摘 要：煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和煤礦專業(yè)技術(shù)人員的缺乏一直是影響數(shù)據(jù)綜合分析、安全決策的難題。中煤科工集團西安研究院有限公司利用先進信息技術(shù)，根據(jù)主要監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點和數(shù)據(jù)傳輸方式的特性，設(shè)計了Socket+FTP的數(shù)據(jù)傳輸方式，開發(fā)了煤礦監(jiān)測數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)，將主要監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)降V業(yè)集團或者第三方機構(gòu)的數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，同時這樣便可以充分利用礦業(yè)集團或者第三方機構(gòu)的專業(yè)技術(shù)人員對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析和遠程決策，緩解煤礦專業(yè)技術(shù)人員不足的問題。

　　關(guān)鍵詞：監(jiān)測系統(tǒng);數(shù)據(jù)傳輸;數(shù)據(jù)共享

　　0 引 言

　　我國各大、中、小型煤礦都陸續(xù)安裝了各類煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，安全監(jiān)控系統(tǒng)已成為防止煤礦安全生產(chǎn)事故的重要技術(shù)手段[1]。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)一般都是不同廠家獨立建設(shè)，現(xiàn)有規(guī)范標準不完備，兼容率低，系統(tǒng)設(shè)備在后期的維護和更新方面存在很多的不便，為進一步推進煤礦信息化帶來困難[2]，系統(tǒng)之間信息的共享與互通互聯(lián)還存在一定的缺陷，產(chǎn)生大量的“信息孤島”，這種現(xiàn)狀阻礙了煤礦業(yè)信息化的進一步發(fā)展[3]，使得專家在決策時因為掌握信息不全面，很難準確做出判斷和決策[4]。

　　2015年丁恩杰[5]等從嵌入式智能信息傳感技術(shù)、基于大數(shù)據(jù)的礦山安全生產(chǎn)云服務(wù)平臺、安全性方面探討了煤礦物聯(lián)網(wǎng)可能的發(fā)展方向。2017年袁亮[6]院士基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)，提出了煤炭精準開采的科學構(gòu)想，是在時間和空間上可以實現(xiàn)智能和少人(無人)安全準確挖掘的新模式和新方法，具有風險識別、監(jiān)測和預(yù)警等功能。王國法[7]院士提出的智慧煤礦2025情景目標和發(fā)展路徑中也提及用各類傳感器和設(shè)備采集數(shù)據(jù)，應(yīng)用各類通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)風險識別、監(jiān)控預(yù)警、科學生產(chǎn)調(diào)度等。這些都必然需要大數(shù)據(jù)處理的支撐[8]。

　　由于煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)、地質(zhì)情況的復雜性，要實現(xiàn)各類地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警，往往需要多種物探監(jiān)測手段，還要結(jié)合地質(zhì)、鉆探的信息進行綜合分析，但是現(xiàn)有的技術(shù)手段等還無法實現(xiàn)全部自動分析，因此需要專業(yè)技術(shù)人員甚至專家進行綜合分析和判斷，但是煤礦往往缺乏這類型的人才。因此，本單位建立一個煤礦監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)⒏黝惐O(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)矫旱V的上級部門或者礦業(yè)集團，由該單位組織人員進行數(shù)據(jù)的處理和分析，不僅僅可以緩解煤礦企業(yè)缺乏專業(yè)技術(shù)人員的問題，而且能夠更好地發(fā)揮礦業(yè)集團技術(shù)人員或者專家的技術(shù)優(yōu)勢，對各類險情做出準確的判斷，提高煤礦的生產(chǎn)效率，改善煤礦的安全生產(chǎn)狀況。

　　1 國內(nèi)煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　1.1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)水平相對較低

　　現(xiàn)階段，我國煤礦在監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)上以系統(tǒng)集成為主，信息利用程度上還處于比較低下的水平，系統(tǒng)之間缺乏互通互聯(lián)，信息共享還存在一定的缺陷，致使信息碎片化，很難進行綜合性的利用和分析，這種狀況不僅僅使得很多信息化技術(shù)并沒有真正地在煤礦領(lǐng)域發(fā)生作用，而且還阻礙了煤礦行業(yè)信息化程度的進一步提升[9，10]。

　　1.2 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)過程中缺乏統(tǒng)一標準

　　在多種多樣監(jiān)測監(jiān)控需求引導下，很多廠家進行了產(chǎn)品廠商的推廣，很多煤礦也初步建立了信息化網(wǎng)絡(luò)，但是生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控產(chǎn)品時，由于缺乏統(tǒng)一的標準指導，目前市場上出現(xiàn)了多種類型的監(jiān)測監(jiān)控產(chǎn)品，由于標準不一，這些設(shè)備在后期的維護和更新方面存在很多的不便，為進一步推進煤礦信息化帶來困難[11，12]。

　　1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析專業(yè)人員缺乏

　　對微震、礦壓等監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析需要結(jié)合巖層的運動結(jié)構(gòu)、采動應(yīng)力場的分布、突水試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)等多種信息才能綜合分析做出判斷，專業(yè)性、綜合性較強，需要多專業(yè)技術(shù)專家綜合決策，然而在煤礦的實際應(yīng)用當中缺乏相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人員[13，14]。

　　2 煤礦監(jiān)測數(shù)據(jù)遠程傳輸系統(tǒng)設(shè)計

　　煤礦監(jiān)測系統(tǒng)種類繁多，數(shù)據(jù)類型多樣，但是大多數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，只有少部分數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜，本文分別選取微震、視電阻率以及光柵光纖數(shù)據(jù)進行研究，并設(shè)計了數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

　　2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲

　　圖1為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，其中煤礦監(jiān)控中心處于一個局域網(wǎng)中，數(shù)據(jù)中心處于一個局域網(wǎng)中，為了盡量減少對安全監(jiān)測系統(tǒng)的改造，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器需要一個公網(wǎng)IP，以便任何一個礦上的監(jiān)控系統(tǒng)只要能夠連接到公網(wǎng)即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

　　2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)軟件和監(jiān)測系統(tǒng)的接口應(yīng)該在監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與管理層中，在平臺中將監(jiān)測系統(tǒng)稱為交互對象，整個平臺軟件共分為四層，系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　3 監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計

　　3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸方式

　　應(yīng)用系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的方式主要有以下三種。

　　3.1.1 Socket通信方式

　　Socket(套接字)是一個抽象層，是最簡單的交互方式，是典型C/S(客戶機/服務(wù)器)交互模式。服務(wù)器提供服務(wù)，通過IP地址端口進行服務(wù)訪問，應(yīng)用程序可以利用它進行數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，可對其進行像對文件一樣的打開、讀寫和關(guān)閉等操作。其中傳輸協(xié)議可以選擇TCP或UDP協(xié)議，服務(wù)器與客戶端約定了請求報文格式和響應(yīng)報文格式。

　　3.1.2 FTP文件共享服務(wù)器方式

　　FTP(File Transfer Protocol，文件傳輸協(xié)議)是用于在網(wǎng)絡(luò)上進行文件傳輸?shù)囊惶讟藴蕝f(xié)議，使用TCP傳輸，F(xiàn)TP允許用戶通過與另一主機相互通信，從而實現(xiàn)對文件的增加、刪除、修改、查看、傳送等操作。對于大數(shù)據(jù)量的交互，采用這種文件的交互方式最適合不過。

　　3.1.3 共享數(shù)據(jù)庫方式

　　共享數(shù)據(jù)庫集成方式通常把多個應(yīng)用需要共享的數(shù)據(jù)存儲在一個共享數(shù)據(jù)庫中，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從而滿足不同應(yīng)用的集成需求。但是在共享數(shù)據(jù)庫方式中，多個應(yīng)用程序可能頻繁地讀取和修改共享數(shù)據(jù)庫中相同的數(shù)據(jù)，這會造成對數(shù)據(jù)的訪問壓力加大，成為一個性能瓶頸。

　　3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸選取

　　監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸主要分為三個階段：從煤礦井下到煤礦監(jiān)控中心，從煤礦監(jiān)控中心到數(shù)據(jù)傳輸平臺、從數(shù)據(jù)傳輸平臺到用戶終端。這三個階段，第一階段由煤礦監(jiān)測系統(tǒng)完成，本系統(tǒng)主要負責第二、三階段的數(shù)據(jù)傳輸。

　　本系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要分為三類：監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)初步處理結(jié)果、監(jiān)測原始數(shù)據(jù)，表1對這三類數(shù)據(jù)在第二階段從數(shù)據(jù)量、實時性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳輸方式方面進行比較。

　　在第二階段從煤礦監(jiān)控中心到數(shù)據(jù)平臺的過程中，監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)初步處理結(jié)果數(shù)據(jù)量不大，但是對實時性要求較高;監(jiān)測系統(tǒng)軟件大都采用C/S結(jié)構(gòu)，而且各類監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，存儲方式復雜，為了傳輸?shù)目煽啃裕趥鬏敶祟悢?shù)據(jù)時決定采用Socket方式，利用TCP/IP協(xié)議。監(jiān)測原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量很大，但是對實時性要求不高，可以采用FTP方式傳輸數(shù)據(jù)。

　　如表2所示，在第三階段從數(shù)據(jù)平臺到用戶終端的過程中，監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)初步處理結(jié)果數(shù)據(jù)量都保存在數(shù)據(jù)庫中，而且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一致性較好，同時為了使用戶訪問簡單，決定采用HTTP協(xié)議，用戶通過瀏覽器就可以方便地訪問平臺的數(shù)據(jù)，但是在下載監(jiān)測原始數(shù)據(jù)時由于數(shù)據(jù)量較大，采用FTP協(xié)議可以提高傳輸效率。

　　4 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

　　系統(tǒng)軟件比較復雜，涉及C/S結(jié)構(gòu)、B/S結(jié)構(gòu)，還有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，C/S結(jié)構(gòu)軟件采用Visual C++開發(fā)平臺，B/S結(jié)構(gòu)軟件采用Eclipse開發(fā)平臺，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

　　4.1 數(shù)據(jù)傳輸模塊實現(xiàn)

　　微震數(shù)據(jù)傳輸模塊作為TCP客戶端，根據(jù)IP地址和端口號連接數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器，服務(wù)器連接成功后即可將微震監(jiān)測系統(tǒng)中需要發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)和修改后還沒有發(fā)送的系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一一發(fā)送給服務(wù)器，為了減少數(shù)據(jù)庫的訪問量，減小數(shù)據(jù)庫壓力，無論新的監(jiān)測數(shù)據(jù)生成還是系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的修改，都要發(fā)送消息給微震數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)然后發(fā)送，微震數(shù)據(jù)傳輸模塊主界面如圖3所示。

　　視電阻率、光柵光纖和水文監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸模塊的開發(fā)與微震數(shù)據(jù)傳輸模塊類似，只是數(shù)據(jù)傳輸格式需要根據(jù)給系統(tǒng)的特點進行定制。

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