基于3DGIS的煤矿安全避险“六大系统”集成管理平台研究

殷大发 疏礼春

（煤炭科学研究总院安全装备技术研究分院，北京市朝阳区，100013）

基于3DGIS的煤矿安全避险“六大系统”集成管理平台研究

殷大发 疏礼春

（煤炭科学研究总院安全装备技术研究分院，北京市朝阳区，100013）

针对煤矿井下独立的 “六大系统”存在的问题，研发了基于3DGIS的煤矿安全避险 “六大系统”集成管理平台，介绍了该平台的整体架构、关键技术、功能模块及使用效果。该平台将 “六大系统”的信息融合在井下三维巷道图中，全面、直观、实时、动态地展示了井下 “六大系统”监测状况和安全避险设施建设情况，实现了监测数据之间的融合和可视化分析、自动预警、声光报警、辅助决策以及应急演练管理等功能，提高了 “六大系统”整体安全避险功效、整体联动和应急响应能力。

3DGIS 煤矿安全 安全避险 “六大系统” 集成管理平台

由于 “六大系统”相互独立建设，信息不能共享和综合利用，信息基本都在二维的模拟巷道图下展示，不符合人们的空间认知习惯，导致数据理解与利用困难，忽视或阻碍了对潜在的安全隐患的认知。“六大系统”监测数据多以门限报警或时序曲线形式进行表现和分析，各类监测数据之间缺乏共同的空间参考基础，既没有做到安全监测数据与煤矿地测、采掘工程数据一起进行可视化空间配准和关联分析，也没有做到监测数据之间的实时融合和整体可视化分析，难以对煤矿安全隐患进行快速、准确的时空预报和相关分析，无法进行各系统之间的联动。为了解决以上的问题，研发了基于3DGIS的煤矿安全避险 “六大系统”集成管理平台，该平台在三维矿井立体图上融合了 “六大系统”的实时监控、生产调度、应急演练和决策指挥。“六大系统”集成管理平台的建设对充分发挥“六大系统”整体安全避险作用是极其重要的，“六大系统一平台”建设是煤矿安全避险系统的整体解决方案。

1 基于3DGIS的煤矿安全避险 “六大系统”集成管理平台架构

“六大系统”集成管理平台结合三维矿井模型最终形成三维可视化集成管理平台，在三维平台上集成展示 “六大系统”的监测数据和视频画面，给用户一个立体视觉。基于3DGIS的煤矿安全避险“六大系统”集成管理平台架构图如图1所示。

图1 基于3DGIS的煤矿安全避险 “六大系统”集成管理平台架构图

（1）数据源层。数据源层提供集成管理平台所需的所有数据，通过OPC和文本文件接口的方式从独立的 “六大系统”中采集所需数据。

（2）数据存储层。对数据采集传输通讯子系统采集的 “六大系统”数据经过校验和伪数据过滤后，统一存入数据中心总库。

（3）应用层。提取中心数据库的数据，按照一定的规则进行计算处理，提供给展现层使用。

（4）展现层。在矿井采掘立体图中三维显示生产信息、实时动态的监测信息、人员三维分布、生产设备的三维分布及其运行状态 （压风机、主扇、局扇、风门、带式输送机和水泵等），将矿井上下的真实全貌完整地展现出来。

2 基于3DGIS的煤矿安全避险 “六大系统”集成管理平台关键技术

2.1 三维立体图的自动生成

以地测和工程数据为基础，自动生成三维的井巷工程立体图、采掘立体图、煤层立体图以及三维钻孔图。

2.2 信息融合

通过标准的数据接口，采集 “六大系统”的数据并存于同一个数据库中，集成管理平台通过数据展示把 “六大系统”的重要数据信息展示在一个界面中。

2.3 系统联动

对集成管理平台进行配置，当某一测点发生报警时，集成管理平台能自动推送该测点附近的视频监测画面到最前端，并自动显示该测点附近的人员信息。

2.4 实时预警、报警

通过预警和报警提示窗口设定预警和报警提示条件，统一展示 “六大系统”的预警和报警提示信息。当条件触发时，集成管理平台能够自动弹出窗口并声光报警，并且可以根据用户定义的等级排序，同时集成管理平台具有短信报警提示功能。

2.5 报警分析

集成管理平台自动统计出任意时间段的报警及故障信息后，用户可以点击查看详细信息，也可以按子系统、测点类别、报警等级和日期段等条件查询和统计历史报警或故障信息，并且可以对发生报警时其他系统的监测数据进行关联分析。

2.6 数据采集的实时性与准确性

采用触发式的文件监控机制实时监控数据文件的变化，对采集的数据按照协议进行校验，利用变值变态采集机制提高数据采集效率。

3 基于3DGIS的煤矿安全避险 “六大系统”集成管理平台的功能模块

“六大系统”集成管理平台主要由综合监测、监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救、通信联络、视频监控和系统管理9个功能模块组成，同时集成平台还预留接口，可以接入矿端的其他系统。

3.1 综合监测模块

综合监测模块可以在矿井三维立体图下集成展示 “六大系统”的信息，通过信息的融合展示，监控人员在一个立体环境下就可以关注 “六大系统”的所有重要信息，具体包括：

（1）监测监控系统的实时监测值和状态，具有预警提示 （通过设置重要监测点的瓦斯浓度变化范围和变化时间进行该测点的瓦斯变化的预警）、报警提示 （声光报警提示，且报警信息可根据定义的程度级别用不同的颜色进行展示）功能。

（2）人员定位系统的当前井下人数、带班领导人数、人员分布位置、下井时长和人员行走轨迹回放等。

（3）紧急避险系统在井下分布位置，内外环境监测参数，进入内部的人员信息。压风自救系统井下管道布置图、自救点分布、自救点数量、空压机运行状态以及自救点阀门的风压等。

（4）供水施救系统的管道布置图、施救点分布、施救点数量以及施救点阀门的水压等。

（5）通信联络系统的调度电话的分布位置、电话号码以及当前的状态等。

（6）井上井下视频探头的位置，点击可弹出实时显示视频监控画面。

3.2 监测监控模块

监测监控模块用于监测瓦斯浓度、风速、风压、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等，当瓦斯超限或局部通风机停止运行或掘进巷道停风时，监测监控模块进行自动报警。该模块分为实时监测、历史查询、统计分析和基础信息等功能。

（1）实时监测。实时监测能够实时显示井下所有监测监控系统传感器的编号、安装位置、值、状态以及数据时间信息，可以按传感器类型进行选择性查看数据，也可以按数据状态进行选择性查看。

（2）历史查询。历史查询可以查询监测监控系统的所有历史数据信息，包括报警明细 （测点编号、测点类型、测点位置、开始时间、结束时间、持续时间、最大值）、报警统计 （测点编号、测点类型、测点位置、累计报警次数、累计报警时间）、模拟量查询 （测点编号、测点类型、测点位置、当前值、状态、时间）、开关量查询 （测点编号、测点类型、测点位置、当期值、状态、时间）。

（3）统计分析。统计分析能够综合统计所有测点的历史报警记录数据，并用柱状图和历史曲线的方式对历史监测数据进行分析。

（4）基础信息。基础信息能够存储并显示分站信息 （分站的编号和安装位置等）和测点信息 （测点编号、安装位置和报警上下设置等）。

3.3 人员定位模块

人员定位模块主要用于监测下井人员位置和行走轨迹，防止人员进入危险区域，在事故应急救援、及时发现未按时升井人员、领导下井带班管理、特种作业人员管理以及井下作业人员考勤管理中具有重要作用。该模块分为实时监测、历史查询、领导带班和基础信息等功能。

（1）实时监测。实时监测能够实时监测并实时显示区域人数 （统计各个区域范围内的下井人员人数和具体人员信息）、读卡分站人数 （显示被读卡分站获得的人员信息及其分站状态信息）、下井人员 （姓名、部门、工种、职务、下井时间、当前所在位置、当前位置时间、状态），点击链接可以弹出详细轨迹信息，并能够显示下井人员从下井时间开始到当前位置所行走的路径。

（2）历史查询。历史查询可以查询下井考勤（可按部门、具体人员进行查询，显示具体下井人员的入井时间、出井时间和累计下井时间）、人员轨迹 （可按部门、具体人员进行查询，显示具体下井人员的井下行走路径，可进行轨迹回放）、报警查询 （可按班次或下井时间段查询所有井下超时报警、区域超员报警、禁区报警、求救报警人员信息）。

（3）领导带班。领导带班能够存储并显示带班计划 （按照计划提前排定带班领导的下井计划、每个班次由哪些领导下井）和下井记录 （分析带班领导的下井记录与带班计划，看是否与计划一致）。

（4）基础信息。基础信息能够存储并显示分站信息 （人员定位的读卡分站编号、安装位置信息）和人员信息 （所有下井人员的基础信息）。

3.4 紧急避险模块

紧急避险模块分别对井下避难所、避灾硐室和救生舱等紧急避险设施进行监控管理，对避险设施中的压风、供水、通讯和人员等状况进行实时监测，可查看避险设施中的视频画面，并对异常情况进行即时报警。紧急避险模块可以实现井下避险系统信息管理以及系统分布图、应急物品管理、监测数据记录的查询。该模块分为环境监测、人员监测、视频监测、避灾演习和基础信息功能。

（1）环境监测。环境监测能够实时显示紧急避险系统内部的测点编号、测点类型、测点位置、测点值、状态、时间等环境监测信息。

（2）人员监测。人员监测可以显示进入紧急避险系统内部的人员姓名、部门、工种、下井时间、当前位置、进入时间、状态和轨迹等信息。

（3）视频监测。视频监测提供紧急避险系统内外的视频监测画面。

（4）避灾演习。避灾演习包括演习计划和演习评估。演习计划制定紧急避险应急演练计划，并保存相应的演习计划文件备查，包括计划名称、计划起止时间、计划状态、制定人、制定日期等信息。演习评估对每次进行的紧急避险演习进行评估，记录演习过程、结果评估情况、改进措施等信息，包括计划名称、参与人、负责人、演习时间、演习内容、结果评估、改进措施、备注等信息。

（5）基础信息。基础信息包括避难设施管理、应急物品管理和避难设施检测记录。避难设施管理包括设施名称、编号、型号、类型、安装位置、购置日期、状态、备注等信息。应急物品管理用来记录各个避灾设施中食品、饮用水、工具等信息，包括物品名称、编号、类别、状态、所属避难设施、数量、有效期、备注等信息。避难设施检测记录包括设备名称、设备编号、型号、安装位置、检测时间、检测结论、备注等信息。

3.5 压风自救模块

压风自救模块可以实现井下自救点、供气、压风、呼吸面罩等各种压风设备信息的管理，如过压风自救系统有可监测的传感器信息，则显示实时监测值。该模块具有自救点分布图功能，并与人员定位监测系统和视频监控系统共享分布图，实时掌握各自救点的人员状况。该模块分为压风监测、人员监测、视频监测、基础信息功能。

（1）压风监测。压风监测实时显示压风自救系统运行信息。

（2）人员监测。人员监测实时显示分布在压风自救点附近的人员信息。

（3）视频监测。视频监测提供压风自救点的视频监测画面。

（4）基础信息。基础信息包括供风点信息、供风点分布图和检测记录。

3.6 供水施救模块

供水施救模块主要显示供水施救系统的水仓水位、水泵运行状态、供水管路流量和压力数值、供水施救点阀门的水压信息以及供水施救点的实时视频监测画面等信息。如果供水施救系统有可监测的传感器信息，则显示实时监测值。该模块分为供水监测、人员监测、视频监测、基础信息功能。

（1）供水监测。供水监测实时显示供水施救系统运行信息。

（2）人员监测。人员监测实时显示分布在供水施救点附近的人员信息。

（3）视频监测。视频监测提供供水施救点的视频监测画面。

（4）基础信息。基础信息包括供水点信息、供水点分布图、检测记录。

3.7 通信联络模块

通信联络模块具有通信基站管理、移动电话管理、调度电话管理、通信联络系统分布图 （调度电话位置、井下广播系统分布位置）等功能，并与人员定位监测系统和视频监控系统联动，可以实时掌握各通讯联络点的人员状况。该模块分为基站信息、调度电话信息和移动电话信息。

（1）基站信息。基站信息包括基站编号、基站名称、安装位置、安装日期、状态、备注等信息。

（2）调度电话信息。调度电话信息包括电话号码、安装位置、安装日期、状态、备注等信息。

（3）移动电话信息 （井下使用）包括电话号码、使用人、发放日期、状态、备注等信息。

3.8 视频监控模块

视频监控模块具有将矿井主要生产环节和重要场所的视频图像实时上传到矿监控中心、远程操作设有控制的摄像设备全方位观察周边环境以及在大屏幕上直观清晰地显示监控区域的视频图像等功能。各级授权部门可以根据权限调用视频监控图像，为事故处理提供可靠的音像资料，还可以根据需要设置视频监控系统与其它监测监控系统之间的联动。

3.9 系统管理模块

系统管理模块分为用户管理、角色管理、权限管理、菜单管理、系统运行日志管理等，只有管理员用户才可以操作。

4 结语

通过对煤矿 “六大系统”的集成管理，将分散、独立的 “六大系统”集成到一个统一的三维平台下，在三维可视化环境下对各系统进行集中监控，综合利用各系统产生的信息，并根据这些信息的变化情况让各系统做出相应的联动和资源共享，这是避免或减少瓦斯突出和火灾等重特大事故发生、提升应急救援和紧急避险管理的有效措施。在发生灾害时，集成管理平台能够快速、及时地调用各系统的综合信息为安全避险和抢险救护提供决策支持。

［1］孙继平.煤矿井下安全避险 “六大系统”的作用和配置方案 ［J］.工矿自动化，2010（11）

［2］杨大明.煤矿井下紧急避险系统建设中的重要问题研究 ［J］.中国煤炭，2011（11）

Research on integrated management platform with"Six Systems"for coal mine risk avoidance based on 3DGIS

Yin Dafa，Shu Lichun
（Branch of Mine Safety Equipment Technology of China Coal Research Institute，Chaoyang，Beijing 100013，China）

In view of the existing problems of independent"Six Systems"in coal mines，the integrated management platform with“Six Systems”was developed for the coal mine risk avoidance on the basis of 3DGIS.The overall structure of the platform，the key technology，the functional modules and the application results were introduced.The platform integrated the information obtained from the six systems into the 3D roadway diagrams，which comprehensively，visually，actually and dynamically displayed the monitoring situation and the construction of risk avoiding facilities，achieved the integration of different monitoring data，the visualized analysis，the automatic warning，the audible and visual alarm，the aid decision making and the emergency drill management，and enhanced the overall risk avoiding effects，the whole linkage and the emergency response ability of six systems.

3DGIS，coal mine safety，"Six Systems"for coal mine risk avoidance，integrated management platform

TD-918

A

殷大发 （1979-），男，安徽明光人，工程师，硕士，2005年毕业于安徽理工大学，主要从事煤矿安全监控类的软件研究工作。

（责任编辑 路 强）