高鵬飛

摘要：煤炭是我國(guó)的主要能源，占我國(guó)能源總量的以上。煤炭行業(yè)在我國(guó)處于十分重要的地位，但其安全形勢(shì)則不容樂(lè)觀。利用復(fù)雜事件的處理技術(shù)建立了基于事件驅(qū)動(dòng)的煤礦井下安全事件檢測(cè)與預(yù)警觸發(fā)模式。其測(cè)試結(jié)果表明，相對(duì)于基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的安全監(jiān)控模式，基于事件驅(qū)動(dòng)的煤礦井下安全事件檢測(cè)與預(yù)警模式在異常事件的檢測(cè)效率與檢測(cè)數(shù)方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此提出基于事件驅(qū)動(dòng)的煤礦井下安全事件檢測(cè)、監(jiān)控及管理系統(tǒng)勢(shì)在必行。

關(guān)鍵詞：煤礦井下安全；復(fù)雜事件處理；異常事件檢測(cè)；預(yù)警觸發(fā)

引言

中國(guó)作為占世界35%產(chǎn)煤量的產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭的能源消耗占據(jù)了十分重要的地位。然而，由于煤炭開(kāi)采環(huán)境的惡劣性和開(kāi)采井下地質(zhì)條件的復(fù)雜性等眾多原因，中國(guó)的礦難發(fā)生頻繁。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2015年中國(guó)發(fā)生近40起特大煤礦安全事故，導(dǎo)致七百余人失蹤和死亡。針對(duì)目前嚴(yán)峻的煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)狀，進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究應(yīng)用具有十分重要的作用。在現(xiàn)有的煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)中，所收集的煤礦生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)包括井下人員、環(huán)境、通風(fēng)、地質(zhì)等方面的感知數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。上述數(shù)據(jù)信息可體現(xiàn)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，體現(xiàn)了煤礦安全事件的發(fā)展趨勢(shì)，蘊(yùn)含了影響煤礦安全生產(chǎn)要素之間的潛在機(jī)理規(guī)則。因此，立足于工業(yè)化和信息化“兩化融合”的客觀需求與現(xiàn)實(shí)趨勢(shì)，利用上述多領(lǐng)域跨空間的異構(gòu)感知數(shù)據(jù)的深度融合與關(guān)聯(lián)建模，使安全監(jiān)控系統(tǒng)在井下安全事件檢測(cè)與預(yù)警處理方面的高效性與準(zhǔn)確性得到有效的提升，對(duì)于安全監(jiān)控系統(tǒng)在井下安全管理方面的作用充分發(fā)揮具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。本文主要研究了基于事件驅(qū)動(dòng)的煤礦井下安全檢測(cè)、監(jiān)控及管理系統(tǒng)中所采用的技術(shù)。測(cè)試結(jié)果表明，該模式相較與基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的安全監(jiān)控模式，在異常事件的檢測(cè)效率與檢測(cè)數(shù)方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。

1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)概述

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，為解決煤炭生產(chǎn)過(guò)程中的安全隱患問(wèn)題，建立信息化的智能煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)已迫在眉睫。我國(guó)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始通過(guò)自主研發(fā)煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)，以有線電纜的方式在井下安放固定位置的監(jiān)控傳感設(shè)備，再將數(shù)據(jù)傳達(dá)至地面的監(jiān)控系統(tǒng)。而隨著無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)與RFID技術(shù)的逐漸成熟，相關(guān)的基于RFID的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)使用并且發(fā)揮了很大的作用。在煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)使用方面，現(xiàn)有的模式只是利用歷史的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)分析，通過(guò)匯聚統(tǒng)計(jì)分析和集成統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而得到煤礦生產(chǎn)過(guò)程中各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行能耗、健康狀況和環(huán)境變化等信息，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)的輔助安全支撐作用。從以上分析可以看出，已有煤礦數(shù)據(jù)分析方法與安全信息集成盡管對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)起到了促進(jìn)作用，但是仍然不能在煤礦井下開(kāi)采的惡劣、復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中發(fā)揮其作用；仍然不能實(shí)時(shí)、智慧、高效地檢測(cè)與感應(yīng)生產(chǎn)流程中的人員、機(jī)電設(shè)備、環(huán)境等方面的異常安全事件；仍然不能以自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的方式匯聚生產(chǎn)過(guò)程中的模式規(guī)律，從而為事中安全預(yù)警和事后搶險(xiǎn)救援提供有效合理而科學(xué)的判據(jù)。

2 煤礦井下安全事件檢測(cè)與預(yù)警

2.1 煤礦井下事件語(yǔ)義及事件定義

安全監(jiān)控系統(tǒng)體現(xiàn)在煤炭開(kāi)采的各個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)視頻監(jiān)控、傳感器等設(shè)備記錄井下機(jī)電設(shè)備狀態(tài)、作業(yè)空間及井下風(fēng)速、溫度、濕度、瓦斯、壓力、氧氣、一氧化碳等環(huán)境狀態(tài)，同時(shí)利用RFID可對(duì)井下人員實(shí)現(xiàn)定位追蹤。

環(huán)境監(jiān)測(cè)與RFID數(shù)據(jù)相比，其中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)采用了多種傳感器類(lèi)型，且數(shù)據(jù)的格式不同，因而在復(fù)雜事件的生成層所得到的事件模式也就更為復(fù)雜。利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集體系所收集到的原始數(shù)據(jù)，基于規(guī)則關(guān)系以生成和煤礦安全相似的復(fù)雜事件。

定義1，復(fù)雜安全事件：為由若干個(gè)基本安全事件或復(fù)雜安全事件通過(guò)事件合成關(guān)系或是操作符號(hào)所產(chǎn)生的合成事件，以表達(dá)應(yīng)用層不同語(yǔ)義對(duì)象之間的相互關(guān)系。

定義2，基本安全事件：為具有簡(jiǎn)單語(yǔ)義知識(shí)的目標(biāo)域狀態(tài)信息和多傳感源之間的具有某種時(shí)空與流程關(guān)聯(lián)的關(guān)系事件，如環(huán)境溫度變化事件、實(shí)時(shí)瓦斯信息等。

2.2 基于事件驅(qū)動(dòng)的井下安全事件檢測(cè)與預(yù)警觸發(fā)

基于RFID人員定位與地質(zhì)類(lèi)、環(huán)境類(lèi)、機(jī)電類(lèi)等多類(lèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取的跨空間結(jié)構(gòu)井下安全感知數(shù)據(jù)，按照規(guī)范化數(shù)據(jù)事件與格式表示進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析過(guò)程，主要包括對(duì)所獲取的不同傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行單位換算、數(shù)據(jù)清洗和格式統(tǒng)一等處理；通過(guò)復(fù)雜事件使解析后的數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊，以復(fù)雜事件表示元語(yǔ)為基礎(chǔ)，分別實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生基本的安全事件、合成操作復(fù)雜的安全事件和數(shù)據(jù)向事件的語(yǔ)義轉(zhuǎn)換過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)完成不同層次、不同粒度上的事件合成操作。其中，語(yǔ)義轉(zhuǎn)換功能主要實(shí)現(xiàn)原始數(shù)值型數(shù)據(jù)向語(yǔ)義型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與映射，同時(shí)保證在轉(zhuǎn)換與映射過(guò)程中保持最小的信息損耗；基本安全事件的產(chǎn)生功能為建立在語(yǔ)義轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)之上的元安全事件擬合過(guò)程。

另一方面，歷史語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)的離線更新過(guò)程基于多源感知流數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則，自學(xué)習(xí)方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜事件規(guī)則知識(shí)的增量式更新和自動(dòng)化更新。此外，模型設(shè)置了管理用戶的自定義接口關(guān)聯(lián)規(guī)則，以實(shí)現(xiàn)用戶針對(duì)特定條件、特定環(huán)境、特定約束的自定義規(guī)則?；趶?fù)雜事件產(chǎn)生模塊所輸出的關(guān)聯(lián)規(guī)則與安全事件，在滑動(dòng)時(shí)間窗進(jìn)行匹配樹(shù)實(shí)時(shí)匹配過(guò)程，以概率化數(shù)值表示對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估量化關(guān)系進(jìn)行危險(xiǎn)提示及預(yù)警觸發(fā)，最終為煤礦生產(chǎn)安全管理部門(mén)的決策提供支撐。

3 結(jié)束語(yǔ)

面向煤礦惡劣、復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境對(duì)于安全預(yù)警系統(tǒng)綜合性、實(shí)時(shí)性的現(xiàn)實(shí)需求，構(gòu)建了基于事件驅(qū)動(dòng)的煤礦井下安全事件檢測(cè)與預(yù)警觸發(fā)模式。以井下人員定位RFID數(shù)據(jù)與環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)，利用復(fù)雜事件處理技術(shù)的事件語(yǔ)義定義合成多層復(fù)合安全事件，通過(guò)匹配樹(shù)結(jié)構(gòu)在線匹配RFID數(shù)據(jù)與傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測(cè)獲取數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)安全預(yù)警事件的檢測(cè)與預(yù)警觸發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]王亮.基于事件驅(qū)動(dòng)的煤礦井下安全事件檢測(cè)與預(yù)警[J].工礦自動(dòng)化，2016，（08）：33-37.

[2]施賽杰.基于WSN的煤礦井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].寧夏大學(xué)，2015.