格式，供用戶進(jìn)一步修改、保存、打印。系統(tǒng)的功能模塊包括樣式和圖表的制作、查詢的定義、表內(nèi)公式的定義、報表的WEB發(fā)布四大部分。圖表制作提供了通過可視化的所見即所得的方式將報表中的數(shù)據(jù)以圖形的方式直觀的顯示出來的功能。表內(nèi)公式完成對表內(nèi)數(shù)據(jù)的求和、求平均值等。定義查詢就是針對具體的需求利用SQL語句將數(shù)據(jù)從業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中提取出來，同時提供了查詢變量的定義和引用的功能，并實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化查詢。WEB發(fā)布可以將制作好的報表發(fā)布到網(wǎng)頁上，各網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各類用戶瀏覽。

1.6.2.5 移動終端通信模塊

系統(tǒng)根據(jù)需要授權(quán)開通移動監(jiān)控終端的短信、郵件、電話、微信、視頻等多種消息渠道來通知監(jiān)控及管理人員，管理人員可現(xiàn)場或遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控各項業(yè)務(wù)安全指標(biāo)。

系統(tǒng)模塊流程如下圖所示：

1.7 安全保密設(shè)計

1.7.1 實(shí)現(xiàn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)隔離，所有對外應(yīng)用均使用CISCO或H3C企業(yè)級硬件防火墻進(jìn)行監(jiān)控隔離，外網(wǎng)對內(nèi)部服務(wù)器進(jìn)行訪問均使用VPN協(xié)議進(jìn)行加密互聯(lián)傳輸。

1.7.2 內(nèi)網(wǎng)使用三層交換技術(shù)，合理對管理網(wǎng)、監(jiān)控網(wǎng)、存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行VLAN劃分。在設(shè)備上配置訪問控制表，限制內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上只有維護(hù)工作站和網(wǎng)管工作站可以登錄網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

1.7.3 WEB應(yīng)用使用SSL協(xié)議，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸。

2 細(xì)節(jié)設(shè)計

2.1 預(yù)警分析

根據(jù)瓦斯、一氧化碳等傳感器所安裝的位置，可以進(jìn)行自定義預(yù)警設(shè)置，當(dāng)某一瓦斯或其他有害氣體測點(diǎn)高于設(shè)置的預(yù)警值并持續(xù)上升，且延續(xù)超過規(guī)定的時間，系統(tǒng)將進(jìn)行預(yù)警報警提示。

2.2 統(tǒng)計分析

可以根據(jù)CAD矢量圖中實(shí)時數(shù)據(jù)顯示情況進(jìn)行查詢、分析、決策；按照管理的主要指標(biāo)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中分析與處理；建立分析模型、分析指標(biāo)和報表等，采用同比/環(huán)比/趨勢分析等方法進(jìn)行統(tǒng)計分析，并將分析結(jié)果以曲線和報表的方式進(jìn)行展現(xiàn)；生成的報表可以存放成Excel格式，供用戶進(jìn)一步修改、保存、打印。

2.3 圖形實(shí)時顯示

具有動態(tài)圖形實(shí)時顯示功能，可以直觀的顯示各個傳感器的所在的位置，數(shù)值及狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)報警時，進(jìn)行聲音提示，并以不同顏色圖標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，動態(tài)圖形為Dwg格式的CAD圖形，可以進(jìn)行放大、縮小、平移等操作，并能進(jìn)行自動刷新。

2.4 重點(diǎn)監(jiān)測實(shí)時顯示

具有重點(diǎn)監(jiān)測實(shí)時顯示功能，可以根據(jù)傳感器管理功能中設(shè)置的重點(diǎn)監(jiān)測傳感器進(jìn)行關(guān)注，顯示傳感器的名稱、安裝位置、實(shí)時值、狀態(tài)等,支持自動刷新。

2.5 模擬量曲線查詢

具有模擬量曲線查詢功能，利用成熟的圖表組件，查詢實(shí)時與歷史數(shù)據(jù)生成曲線圖，應(yīng)能支持查詢傳感器至少一個月的歷史曲線，并保證顯示效果，且可縮放查看更小時間范圍的數(shù)據(jù),支持多模擬量分圖關(guān)聯(lián)展示。

2.6 系統(tǒng)背景圖管理

能直接加載礦端上傳的Dwg格式的CAD系統(tǒng)背景圖，并在背景圖中靈活設(shè)置各傳感器的位置。

3 設(shè)計效果

該方案能夠很好的滿足政府監(jiān)管部門對煤炭企業(yè)的監(jiān)測要求。

該方案的操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)底層使用云操作系統(tǒng)平臺。數(shù)據(jù)庫使用SQL Server、Mysql和Oracle數(shù)據(jù)庫。內(nèi)網(wǎng)安全管理系統(tǒng)使用天擎終端安全管理、企業(yè)防病毒及系統(tǒng)安全防御系統(tǒng)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以Internet技術(shù)為基礎(chǔ)的Intranet企業(yè)網(wǎng)。開發(fā)技術(shù)為基于框架（Framework）的構(gòu)件化軟件技術(shù)，設(shè)計工具采用JAVA、.NET、PHP、FLEX等。

以上各種成熟的新技術(shù)的應(yīng)用，使政府監(jiān)管部門能實(shí)時準(zhǔn)確監(jiān)測煤炭企業(yè)礦井的安全狀況，為隨時調(diào)度指揮，快速制定安全防范措施，避免和減少安全生產(chǎn)事故提供了有力的幫助，對政府監(jiān)管部門的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)及聯(lián)網(wǎng)工作，提供了成熟穩(wěn)定的解決方案，具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》（AQ6201-2006），2006-05-01

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.《煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求》（MT-T_1116-2011），2011-09-01

[3]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029-2007），2007-04-01

[4]質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.《計算機(jī)軟件可靠性與維護(hù)性管理》（GB/T14394-2008），2008-12-01

高穆（1977-），男，信息技術(shù)高級工程師、哈爾濱市煤礦安全檢測監(jiān)控中心主任，多年從事煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)一線工作和研究，主持設(shè)計哈爾濱市煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)現(xiàn)已投入使用。