基于多源数据集成的煤矿应急救援平台的研究

邓 涛 余 刚 黄海峰 于力仲

（1.山东能源枣庄矿业 （集团）有限责任公司调度中心，山东省枣庄市，277311；2.北京中矿博能节能科技有限公司，北京市海淀区，100083）

尽管煤矿自动化与信息化建设大大促进了煤矿安全形势的好转，煤矿重大火灾、瓦斯爆炸、冒顶、透水以及煤与瓦斯突出等重大事故得到了有效遏制，但是，煤矿应急救援信息化和智能化的发展却发展缓慢。特别是各个安全子系统相对独立，进一步形成了安全信息化的孤岛效应，从技术上也阻滞了煤矿应急救援系统的发展。早期的煤矿救援系统是基于煤矿事故预案，利用计算机网络技术和数据库技术开发煤矿事故应急救援调度指挥信息系统，后来逐步发展开发出了基于WebGIS 煤矿事故救援系统，实现了煤矿企业信息、救援机构信息和救援装备信息的可视化，通过将空间数据和属性数据集成，为煤矿事故救援提供了决策依据。随着煤炭企业集团化和多元化的快速发展，煤炭企业规模迅速扩大，产业范围也随之不断拓展，跨部门、跨区域、跨产业的协调复杂性越来越高，煤炭企业的安全管理压力也随之加大，传统应急救援系统对突发事故、事件和灾害的预防准备工作的适用性越来越低。因此，基于多源数据集成的新一代应急救援平台的研究与开发成了当务之急。

1 应急救援平台的 “1139”结构模式

枣矿集团安全生产应急救援平台按照 《国家安全生产应急平台标准规范》，基于枣矿集团信息化、生产自动化和安全生产监测监控建设成果，结合枣矿集团的安全生产管理实际，应用先进技术并吸收先进的应急救援理念，具有全面的互联互通、高效的平战一体、动态的监测管理、形象的过程推演、集成的协同联动、高度的资源共享和统一的调度指挥等特点，以实现对安全生产事故和突发事件的预防、准备、响应和恢复全过程管理的目标。枣矿集团应急救援平台的 “1139”结构模式是指系统构建1个多源数据统一集成共享服务平台，实现信息上传下达；同步建设1个协同急救救援应用门户，实现与现有调度的集成应用以及用户的统一接入和应用统一管理；同步建设安全生产运行管理、三维空间数据和多媒体联动数据3个应急救援相关数据库实现数据的统一管理；分布建设实施值守调度管理、应急预案管理、应急救援物资、重大危险源管理、应急队伍体系管理、集成即时通讯、预测决策分析支持、模拟演练培训和应急救援会商9个应急救援应用模块。该应急救援平台的建设基本满足了各矿、枣矿集团和山能集团三级应急救援管理的信息互通、资源共享和应急联动。应急救援平台的“1139”结构模式见图1。

2 多源数据统一集成与共享服务

应急救援平台关联煤矿安全生产信息分为实时数据信息、空间数据信息和多媒体通讯信息三大类，这三大类信息数据来自不同的系统，实时数据信息来自自动化和监测监控系统，空间数据信息来自工程地质测量系统，多媒体通讯信息来自视频监控和通讯系统。采用多源数据集成平台技术，统一整合这三大类信息，保持 “1139”结构模式下各功能模块之间的松耦合和模块内的高内聚，使应急救援的平台变得更加灵活，更快速地适应不断变化的生产环境和日益复杂的管理系统需求。

图1 应急救援平台 “1139”结构模式

多源实时数据集成平台将各个分散独立子系统的关键数据统一整合和集成管理，确保应急救援系统实现预防、预备、响应和恢复四项活动和计划，具备迅速、准确和有效的特点。

（1）预防监测。多源实时数据集成平台通过ETL、OPC、DDC 和CORBA 标准集成了环境信息（瓦斯监测、束管监测、水文监测、通风系统等）、设备运行信息 （带式输送机、水泵、风机、运输提升等子系统）和人员信息 （人员定位、井下考勤、点检系统等），通过流媒体转发技术，实现视频与音频多媒体信息的集成，实现多地点和多设备的统一集中监控，也为视频上墙轮询、报警联动录像与其他报警系统实现视频联动和音频联动提供统一的数据来源。

（2）预备处理。多源实时数据集成平台除了采集不同地点和不同系统的上传数据外，还满足与前端各个系统的交互能力，支持系统实现应急预案联动控制与响应能力。

（3）响应查询。多源实时数据集成平台能够对系统状态进行自动监测，系统可以快速准确地定位事故地点以及事故地点相关系统的状态，并以图表和报表等方式友好地呈现出来。集成平台的录像查询功能、设备巡检功能以及记录查询与统计功能都是“查”的具体应用形式。

（4）调度决策。系统捕获到各种预警信息后，视频信息自动联动投影到大屏显示系统，同时以语音自动提示和电子地图闪烁等形式提醒值班人员关注。系统具有应急救援特定场景的行为分析和人数统计等功能，运用RFID 技术对人员和移动设备进行跟踪定位，实现了对重点监视对象的监视和活动轨迹回放。当指挥中心收到预警信号后，经过值班人员的核实，可以快速调用并综合运用各种人防、技防和物防措施一体化的处理。

3 多源数据统一集成平台逻辑结构

图2 平台与外部数据源的交换与共享逻辑关系

多源数据统一集成共享服务平台在整个煤矿安全生产应急救援平台结构中居于中心地位，但又独立于应用层之外，与门户、数据库和应用都是松耦合连接。应急救援平台通过信息交换与共享，系统抽取和共享安全生产运行系统的数据并进行存储，包括人员系统 （如人员定位、无线通讯、点检仪等）、环境监测系统 （如瓦斯监测、顶板压力监测、水文监测）以及机电系统 （如带式输送机监控、运输提升监控、风机监控、水泵监控）等信息。通过信息交换与共享系统向上级提供其所需的数据信息，并向下级单位发出指令信息，从而实现安全生产领域突发事件应急处置和管理过程中的信息共享。多源数据统一集成共享服务平台不仅能够实现数据可靠传输、应用安全认证和接口统一规范，而且能够实现安全生产应急平台与已有安全生产异构系统之间不同格式数据的交换。多源数据统一集成共享服务平台与外部数据源的交换与共享逻辑关系如图2所示。

4 多源数据统一集成实现方式

为了保证多源数据统一集成的通用性、开放性和易扩展性，充分实现各功能模块之间的松耦合和模块内的高内聚，系统采用消息中间件、XML 技术、适配器技术以及ETL、OPC、CORBA 和ODBC相关开放的标准接口技术，少量采用定制API接口技术，功能模块包括适配器、消息总线、信息集成调度服务器、配置管理工具、可视化信息查询组态工具、数据访问接口、应用Web服务器和安全审计认证等组件模块。消息中间件作为数据总线，通过XML语言来组织数据，用适配器实现标准数据格式与源数据格式之间的转换。

根据 《国家安全生产应急平台标准规范》，数据集成的方式包括ETL 实现数据库之间信息交换与共享、消息和Web Services服务实现信息交换与共享、消息和共享文件实现信息交换与共享、数据文件导入应用系统实现信息交换与共享以及数据文件导入数据库实现信息交换与共享。此外，结合煤矿企业的特点，还应该包括采用OPC 协议实现自动化子系统实时工业数据的继承和共享、通过定制API实现监测系统数据的集成与共享、采用CORB实现DCS和其他控制系统的数据集成以及采用空间数据转换模式实现空间数据集成等集成方式。

5 空间数据共享服务

由于煤矿地质环境不断变化，特别是由于采掘生产具有连续移动的特殊性，日常生产产生大量的工程技术图档，这些工程技术性内容信息是应急救援科学决策的基础支撑数据。在现有计算机软硬件支持下，基于各二级矿井单位的地理空间数据建立工程性质的三维应急救援地理空间数据库，实现相关地理空间数据的操作，包括空间地理信息数据的快速调度、查询、显示、无缝漫游、分析统计、维护、更新和打印输出等功能。三维空间数据库数据涵盖范围为井巷三维工程数据库、井下主要设施设备数据库、重大危险源、监控检测系统数据库、应急预案库和技术措施数据库。

共享服务平台功能包括空间数据编目、归档、版本和入库管理，可实现面向不同应用提供统一的系统集成接口、图层共享和服务系统、地图服务接口等，并且通过实时信息接口实现与多种实时技术系统消息通信，并将各种实时信息接入到系统中。空间数据共享服务模块架构在应急救援应用系统中无缝集成多种数据格式，不同格式的数据可以叠加在同一个窗口中进行显示和叠加分析等互操作，异构数据的集成有效地解决了不同格式数据资源的综合利用问题。

6 信息智能共享联动

为了实现多服务、分布式、跨平台联动控制和动态分级多层监控管理的集成共享服务平台，以现有网络为中心，以预防、调度为应用目标的专用集成模块，把与应急救援有关的不同设备、不同技术和不同的子系统 （瓦斯、矿压、矿井、顶板、管束等环境监测以及人员定位、通讯的人员检测、主要设备检测、视频监控、门禁考勤、周界报警、消防报警、井下无线通讯、井下广播、行政及调度通讯、LED 显示发布、大屏幕等）集成到统一的平台上，通过网络的传输和服务器的集中管理，完成信息采集、传输、存储、处理、控制和管理的全过程，实现可靠的全面控制和管理。

为了实现系统智能联动，集成平台同时采用ASCII编码方式、NTP 协议、SNMP 协议、SDK工具以及嵌入式自动引擎，对第三方设备和子系统进行自动诊断和报警管理，在报警情况下自动激活行动计划并实施应急预案处理。利用数字电视墙控制技术和视频源互联数字组屏管理技术同时展现井下的视频、电子地图和应急过程处理，实现三屏信息联动，提高处理速度。联动模块采用模块化设计对各类子系统进行无缝集成，在一个界面上实现对不同品牌、不同厂商、不同协议和不同控制方式的广播、视频、通讯系统和设备实现统一联动。

7 结语

通过基于多源数据集成的煤矿应急救援平台的建设，枣矿集团实现了应急救援与日常安全生产调度系统的集成，管理效益和经济效益已经开始体现。系统的监、控、查、管机制提高了针对紧急事件采取预防、预备、响应和恢复的活动与计划的能力。三屏联动的展示布局方式有利于处理大量复杂信息，对异常信息能同时实现以联动视频跟踪、语音提示和电子地图闪烁等方式提醒调度值班人员关注。调度值班人员确认并核实预警信号后，在应急救援平台中快速启用应急预案，快速综合调用各种人防、技防和物防措施一体化处理。

［1］ 王铃丁，张瑞新，赵志刚等.煤矿应急救援指挥与管理信息系统 ［J］.辽宁工程技术大学学报，2006（5）

［2］ 吴兵，华明国，倪英杰等.基于WebGIS的煤矿应急救援管理指挥系统研究 ［J］.中国煤炭，2012（9）

［3］ 王志东，范公勤.煤矿安全生产应急救援指挥系统研究 ［J］.中国矿业，2008 （7）

［4］ 刘文革，于雷.基于WebGIS煤矿事故应急救援系统的研究 ［J］.中国安全科学学报，2010 （1）

［5］ 郭德勇，杜波，王宏伟.中国煤矿应急救援现状分析 ［M］.北京：煤炭工业出版社，2013

［6］ 国家安全生产应急救援指挥中心 .《国家安全生产应急救援平台建设标准规范》［S］.2012