云計(jì)算環(huán)境下煤礦應(yīng)急管理關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

■ 文 / 喬鵬舉

煤礦應(yīng)急管理信息化建設(shè)深入創(chuàng)新發(fā)展，逐漸實(shí)現(xiàn)智能化、服務(wù)化。然而當(dāng)前煤礦應(yīng)急管理信息數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)、處理和運(yùn)用等多個(gè)方面存在一定問題，基于此，文章提出云計(jì)算環(huán)境下煤礦應(yīng)急管理新型模式，以發(fā)揮關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢和價(jià)值，增強(qiáng)煤礦應(yīng)急管理體系結(jié)構(gòu)的開放服務(wù)性，更加高效地開發(fā)利用海量信息數(shù)據(jù)，促進(jìn)煤礦企業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

1 云計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀

云計(jì)算主要是指在計(jì)算機(jī)技術(shù)背景下，實(shí)現(xiàn)增值服務(wù)與使用交互模式的技術(shù)，主要為計(jì)算機(jī)設(shè)備提供虛擬動(dòng)態(tài)鏈接資源。云計(jì)算技術(shù)在應(yīng)用過程中具有較強(qiáng)的開放性特點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)，可以有效模擬人們實(shí)際生活中氣候環(huán)境變化趨勢、股票行情走勢等多種場景。云計(jì)算具有多元化的屬性，包含自主化、計(jì)量化、靈活性等特點(diǎn)。云計(jì)算技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)化配置和管理物理層面資源和互聯(lián)網(wǎng)上虛擬資源等多種資源。另外，在實(shí)際應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)的過程中，能夠結(jié)合使用者的實(shí)際需求提高資源的彈性屬性，為使用者和供貨商的連接提供便利條件，實(shí)現(xiàn)兩者之間直接交互，同時(shí)具有便捷的資源獲取方式。

2 云計(jì)算對煤礦應(yīng)急管理的影響

云計(jì)算是一種基于Web的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，煤礦企業(yè)需要通過滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的方式接入云系統(tǒng)，將有用資源切換到自身的應(yīng)急管理應(yīng)用中，不需要單獨(dú)采購網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、服務(wù)器等相關(guān)硬件設(shè)備，同時(shí)不需要?jiǎng)?chuàng)建自身的數(shù)據(jù)中心，通過租用的方式代替昂貴軟件的購買，節(jié)約煤礦應(yīng)急管理成本，有效減輕煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。如圖1所示，煤礦應(yīng)急管理過程中投資系統(tǒng)前端信息采集點(diǎn)，將相關(guān)設(shè)備連接到云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)上，管理和技術(shù)人員可以在任何時(shí)間和地域，直接通過網(wǎng)絡(luò)采用瀏覽器借助授權(quán)方式掌握煤礦各個(gè)生產(chǎn)和應(yīng)急管理環(huán)節(jié)，有效提升辦公質(zhì)量和效率。

3 云計(jì)算環(huán)境下煤礦應(yīng)急管理的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 海量存儲(chǔ)技術(shù)

現(xiàn)代數(shù)字化煤礦發(fā)展中形成海量數(shù)據(jù)，促進(jìn)數(shù)據(jù)管理方式產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)變，需要合理應(yīng)用海量存儲(chǔ)技術(shù)，提高煤礦應(yīng)急管理效果。煤礦應(yīng)急管理海量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)規(guī)模大的特點(diǎn)，煤礦企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以監(jiān)測點(diǎn)為基礎(chǔ)采集和存儲(chǔ)，主要包含瓦斯環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備信息、井下工作人員信息、空間信息等多項(xiàng)測量數(shù)據(jù)；種類繁多，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)主要?jiǎng)澐殖稍妓矔r(shí)值、平均值、累計(jì)值等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，同時(shí)包含礦圖、GIS、監(jiān)控視頻和圖像、應(yīng)急知識(shí)、預(yù)案和事故案例等數(shù)據(jù)，逐漸增加數(shù)據(jù)所占份額。

煤礦應(yīng)急管理系統(tǒng)不僅要處理海量數(shù)據(jù)，還要推理各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，為其他相關(guān)領(lǐng)域解決問題提供輔助作用。例如，煤礦應(yīng)急管理中的監(jiān)測監(jiān)控模塊：調(diào)度指揮中心或相關(guān)管理人員可及時(shí)查看實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一般包括煤礦井下監(jiān)控傳感器信息、火災(zāi)束管監(jiān)控信息、人員定位信息等，并可在調(diào)度大屏中實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)某一個(gè)位置發(fā)生告警時(shí)，基于GIS的礦井圖紙上相應(yīng)位置的顏色就會(huì)發(fā)生變化，并根據(jù)告警的緊急程度顏色有所不同。點(diǎn)擊該告警區(qū)域，進(jìn)入該煤礦井下GIS圖，從圖上可以很清楚地看到是哪個(gè)位置發(fā)生了告警、有害氣體濃度是多少等數(shù)據(jù)。救援預(yù)警模塊：系統(tǒng)可通過電話、短信、監(jiān)控界面等方式接收報(bào)警信息。監(jiān)控人員接收到報(bào)警信息后，必須對報(bào)警信息進(jìn)行確認(rèn)，對災(zāi)害事故有關(guān)概要進(jìn)行登記。確定無誤后，立刻調(diào)用本系統(tǒng)的短信子系統(tǒng)給相關(guān)人員發(fā)送報(bào)警短信，也可通過查詢煤礦相關(guān)的救援負(fù)責(zé)人及其信息，通過電話等方式通知報(bào)警信息。同時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)向相關(guān)部門發(fā)送報(bào)警短信，并根據(jù)不同的報(bào)警等級(jí)上報(bào)報(bào)警信息給不同級(jí)別的負(fù)責(zé)人員，其內(nèi)容包含報(bào)警時(shí)間、報(bào)警地點(diǎn)、報(bào)警原因等信息。

3.2 作業(yè)調(diào)度算法

云計(jì)算作業(yè)調(diào)度可有效達(dá)到最佳跨度，最大限度地保證煤礦應(yīng)急管理系統(tǒng)負(fù)載均衡性、經(jīng)濟(jì)性，但云計(jì)算平臺(tái)自身的動(dòng)態(tài)、異構(gòu)性造成云環(huán)境下作業(yè)調(diào)度十分繁雜和困難。

（1）FIFO調(diào)度算法?；A(chǔ)思想是將作業(yè)依照先后順序統(tǒng)一放在相同隊(duì)列中，之后結(jié)合先后迅速優(yōu)先級(jí)被按照順序調(diào)度執(zhí)行，遵守先進(jìn)先出的基礎(chǔ)作業(yè)調(diào)度措施。FIFO調(diào)度設(shè)計(jì)簡潔，更加適合應(yīng)用于單用戶集群系統(tǒng)，具有較高的系統(tǒng)利用率和響應(yīng)，但針對多用戶共享集群資源難以獲得良好的應(yīng)用效果，不能有效區(qū)分不同用戶各項(xiàng)作業(yè)類型，難以有效利用整個(gè)集群信息資源，不能滿足云計(jì)算資源共享特點(diǎn)。尤其是煤礦應(yīng)急管理平臺(tái)中具有多種類型的用戶和作業(yè)，F(xiàn)IFO調(diào)度不符合相應(yīng)需求。

（2）FAIR調(diào)度算法。采用公平調(diào)度器有效解決FIFO調(diào)度中存在的問題，并行執(zhí)行不同類型作業(yè)，實(shí)現(xiàn)資源共享，保證在多用戶、多作業(yè)種類條件下提升集群整體資源利用效率，實(shí)現(xiàn)全部用戶的資源共享。公平調(diào)度器能夠更加平均地分配工作，保證不同作業(yè)都能平均共享集群資源，在作業(yè)之間實(shí)現(xiàn)交互，同時(shí)讓Hadoop集群有效響應(yīng)各個(gè)類型作業(yè)。

（3）Capacity調(diào)度算法。主要應(yīng)用計(jì)算能力調(diào)度器，支持多種隊(duì)列，不同隊(duì)列能夠單獨(dú)分配相應(yīng)的資源量，利用FIFO策略，避免相同用戶作業(yè)單獨(dú)占用隊(duì)列中的資源，有效限定每個(gè)用戶提交作業(yè)占用的資源量。例如，在Capacity調(diào)度器同步運(yùn)行4個(gè)不同類型作業(yè)的過程中，隊(duì)列之間呈現(xiàn)出共享空閑計(jì)算資源，計(jì)算能力調(diào)度算法能夠在選擇相應(yīng)類型作業(yè)的過程中，注意該作業(yè)所屬用戶有無超過其能夠應(yīng)用計(jì)算資源的范圍，如超出限制，該作業(yè)不能被選中。這與公平調(diào)度存在差異，不支持優(yōu)先級(jí)占用，在其中一種類型作業(yè)完成之前，其應(yīng)用的資源不會(huì)被其他類型的作業(yè)搶走。另外，相同用戶的作業(yè)也不會(huì)產(chǎn)生獨(dú)占資源的現(xiàn)象，強(qiáng)制限定了隊(duì)列中相同用戶提交作業(yè)獲取的資源量。Capacity調(diào)度器能夠有效管理集群中存儲(chǔ)的資源，支持內(nèi)存密集型作業(yè)，在相關(guān)類型作業(yè)對內(nèi)存資源需求高的情況下，該調(diào)度算法能夠確保將作業(yè)的各項(xiàng)任務(wù)在充足內(nèi)存資源上執(zhí)行，同時(shí)在選擇作業(yè)的過程中，該調(diào)度算法需要檢查空閑內(nèi)存資源是否符合該類型作業(yè)的內(nèi)存要求。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

煤礦應(yīng)急管理系統(tǒng)需要升級(jí)系統(tǒng)軟件或者研發(fā)全新的系統(tǒng)，促進(jìn)其數(shù)據(jù)挖掘功能，在一體化管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，相關(guān)子系統(tǒng)能夠完成自身管理目標(biāo)，定向挖掘和高效運(yùn)用各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)。煤礦也要研發(fā)和配置智能化機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)，促進(jìn)煤礦應(yīng)急管理系統(tǒng)能夠針對安全管理、設(shè)備故障問題診斷、資源配置等多項(xiàng)管理目標(biāo)，科學(xué)合理地采集、分析和預(yù)測數(shù)據(jù)庫信息，改善數(shù)據(jù)挖掘模型、算法和具體規(guī)則，提高整個(gè)系統(tǒng)的智能化決策能力，提供知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)。例如，煤礦應(yīng)急管理決策分析模塊：該模塊支持對煤礦的監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較，并根據(jù)各種規(guī)則、算法進(jìn)行預(yù)測。通過分析比較、對比關(guān)聯(lián)等手段能夠發(fā)現(xiàn)隱藏在大量監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中的有用的規(guī)律，從而完成從安全監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)向信息的轉(zhuǎn)化，為決策層提供科學(xué)決策依據(jù)。通過井下GIS圖可快速判定事故發(fā)生的地點(diǎn)，了解瓦斯、一氧化碳、氧氣等氣體含量，以及風(fēng)速、人員數(shù)量等。調(diào)用專家系統(tǒng)模型的返回結(jié)果數(shù)據(jù)，可通過井下GIS圖更直觀地呈現(xiàn)。

另外，在煤礦應(yīng)急管理應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的過程中，需要?jiǎng)?chuàng)建和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘、應(yīng)急管理智能化的基礎(chǔ)保障。煤礦企業(yè)結(jié)合生產(chǎn)安全、戰(zhàn)略規(guī)劃方案等多種管理目標(biāo)，創(chuàng)建相配套的數(shù)據(jù)庫，研發(fā)和應(yīng)用相匹配的應(yīng)急管理軟件，自動(dòng)化采集、預(yù)加工應(yīng)急管理中需要的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，同時(shí)將信息數(shù)據(jù)在不同數(shù)據(jù)庫中分類存儲(chǔ)，為數(shù)據(jù)挖掘提供最新的完整資源。例如，煤礦應(yīng)急管理資源管理模塊：應(yīng)急資源管理系統(tǒng)通過對救援人員、隊(duì)伍、醫(yī)療設(shè)施、裝備、物資以及專家等資源進(jìn)行有效管理，在應(yīng)急救援過程中，可以通過GIS、圖表等多種方式展現(xiàn)資源的地點(diǎn)、數(shù)量、特征、性能、狀態(tài)等信息和有關(guān)人員、隊(duì)伍的培訓(xùn)、演練情況，為指揮決策隨時(shí)調(diào)閱、檢查資源提供輔助支持。

4 結(jié)語

煤礦應(yīng)用管理海量數(shù)據(jù)具有規(guī)模大、種類繁多的特點(diǎn)，煤礦企業(yè)需要在云計(jì)算環(huán)境下加大對海量存儲(chǔ)技術(shù)、作業(yè)調(diào)度算法、數(shù)據(jù)挖掘等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用力度，同時(shí)掌握關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，為煤礦應(yīng)急管理工作高效開展提供有力的支持和保障。