張柳 趙德偉 康亞偉

摘? 要：從2000年我國建立煤礦安全監(jiān)察體制開始，全國煤礦安全生產(chǎn)形勢逐年好轉(zhuǎn)，成績顯著。基于此，該文主要對煤礦智能隱患監(jiān)察的設(shè)計與應(yīng)用進行了分析和研究，推動煤礦智能隱患監(jiān)察手段的變革，進一步保障人員的生命安全，希望能為我國的煤礦業(yè)發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：煤礦;智能隱患監(jiān)察;AI模型

中圖分類號： TD76? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

蔣莊煤礦隸屬于山東能源棗礦集團，地處美麗的微山湖東畔，地里位置優(yōu)越，水陸交通便利。礦井于1979年12月動土興建，1989年6月建成投產(chǎn)，原設(shè)計能力150萬t/年，核定生產(chǎn)能力275萬t/年。30年春華秋實、風(fēng)雨兼程，礦井現(xiàn)已發(fā)展成為集煤炭生產(chǎn)、洗選加工、熱電聯(lián)產(chǎn)、機械制造、精細化工、生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟為一體的國有綜合效益型現(xiàn)代化礦井。

1 煤礦智能隱患監(jiān)察

1.1 煤礦規(guī)?；a(chǎn)，導(dǎo)致安全監(jiān)管困境

2018年1月5日，國家發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于進一步推進煤炭企業(yè)兼并重組轉(zhuǎn)型升級的意見》，指出：“通過市場機制、經(jīng)濟手段、法治辦法，促進煤炭企業(yè)加快兼并重組和上下游深度融合發(fā)展，大幅提高煤礦規(guī)?；?、集約化、現(xiàn)代化水平，實現(xiàn)煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。到2020年底，爭取在全國形成若干個具有較強國際競爭力的億噸級特大型煤炭企業(yè)集團，發(fā)展和培育一批現(xiàn)代化煤炭企業(yè)集團?！焙喜⒅蟮拿旱V，以集團方式管理，管理水平隨之提升，但是所管轄的生產(chǎn)范圍變大，作業(yè)區(qū)域變多，管理難度不斷增大。

以核定年生產(chǎn)能力275萬t/年的蔣莊煤礦為例，該礦屬于中型煤礦企業(yè)，井田面積36.463 km2。該礦為了及時發(fā)現(xiàn)隱患問題，避免事故發(fā)生，在煤礦井下的重點區(qū)域，建設(shè)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控相機達到300余臺，實現(xiàn)了井下重點場所全覆蓋。在井上建設(shè)了調(diào)度指揮中心，該中心采取24 h值班制，安全管理值班人員實時盯著各重點位置，監(jiān)控各作業(yè)過程，一旦發(fā)生隱患，遠程電話通知井下，以期及時消除隱患

1.2 煤礦對智能的需求

需求較為碎片化，特定碎片化的應(yīng)用算法和應(yīng)用在很大程度上缺乏通用性、單點成本高，難以規(guī)模化，且多數(shù)應(yīng)用交付復(fù)雜，部署周期長，算法迭代慢。實際應(yīng)用涉及產(chǎn)品、施工、算法優(yōu)化、信息系統(tǒng)打通、業(yè)務(wù)流程轉(zhuǎn)型等環(huán)節(jié)，整體周期長，需求無法快速變現(xiàn)，應(yīng)用部署后，算法無法快速迭代更新。為了解決這一問題，應(yīng)用AI開放平臺和相關(guān)智能硬件，以輔助應(yīng)用快速落地。

2 設(shè)計原則

設(shè)計原則共有5點。1）先進性。采用基于深度學(xué)習(xí)的視頻智能識別的技術(shù)，利用AI開放平臺進行算法快速訓(xùn)練，實現(xiàn)隱患的智能分析。2） 穩(wěn)定性。系統(tǒng)選擇了井下特定攝像機，在獲取清晰圖像的同時，采用了深度學(xué)習(xí)算法，對隱患進行識別，保證了系統(tǒng)的長時間穩(wěn)定運行。3）? 實用性。以業(yè)務(wù)流程梳理為依據(jù)，選擇相應(yīng)點位安裝智能相機，且平臺基于B/S架構(gòu)開發(fā)軟件平臺，便于不同人員根據(jù)權(quán)限查看不同結(jié)果。4） 集成性。系統(tǒng)的高度集成一方面可以有效減少系統(tǒng)的故障點，有利于系統(tǒng)的實施與運維，另一方面系統(tǒng)集成可以有效實現(xiàn)信息共享，實現(xiàn)1臺設(shè)備多種功能，提高信息處理效率，避免過度建設(shè)，以適應(yīng)業(yè)務(wù)未來的發(fā)展要求。5）? 可拓展性。平臺軟件可拓展性：采用模塊化設(shè)計，支持功能的模塊化升級，還可與其他平臺作數(shù)據(jù)對接[1]。

3 煤礦智能安全隱患監(jiān)察的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用概述

通過AI開放平臺訓(xùn)練各類隱患智能識別算法，并將算法加載到專用智能設(shè)備，智能設(shè)備將結(jié)果上傳平臺，平臺根據(jù)報警邏輯，實現(xiàn)隱患的報警和報警處理。

3.2 應(yīng)用架構(gòu)

井下安全隱患識別是需要整合多個異構(gòu)管理子系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)通信及數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，為多個“信息孤島”提供協(xié)同合作的統(tǒng)一平臺，建立一套高集成、高智能化的管理機制，滿足統(tǒng)一的配置管理、數(shù)據(jù)共享、功能聯(lián)動和業(yè)務(wù)優(yōu)化等系統(tǒng)需求。

3.3 應(yīng)用功能

主要應(yīng)用、主要功能包括3點。1） AI模型管理。AI模型管理主要提供AI模型下載、模型管理、模型下發(fā)、AI分析任務(wù)下發(fā)等功能，通過高級參數(shù)配置，也可提供AI模型的自動下載、設(shè)備模型自動升級、素材自動上傳的功能。2）? 行為監(jiān)管。行為監(jiān)管模塊是C/S客戶端，提供報警事件接收、圖片查看的功能，可批量對報警圖片進行正報、誤報判定，并填寫處理意見和責(zé)任單位。3）? 視頻監(jiān)控。平臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過對前端編碼設(shè)備、后端存儲設(shè)備、中心傳輸顯示設(shè)備、解碼設(shè)備的集中管理和業(yè)務(wù)配置，提供視頻監(jiān)控、錄像回放、解碼上墻、圖片查詢等應(yīng)用。

4 系統(tǒng)詳細設(shè)計

4.1 核心設(shè)備

4.1.1 井下相機

圖像的采集是分析的基礎(chǔ)，只有確保畫面清晰，才能進行有效分析。但是井下普遍存在光線昏暗、光污染（頭燈、手電、火車燈、衣服反光條）、溫差大等問題，導(dǎo)致圖像模糊，達不到分析的要求。

使用井下專用攝像機，主要解決3個問題。1）強光抑制功能：避免礦工頭燈、環(huán)境照明等引起的強光影響。2）密封性問題：密封性不好會引起攝像機內(nèi)部起霧，導(dǎo)致畫面模糊，井下專用相機會設(shè)置2個腔體，解決密封性差的問題。3）AI分析功能：部分型號具有AI功能，可直接下載AI開放平臺相關(guān)算法。

4.1.2 智能NVR

智能NVR采用嵌入式設(shè)計，集成高性能GPU模塊，集IPC接入、存儲、管理、控制于一體，可加載深度學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)精準(zhǔn)的自定義智能分析，提升監(jiān)控視頻價值，服務(wù)安防大數(shù)據(jù)時代。智能NVR既可作為NVR進行本地獨立工作，也可聯(lián)網(wǎng)組成一個強大的安全防范系統(tǒng)[2]。

4.2 煤礦隱患行為智能監(jiān)察平臺

4.2.1 組建邏輯架構(gòu)

該平臺基于“統(tǒng)一軟件技術(shù)架構(gòu)”的先進理念設(shè)計，采用業(yè)務(wù)組件化技術(shù)，滿足平臺在業(yè)務(wù)上的彈性擴展。該平臺適用于全行業(yè)行為智能監(jiān)管業(yè)務(wù)，對各系統(tǒng)資源進行了整合和集中管理，實現(xiàn)統(tǒng)一部署、統(tǒng)一配置、統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度。該平臺核心開發(fā)了AI模型管理服務(wù)、行為監(jiān)管應(yīng)用服務(wù)、行為監(jiān)管客戶端3個組件。

4.2.2 視頻監(jiān)控

4.2.2.1 實時預(yù)覽

視頻實時預(yù)覽即對監(jiān)控實時畫面的預(yù)覽，包括基礎(chǔ)視頻預(yù)覽、視頻參數(shù)控制、視圖模式的預(yù)覽，平臺與監(jiān)控點所在的攝像機對講通道的實時對講、批量廣播以及對具備云臺能力的監(jiān)控點的實時云臺控制[3]。

4.2.2.2 錄像回放

錄像回放用于對歷史視頻錄像的查詢、定位、播放、錄像流控、片段下載等應(yīng)用。

4.2.2.3 事件查詢

事件聯(lián)動是煤礦隱患行為智能監(jiān)察系統(tǒng)的事件樞紐。通過對關(guān)鍵資源點配置事件規(guī)則及其聯(lián)動動作，實現(xiàn)對一些生產(chǎn)過程中的異常情況的告警通知，方便管理人員快速進行處置。支持模板方式進行事件規(guī)則的配置，支持客戶端、錄像、抓圖、短信、郵件等多種聯(lián)動方式。

4.2.3 行為監(jiān)管

行為監(jiān)管主要包括3個方面的內(nèi)容。1）事件監(jiān)控。生產(chǎn)過程中檢測到的異常情況會在事件監(jiān)控中實時展示，可以對有權(quán)限的區(qū)域或者資源進行統(tǒng)一查看。支持通過行為類型進行篩選展示實時報警;支持切換卡片模式或者列表模式進行報警查看;支持查看當(dāng)天所有的報警以及所有歷史未處置的報警;支持在接收到實時報警時進行聲音提示;支持報警閃爍;支持查看事件的基本信息，查看事件發(fā)生地點的實時圖像、歷史錄像，查看事件發(fā)生時的抓圖;支持用戶對事件進行處置。2）事件檢索。用戶已經(jīng)完成處置的事件可以在事件檢索中進行查詢。用戶可以按照行為類型、事件發(fā)生時間、發(fā)生地點、處置意見、處置人員進行過濾查詢[4]。3）違規(guī)行為統(tǒng)計。違規(guī)行為統(tǒng)計中支持對用戶處置為正報的報警進行統(tǒng)計并用圖表展示，以便用戶可以更加直觀地了解生產(chǎn)環(huán)境中異常事件的發(fā)生情況。支持按照事件發(fā)生地點對異常事件進行統(tǒng)計展示;支持按照日期對異常事件進行統(tǒng)計展示;支持按照行為類型對異常事件進行統(tǒng)計展示;支持自定義事件范圍異常事件進行統(tǒng)計展示。

4.2.4 平臺特色

平臺特色主要包括4個方面的內(nèi)容。1） 組件化。統(tǒng)一軟件技術(shù)架構(gòu)以組件化方式構(gòu)成系統(tǒng)，集成了消息中間件、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、分布式緩存、應(yīng)用容器、事件分發(fā)、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)、設(shè)備接入、存儲接入、短信接入、郵件接入等各類服務(wù)，由各個組件承載相關(guān)服務(wù)能力，提供平臺及支撐組件的各種功能需求。2）可深縮性。平臺根據(jù)項目規(guī)模和應(yīng)用場景，設(shè)計時考慮了各服務(wù)的水平擴展能力，尤其是設(shè)備接入、流分發(fā)、流存儲、事件、數(shù)據(jù)庫等關(guān)鍵服務(wù)。3）可維護性。平臺界面設(shè)計人性化，采用B/S管理，使系統(tǒng)管理和維護更方便快捷。4）多層次的安全設(shè)計。平臺從設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、主機、數(shù)據(jù)、應(yīng)用多個層面考慮各類安全防護點，并采用多種安全控制策略。設(shè)備層面：訪問存儲設(shè)備、前端設(shè)備等各類設(shè)備均需通過設(shè)備的身份認(rèn)證才能訪問。網(wǎng)絡(luò)層面：訪問平臺支持https訪問，敏感數(shù)據(jù)傳輸統(tǒng)一經(jīng)過安全認(rèn)可的加密方式加密后傳輸，對非本地局域網(wǎng)的外網(wǎng)通過映射少量端口即可訪問平臺。主機層面：通過操作系統(tǒng)防火墻控制非平臺使用端口的訪問。

4.3 AI開放平臺

4.3.1 數(shù)據(jù)集管理

系統(tǒng)支持訓(xùn)練數(shù)據(jù)集創(chuàng)建、修改、刪除和查看功能，用戶可以創(chuàng)建多個訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來支撐不同的模型訓(xùn)練。系統(tǒng)支持從瀏覽器一次上傳多張訓(xùn)練圖片至訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，支持重命名或刪除訓(xùn)練圖片。用戶上傳的數(shù)據(jù)加密后保存在存儲空間中。

4.3.2 數(shù)據(jù)標(biāo)注

系統(tǒng)支持快速標(biāo)注訓(xùn)練圖片類別或標(biāo)注訓(xùn)練圖片中的物體位置、名稱，并將標(biāo)注的標(biāo)簽保存。系統(tǒng)支持對一個圖片中的多個物體分別標(biāo)注標(biāo)簽，一張圖片最多支持16種不同類別的標(biāo)簽。

4.3.3 模型訓(xùn)練

系統(tǒng)支持一鍵訓(xùn)練模型，支持選擇應(yīng)用類型、模型版本和訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。其中，應(yīng)用類型包括云端推理服務(wù)和邊緣端IPC、NVR分析服務(wù)。訓(xùn)練開始時，系統(tǒng)會提示預(yù)計結(jié)束時間。訓(xùn)練時間與訓(xùn)練圖片數(shù)量有關(guān)，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)量越大，訓(xùn)練時間越長。

5 結(jié)語

通過該項目的探索，形成全礦區(qū)高效、自律、精準(zhǔn)的安全防范意識，推動煤礦智能隱患監(jiān)察手段的變革，進一步保障人員生命安全。

參考文獻

[1]馬瑞孚.寧夏煤礦事故規(guī)律及防范對策研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2018.

[2]任曉聰.我國煤礦安全規(guī)制研究[D].沈陽：遼寧大學(xué)，2018.

[3]郭尚彬.甘肅省煤礦安全監(jiān)管研究[D].蘭州：西北師范大學(xué)，2016.

[4]郭啟光.中國煤礦安全規(guī)制俘獲研究：形成機理、雙重影響與治理效果[D]. 大連：東北財經(jīng)大學(xué)，2016.