基于云计算技术的煤矿安全生产监测系统设计.pdf

基于云计算技术的煤矿安全生产监测系

统设计

摘要:为了改善煤矿安全生产过程中甲烷和氧气浓度无法准确监测导致生产

安全性低的缺陷，设计了一种基于云计算技术的煤矿安全生产监控系统。该系统

通过传感器采集井下安全生产数据，将数据传输到处理器，通过无线通信网络将

数据传输到服务器，服务器将数据传输到煤矿安全生产监控软件系统。软件系统

中的云数据库利用数据挖掘方法和甲烷浓度变化预测模型获取井下安全生产的各

项指标，并将监测结果通过Web服务器传输到监控指挥中心。系统测试结果表明，

该系统能有效监测井下生产过程中的温度、湿度、甲烷浓度等指标，便于煤矿管

理者根据监测结果进行决策。

关键词:云计算技术；煤矿安全生产；监控系统；甲烷浓度；云数据中心

目前，煤矿安全监管是各地相关部门的重要工作。随着安全监管装备和安全

监管技术的提高，煤矿安全生产监控的应用水平更高[1]。目前，西方国家的煤

矿监管技术已经极其成熟。一些西方国家将煤矿安全监管信息系统应用于煤矿开

采、行政管理等重要手段，重点发展煤矿监管技术的软硬件[2]，并将智能技术

应用于煤矿监管。我国煤矿安全监管发展较晚，安全监管技术发展滞后，缺乏完

善的监管安全应用技术[3-4]。

传统的煤矿安全生产监控系统只能在煤矿生产过程中有害气体超标时进行报

警[5]，缺乏对有害气体的预测和报警性能。云计算技术利用Web服务实现数据

存储和处理，将云计算技术应用到煤矿企业的安全生产中，通过设定固定的标准

将云资源传输到需要的应用中，具有节约成本、提高煤矿生产安全性的优点。目

前对煤矿安全生产的研究很多，如利用RFID和无线传感器网络设计煤矿安全生

产和越界开采的管理系统和监控系统，可以提高煤矿安全性，但不能实现甲烷气

体浓度的有效预测。

云计算技术近年来发展迅速。云计算技术以网络为载体[3]，以虚拟化技术

为基础，整合可扩展的数据、存储和计算资源，利用分布式计算资源完成工作

[4]。为此，设计了一种基于云计算技术的煤矿安全生产监控系统，将云计算技

术应用于煤矿安全生产监控，可以有效预测煤矿安全生产过程中甲烷气体浓度、

温度、湿度超标等危险事故，提高煤矿安全性。

1云计算技术的煤矿安全生产监控系统

1.1系统的总体结构

设计的煤矿安全生产监控系统主要包括云数据中心、中心服务器、数据采集

终端和监控指挥中心。井下数据采集终端[8]由井下监测站和各种数据采集传感

器组成。温度、湿度、甲烷气体浓度等开关量和设备供电状态等模拟量信息均由

井下数据采集终端完成。煤矿客户端软件由云数据中心提供，云数据中心由中心

服务器提供。井下数据采集端采集的所有数据由中央服务器接收。接收到数据后，

中央服务器将收集到的数据转换成可用于云数据接收的标准化数据格式。数据格

式转换完成后，数据传输到云数据中心。服务提供商用于为系统的云数据中心提

供服务，云数据中心为煤矿企业提供安全生产监控服务，在煤矿出现安全生产异

常时及时预警。系统的监测数据通过云数据中心传输到云数据库，云数据库具有

强大的计算和数据处理能力。云数据库接收到数据后，利用数据挖掘方法获得与

当前监测数据相匹配的数据处理模型，并利用甲烷浓度变化预测模型对煤矿内甲

烷浓度变化进行预测，并将预测结果传输给用户。监控指挥中心为用户提供应急

救援、井下安全监控、指挥调度等多项服务。发生事故和预计事故时，应及时派

遣工人。

1.2井下数据采集结束

井下数据采集终端主要包括各种指标采集传感器、核心ARM处理器和无线通

信模块。井下数据采集端的不同采集传感器都含有ZigBee芯片，ZigBee芯片用

于将采集的数据传输给数据处理器。

系统选用LPC1756ARM处理器作为系统井下数据采集端的处理器芯片，利

用各个传感器采集井下甲烷浓度、氧气浓度、温度、湿度等信息。ZigBee模块将

接收到的传感器节点数据通过ZigBee网关传输到处理器，使用LPC1756ARM处

理器将接收到的环境参数数据通过无线通信网络传输到无线网络采集点。利用无

线通信网络将采集的数据传输到井上系统的服务器，监控人员利用上位机软件实

现对接收数据的安全生产监控和数据分析。

1.2.1LPC1756ARM

系统选用LPC1756作为CPU处理器，可将数据转换速率提高到1.2MHz。系统

包括定时器/计数器和PWM，具有32位和6通道输出，1个SPI接口和2个IIC