基于云联网的矿山安全生产监控系统的设计

2019-12-26冯文超

世界有色金属 2019年20期

冯文超

（兰州职业技术学院电子与信息工程系，甘肃兰州 730070）

本文提出了基于云联网矿山安全生成监控系统，以物联网为基础，制定标准数据传输接口，实现多监控系统之间数据采集，传输和融合的标准化，打破安全生产监控系统之间的数据孤岛[1]，并以云计算为基础搭建矿山监控存储平台，实现监控数据的集中维护和管理，降低多监控系统之间集成的复杂度，同时提高系统运行的安全性和可靠性，又为未来矿山安全生产大数据平台[2]的建设奠定基础。

1 矿山云监控总体设计

1.1 总体思路

在云监控架构中，以不改变原有监控系统和监控应用的前提之下，将多监控系统整合在一起。

首先通过构建物理服务器集群，并在服务器集群上搭建云平台[3]，并通过虚拟机技术搭建实时数据服务器，管理服务器，数据仓库，备份服务器等，在云平台上构建数据存储的分析服务器。监控系统主要是通过传感器采集相关的环境参数，然后通过网络传输到云平台中，为了兼容原有的监控系统，构建综合数据接入网关，分别为各种监控提供云存储数据接口，同时为了兼容上层应用，在应用与云存储平台中构建应用服务网关，为应用与云存储之间提供数据接口。

1.2 云监控平台设计

基于上述思想，基于云联网的矿山安全生产云监控平台的设计必须满足物联网数据的实时采集，数据的稳定传输，信息的集中存储。

在云平台的实施上，可以依据功能不同构建不同内网，并通过云监控平台进行数据交换。云监控平台的实施架构如图1所示。

图1 安全生产云联网平台实施架构

在实际实施过程中，安全生产云联网平台可以划分为三种内网：监控内网，矿办内网和集团内网。监控内网主要连接各种监控系统，负责监控系统的数据采集，如生产监控数据，安全监控数据，人员定位数据等。通过在高性能服务器集群上构建云监控存储平台，将这些监控数据集中存储，同时可利用云平台灵活部署的特点，后续可以满足监控平台接入的需求、矿办内网可直接接入云监控平台，不仅可以满足日常办公使用，同时可以构建矿办数据中心，包括实时数据库和历史数据库。

从上述分析可以看出，构建矿山安全生产监控云联网平台的重点在于数据采集和信息集成，为了实现各种监控数据在不同层面的应用之间实现联动，需要构建统一数据接口。

2 软件设计

2.1 软件平台设计方案

为了实现矿山的安全生产，矿山企业通常部署各种环境监控系统以获得各种环境参数，这些监控系统独立存储和管理各自的数据，增加了矿山企业管理的复杂度，因此在高可靠硬件平台上构建软件接入平台，将数据的采集，存储，同步和共享标准化，为矿区，矿山企业，矿山集团整合多种数据源。为此，本文采用了MCGS组件[4]实现综合数据接入网关和应用服务网关。

图2 软件平台设计方案

本软件平台主要包括三部分，首先是标准化数据转化接口，是综合数据接入网关的实现形式，将底层各种监控系统获取到的信息数据转发到MCGS数据服务器中存储；其次是MCGS数据共享平台，是应用网关的实现形式，实现各类数据库之间实时数据的同步；最后是上层应用，以各种形式，如报表，动态曲线，三维动画等形式展示当前矿山的各种环境参数以及历史统计信息等。

2.2 标准化数据接口设计

如前文分析，矿山安全生产监控系统部署的时间不同，生产的厂家各异，工作的方式的差异导致矿山监控系统中产生大量数据格式不统一的异构数据[5]，使得各种监控系统无法实现数据的共享。标准化数据接口，就是为了将各个不同的安全生产监控系统传感器网络获取到的信息经过数据解密，数据提取，重新组织等方法重新组织。标准化数据接口的总体设计如图3所示。

在上述标准化数据接口设计中，以最小化改动原监控系统为原则，各安全生产监控系统通过数据采集器获取到相关监控数据后，通过旁路数据转发接口转发到标准化数据接口，旁路数据转发接口仅仅是将数据复制传输到标准化数据接口，而不做任何其他改变，可以从最大程度上降低对原监控系统的改变。

图3 标准化数据接口设计

3 系统测试

为了测试矿山安全生产监控系统，本文以HDFS[6]搭建了云存储平台，并以MCGS搭建了数据显示平台，通过集成现有的人员定位监控系统，生产监控系统和安全监控系统，实现监控系统之间的信息集成，可以查阅包括当前矿井下瓦斯浓度，瓦斯曲线报表，皮带开停，人员具体位置查询，包括人员具体位置和下井时间，可以让管理人员在第一时间了解井下人员的工作状况，同时通过预警功能及时发现下人员出现在不合理的位置提前警告等。