煤礦安全監(jiān)控信息處理方法研究的論文
摘要：煤炭資源是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源基礎(chǔ)，是維持我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要保障。然而，煤礦開采是一個危險行業(yè)，煤炭安全生產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢一直制約著煤炭工業(yè)的發(fā)展，也嚴(yán)重威脅著煤炭職工的身體健康和生命安全。在這樣的情況下，就必須加大科技投入力度，在煤礦幵采過程中尤其應(yīng)該實現(xiàn)安全監(jiān)測科學(xué)技術(shù)的突破，加大對井下環(huán)境安全的預(yù)防監(jiān)控力度。
關(guān)鍵詞：煤炭資源；煤礦安全生產(chǎn)；安全監(jiān)測
將物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)應(yīng)用在煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)中，將各種不利影響都消除掉，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了進(jìn)一步的保障，也保障了煤礦工人的人身安全。可以看出，基于物聯(lián)網(wǎng)感知的煤礦安全信息處理是現(xiàn)代煤礦的發(fā)展目標(biāo)，因此，一定要加強(qiáng)這項技術(shù)的建立，將煤礦安全監(jiān)控信息處理中存在的問題消除掉，為煤礦的安全生產(chǎn)提供進(jìn)一步的保障。
1煤礦安全監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，煤礦的綜合自動化系統(tǒng)，基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)提高通信的冗余性，為信息提供了可靠、實時的傳輸結(jié)構(gòu)。但是，由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，有線通信網(wǎng)絡(luò)無法達(dá)到一些區(qū)域，有限的監(jiān)測點也無法全方位監(jiān)測工作面等安全關(guān)鍵區(qū)域的災(zāi)害信息，不能夠?qū)崿F(xiàn)對關(guān)鍵區(qū)域的完全覆蓋，導(dǎo)致有線通信網(wǎng)絡(luò)在井下范圍內(nèi)存在盲區(qū)。因此，為了提高信息傳輸?shù)目煽啃院退俣龋瑴p少礦山信息監(jiān)測盲區(qū)，增強(qiáng)事故情況下安全信息監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)急通信能力，就需要改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)分布的合理性和冗余。而且，如何在安全生產(chǎn)過程中打破當(dāng)前各類監(jiān)控子系統(tǒng)之間的非兼容狀態(tài)，實現(xiàn)人員、設(shè)備和安全環(huán)境監(jiān)測協(xié)同有效地控制以及網(wǎng)絡(luò)管理的協(xié)調(diào)統(tǒng)一就顯得尤其重要。
2煤礦安全監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)感知架構(gòu)設(shè)計
2.1物聯(lián)網(wǎng)感知礦山的基本含義
作為應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的一個重要領(lǐng)域，“感知礦山”是通過各種感知手段，實現(xiàn)對真實礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的.智能化、數(shù)字化及可視化，把感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等與現(xiàn)代采礦技術(shù)緊密結(jié)合，構(gòu)成礦山人與物、人與人、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，對礦山運(yùn)營與安全生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行全面管理控制。
2.2感知礦山物聯(lián)網(wǎng)基本應(yīng)用模型
物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)分為三層，自下向上依次是：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)中的最底層，其功能為“感知”，即通過傳感網(wǎng)絡(luò)獲取環(huán)境信息。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。感知層解決礦山物理環(huán)境的信息獲取的問題，所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括檢測技術(shù)、短距離有線和無線通信技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)傳輸層無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。應(yīng)用層解決的是信息識別處理和人機(jī)交互的問題。
2.3物聯(lián)網(wǎng)無線接入技術(shù)
為保證煤礦安全，還需要將Zigbee無線通信應(yīng)用其中，主要是由于Zigbee不僅是可以自動檢測，還屬于無線控制范疇，其能耗較小，可以保證通信鏈路質(zhì)量，且可以自動調(diào)整與發(fā)射，這些都是其他通信技術(shù)無法比擬的。
2.4安全監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速展開、自組織、多跳路由、動態(tài)拓?fù)涞忍攸c使其成為井下無線通信網(wǎng)絡(luò)的理想選擇，尤其是多路由的信息傳輸方式可以克服因巷道彎曲、分支等造成的無線信號嚴(yán)重?fù)p耗問題。因此把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到煤礦物聯(lián)網(wǎng)感知層中，研究開發(fā)真正適合煤礦環(huán)境使用的安全監(jiān)控感知層網(wǎng)絡(luò)，全面提升煤礦安全監(jiān)控能力是當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)一項十分緊迫的課題。
3感知煤礦安全狀況的信息融合處理技術(shù)
3.1信息融合的基本過程
信息融合的目標(biāo)是利用多傳感器共同聯(lián)合操作的優(yōu)勢，通過對信息的優(yōu)化組合提取出更多的有用信息，提高整個傳感器系統(tǒng)的有效性。按照數(shù)據(jù)抽象和目標(biāo)識別的層次，把信息融合分為三級：數(shù)據(jù)級、特征級和決策級。（1）數(shù)據(jù)級數(shù)據(jù)級融合是對來自傳感器原始數(shù)據(jù)的直接進(jìn)行融合，由于是原始數(shù)據(jù)直接關(guān)聯(lián)，故要求各傳感器的信息要來自同類型或相同量級的。這是最低層次的融合。其特點是能提供盡可能多的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和細(xì)微信息。其融合過程如圖3所示。（2）特征級特征級融合屬于中間層次，通過綜合分析和處理來提取多傳感器的特征信息，以便作出正確的決策。其融合過程如圖4所示。其特點是：通過提取與決策分析有關(guān)的特征，實現(xiàn)了信息壓縮，有利于快速處理，并能最大限度地使決策分析所需要的特征信息與融合結(jié)果相一致。（3）決策級決策級融合是一種高層次融合，它充分利用特征級融合所提取的各種特征信息，從具體決策問題的需求出發(fā)，采用適當(dāng)?shù)娜诤霞夹g(shù)來實現(xiàn)。決策級融合是三級融合的最終結(jié)果，是直接針對決策目標(biāo)的，對傳感器的依賴性小，傳感器可以是同質(zhì)的，也可以是異質(zhì)的，有較強(qiáng)容錯性，結(jié)果直接影響決策水平。其融合過程如圖5所示。
3.2感知煤礦安全的信息融合策略
為了能夠由瓦斯、一氧化碳、煤塵、氧氣、風(fēng)速和溫度等環(huán)境參數(shù)對煤礦井下的環(huán)境安全狀況作出準(zhǔn)確判斷和感知，按照操作對象的特點，在信息融合系統(tǒng)中設(shè)計了兩級融合，如圖6所示。圖6感知安全的信息融合結(jié)構(gòu)4總結(jié)隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，煤礦現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出技術(shù)落后的情況，不僅功能過于單一，還存在監(jiān)控盲區(qū)，更無法實現(xiàn)聯(lián)動聯(lián)控。在物聯(lián)網(wǎng)時代到來以后，將物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)應(yīng)用到煤礦安全監(jiān)測中，不僅改變了煤礦安全監(jiān)控信息處理現(xiàn)狀，也減少了不良事故的發(fā)生。
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