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基于SOA架构煤矿安防监控系统的设计和应用

资讯频道文章B

    鉴于煤矿安防的自身特殊性和和复杂性,如果要保证煤矿安防系统有效运行实施,必须实现各个子系统之间联动功能和互通性。由于煤矿的安防工程涵盖了各种各样的子系统,而只有对各种子系统进行统一管理才能保证操作流程的效率。随着煤矿行业安防水平的进一步提高,煤矿安防监控系统如何在煤矿生产过程中得到高效的运用,在现阶段受到各方的特别关注。

    由于安全生产监管部门的要求,煤矿要取得开采许可证就必须安装必要的安全生产监控系统,其中包括生产安全检测报警系统、井下通信系统、视频监控系统等。客观的说,近年来,煤矿行业的安防水平从硬件方面讲已经在逐步提高,相应的产品种类和相关的技术指标已经达到国际标准,操作程序也比较完善成熟。但是各个子系统一般都是独自成系统的,各子系统之间无法实现联动功能,这样,给现场的监控、统一管理、事故的处理带来不便,安防监控系统不能完全发挥系统应有功能。将煤矿安防监控系统建设成具有数字化、网络化、智能化相结合的多业务数字监控指挥调度系统,可以为各级安监部门提供实时和直观的井下人员工作状态和设备运转状况,及时发现并制止纠正人员违规操作,发现并排除设备运转故障,并辅予其它技术检测手段,将有效减少责任事故的发生。

SOA架构的介绍
    SOA(service-oriented architecture)是面向服务的体系结构,是一类分布式系统的体系结构。这类系统是将异构平台上应用程序的不同功能部件(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和规范按松耦合方式整合在一起,即将多个现有的应用软件通过网络将其整合成一个新系统。

SOA遵循开放的标准,具有以下优越性:
    ·架构部署灵活。通过SOA可随时调整现有的基础架构,可以在现有的硬件、数据库和应用服务器上运行任何基于SOA的软件。同时,SOA也具备了位置透明的特点,即能够在网络上的任意位置定位服务;

    ·服务可重用。SOA将标准应用分解为单个业务功能(即服务),产生各种可重用的组件,支持多种不同的应用。可以由多个用户(和服务)从多个位置和多个上下文中进行访问。在新组合服务的构造过程中,服务可以作为构建块,共享重用;

    ·松藕合。它定义的服务具有松藕合的属性,松散藕合可保护SOA服务不受其与之交互系统和服务内更改的影响,能够跨域和企业边界发现和调用服务;

    ·支持业务逻辑的持续改进。面向服务的架构通过对组件的封装,隐藏了服务内部组成,服务提供者可以在不改变服务调用方式的情况下,对服务所包含的业务逻辑进行修改或替换。

[nextpage]系统结构设计
    基于SOA架构煤矿安防监控系统主要由安全监控子系统、视频监控子系统、井下通讯子系统、人员考勤子系统、人员定位子系统、应急救灾通讯子系统和地理信息系统等部分组成,其系统结构如上图所示。

安全监控子系统
    安全监控子系统包括环境监测和生产检测两方面。环境监测主要用来检测井下各种有害气体、主巷道、作业面的工作环境,包括甲烷、一氧化碳浓度、风速、负压、烟雾等。生产检测主要用来监控井上、井下主要生产环节的的各种生产参数和重要设备,如供电电压、电流、功率、水泵、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等。

    安全监控子系统的实时数据,通过开放的工业标准接口(如OPC 接口)转换成统一的格式存储在SOA中心服务器数据库中。

视频监控子系统
    视频监控管理子系统主要用于井下车场、无人职守变电站、主排水泵房、地面工业区的要害部位、生产场地等进行实时图像监视。由于矿井生产环境的特殊性,井下使用的摄像机都要求具有防爆功能。目前井下视频图像的传输大多是采用单模光纤,这主要是因为前端与地面监控中心距离太远,一般可达几千米到十几千米。[nextpage]

    视频监控管理子系统的实时视频数据和历史视频录像,通过视频代理服务转换成标准的实时流RTSP(Real Time Streaming Protocol)格式,接入SOA中心平台。

井下通讯子系统
    井下通讯子系统用于井下工作人员与地面生产调度人员之间的通讯。按照要求,在煤矿主副井井底车场、运输调度室、变电所、上下山绞车房、水泵房、带式输送机集中控制硐室等主要机电设备硐室和采掘工作面设立通讯终端,实现与矿调度室等部门直接联系。

    井下通讯子系统的语音对讲信息,通过调度交换的网络接口以标准G.711的音频格式送给SOA中心平台,进行中心存储,供事后查询。

其他业务子系统
    为了在事故发生后,提高地面救援人员的救援速度,最大限度减少事故损失,一些应用于事故救援的子系统也被引进,如井上考勤系统和井下人员定位系统、救灾无线通讯系统等。[nextpage]

    现在有些地区和矿井已经安装了井上考勤系统和井下人员定位系统。井上考勤系统主要用于统计下井人员数量,井下人员定位系统目前要是采用RFID技术,读卡距离可达15米左右。通过采用人员定位系统,可对每个矿工的井下位置状况、出入区域进行管理,同时,也能对固定资产进行管理。读卡器在获得信息后通过传输,将数据汇总到数据库处理,这样就可以非常清楚地了解到矿工的信息。如果有矿工进入到瓦斯集中区域,系统就会自动产生报警,而如果出现事故需要救援的话,通过该系统也能清楚地掌握援救位置。据了解,当前在有些地方,人员管理系统已经被要求强制安装。

    井下救灾无线通讯系统为矿山专用救护无线电通信设备,主要配备于矿山救护队,在救灾中实现井上指挥人员、井下指挥人员、救护队长与队员等四方的相互会话。也可用于井筒检修、斜井人车、监控监测分站与传感器之间的调试等。

系统联动应用
    SOA中心服务器中的事件触发器可以实时聚合来自分布式系统的信息,然后根据规则来发现可能原本不被注意的模式和趋势,从而使用户有能力建模、确认、预测及迅速响应看似无关的事件所带来的机遇和威胁,实现跨业务事件联动。

煤矿安防监控各子系统之间的联动设计如下:
    ·安全监控系统的联动:当安全监控子系统检测到井下某处瓦斯超标发出报警信号时,地面监控指挥中心大屏上要立即弹出该处视频监控画面,并在画面上实时显示环境监测值,同时根据情况,系统自动联动井下安全设备运行,如掘进面断电、风机运行等;

    ·井下通信系统联动需求:一旦发生报警事件,井下通信系统要能够根据事先设定的预案,在相应区域或全局启动紧急疏散预录信息广播;

    ·人员考勤定位系统:一旦发生紧急情况,指挥中心大屏上要显示报警点附近人员情况、下井总人数等信息,以便为地面救援提供准确的数据;

    ·应急救灾通信系统:一旦发生事故,地面调度人员可立即通过井上指挥机与矿山救护队取得联系。在救援过程中指导救护队员的救援工作,提高救援效率,减少事故损失。

结论和展望
    采用基于SOA架构的平台设计作为煤矿安防监控系统建设的基础,无论从近期还是从远期来讲,对煤矿的安防信息化建设都是有利的。

    SOA架构为煤矿安防信息化软件建设提供了一整套的建设标准和系统模块接口规范,能够有效地避免在后期不断地建设过程中出现重复投入和信息孤岛。

    SOA架构提供了基于消息、任务和流程的驱动引擎,当煤矿安全管理流程变化的时候只需调整流程,无需再投入财力和人力进行软件系统的重新编写。后续的第三方的软件只需按照平台要求设计模式进行设计,无需关心流程、权限等基础的设置,提供了快速开发和实施的途径。

    通过一个统一的中心平台来实现煤矿安防各子系统的联动与融合,不仅能够提高煤矿的安防水平,而且能够节省人力、提高监控效率和反应速度。(本文作者李伟强 张进现任职于浙江大华技术股份有限公司)

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