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原文：何桥. 基于统一数字底座的煤矿灾害融合管控平台[J]. 工矿自动化，2024，50（11）：109-117. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.2024080025
在煤矿行业，安全始终是第一位的。然而，传统的煤矿安全管理方式往往面临着诸多挑战，如数据多源异构、预警结果可视化手段单一、业务流程不畅以及数字化决策支撑不足等。这些问题就像一颗颗隐形的“地雷”，时刻威胁着煤矿的安全生产。今天，我们通过中煤科工集团重庆研究院有限公司三级首席专家、助理研究员何桥发表在《工矿自动化》期刊的论文《基于统一数字底座的煤矿灾害融合管控平台》，来看看煤矿灾害融合管控平台如何打造统一的数字底座。
煤矿，作为能源开采的重要基地，其工作环境复杂多变，灾害类型多样，包括瓦斯爆炸、水害、火灾、矿压灾害等。这些灾害一旦发生，往往会造成严重的人员伤亡和财产损失。传统的煤矿安全管理方式主要依赖于人工巡检和单一系统的监测预警，但这些方式存在诸多不足。
数据多源异构：煤矿中的各类监测设备种类繁多，数据格式各异，导致数据整合困难，难以形成有效的数据分析。
预警结果可视化手段单一：传统的预警系统往往只能提供简单的报警信息，缺乏直观的可视化手段，使得管理人员难以迅速判断灾害的严重程度和影响范围。
业务流程不畅：各业务系统之间缺乏有效的衔接，导致灾害预警和应急处置流程不畅，影响了救援效率。
数字化决策支撑不足：缺乏全面的数据分析和决策支持工具，使得管理人员在面对复杂灾害时难以做出迅速准确的决策。
为了解决上述痛点，研究人员提出了一种基于统一数字底座的煤矿灾害融合管控平台。那么，什么是统一数字底座呢？简单来说，它就是煤矿安全管理的“中枢神经”，负责整合各类监测数据、提供统一的数据接口和服务、支持各类业务系统的协同工作。
数据一致性：统一数字底座通过制定统一的数据交换共享信息模型，解决了数据多源异构的问题，实现了各类监测数据的无缝整合。例如，瓦斯监测数据、水害监测数据、火灾监测数据等都可以通过统一的数据接口进行交换和共享。
功能复用与流程衔接：基于统一数字底座，各业务系统可以相互调用对方的功能和服务，实现了功能的复用和流程的衔接。这意味着，当某个业务系统监测到异常时，可以自动触发其他相关业务系统的响应机制，形成联动效应。
统一可视化：统一数字底座提供了强大的可视化工具，可以将各类监测数据以直观的图表、三维模型等形式展示出来，帮助管理人员迅速判断灾害的严重程度和影响范围。
基于统一数字底座的煤矿灾害融合管控平台总体架构
基于统一数字底座的煤矿灾害融合管控平台分为数据采集层、数据存储层、应用支撑层和应用层。每一层都承载着不同的功能和任务，共同构成了平台的完整架构。
数据采集层：负责数据的统一采集、解析和交换共享。这一层通过各类传感器和监测设备收集煤矿中的各类数据，如瓦斯浓度、水位高度、温度等，并将这些数据传输到数据存储层进行处理。
数据存储层：由云基础设施和各类数据库组成，负责提供数据存储的服务器、云操作系统等软硬件基础资源。各类监测数据被存储到相应的数据库中，并通过统一权限认证机制下的数据模型及接口进行共享交互。
应用支撑层：由各业务系统提供的分析服务和平台提供的基础服务构成，包括机理模型服务、控制模型服务、云组态服务、数理统计服务、空间量算服务、灾害仿真服务、GIS服务等。这些服务通过服务总线进行按需发布，为应用层提供强大的技术支持。
应用层：为人机交互界面，实现全矿井灾害的集中监控、预警信息发布、应急处置等功能。管理人员可以通过这一层直观地了解煤矿中的各类灾害情况，并做出相应的决策。
煤矿灾害融合管控平台与各业务系统交互架构
在关键技术方面，该平台采用了多种先进技术手段，包括灾害数据融合技术、井巷工程三维参数化建模技术、基于轻量级WebGL的地质体三维可视化技术以及预警事件协同处置机制等。
灾害数据融合技术：通过制定统一的数据交换共享信息模型，实现了多源异构数据的融合。例如，将透明地质系统、灾害监测系统、智能通风系统等的数据进行统一采集和整合，为后续的灾害预警和应急处置提供了有力的数据支持。
井巷工程三维参数化建模技术：基于透明地质系统数据，从巷道拓扑关系生成、巷道三维模型生成和要素空间关系生成等方面进行井巷工程三维参数化建模。这一技术使得矿井的井巷工程可以在三维空间中进行展示和分析，为灾害预警和应急处置提供了直观的视觉支持。
基于轻量级WebGL的地质体三维可视化技术：利用“模型压缩+浏览器端缓存+渲染调度策略优化”的策略实现基于WebGL的地质体三维可视化。这一技术使得地质体模型可以在Web端进行快速渲染和展示，提高了平台的响应速度和用户体验。
预警事件协同处置机制：通过逐级确认的预警事件协同处置机制，实现了预警处置流程的自动衔接。当某个业务系统监测到异常时，可以自动触发其他相关业务系统的响应机制，形成联动效应，提高了灾害处置的效率和准确性。
基于统一数字底座的煤矿灾害融合管控平台功能架构
麦垛山煤矿作为国家能源集团宁夏煤业有限责任公司旗下的重要矿井，多种致灾因素并存，矿井地质构造复杂程度中等。为了提升矿井的安全管理水平，麦垛山煤矿引入了基于统一数字底座的煤矿灾害融合管控平台。
矿井灾害全要素信息融合集成：利用灾害数据融合技术，麦垛山煤矿实现了近30个系统的数据统一采集与融合共享。同时，利用井巷工程三维参数化建模技术实现了矿井井巷工程的自动上图和同步更新。这使得矿井的各类监测数据可以在统一的三维空间中进行展示和分析，为灾害预警和应急处置提供了有力的数据支持。
灾害可视化管控：从空间和业务两条线构建了分区、分类和分级图层，实现了风险、隐患、安全监测、微震能量事件、灾害预警、人员分布等信息的“一图清”。同时，针对采掘重点区域，实现了工作面灾害预警信息、基础信息、生产信息、人员定位信息、隐患信息、存续风险点信息和相关技术资料等的综合集成。这使得管理人员可以直观地了解矿井中的各类灾害情况，并做出相应的决策。
典型异常事件辅助溯源：通过统一数字底座建立了井巷工程、人员定位、井下机车等要素的时空关系，进而建立了定位基站、一氧化碳传感器等设备的强关联关系。当一氧化碳超限报警时，可以自动调用时空分析算法服务，自动判识是否是机车通过导致的一氧化碳超限。这一功能极大地提高了异常事件的溯源效率，为灾害的预防和处置提供了有力的支持。
地质体在线剖切
风险事件数字化处置：平台整合了水害、火灾、矿压等灾害联动控制策略，构建了风险事件数字化处置流程。当平台监测到异常时，可以根据统一数字底座自动定位事发地点，并根据灾害类型调用灾害仿真接口推演出灾害影响范围。同时，根据仿真和实时监测结果，对井下实时人员所处区域的危险状态进行标志，并根据灾害仿真结果和实时监测情况进行逃生路径规划。最后，通过井下广播进行信息推送，并根据灾害联动控制策略执行相关设备的控制命令。这一功能使得风险事件的处置更加迅速和准确，为矿井的安全生产提供了有力的保障。
基于统一数字底座的煤矿灾害融合管控平台的出现，为煤矿安全管理带来了革命性的变革。它不仅解决了传统煤矿安全管理方式中存在的诸多痛点，还通过先进的技术手段提高了灾害预警和应急处置的效率和准确性。相信在未来的发展中，这一平台将会在更多的煤矿中得到应用和推广，为煤矿的安全生产保驾护航。
对于煤矿企业来说，引入这一平台不仅可以提升矿井的安全管理水平，还可以提高企业的竞争力。随着国家对煤矿安全生产的监管力度不断加强，具备先进安全管理能力的企业将会在市场上占据更有利的地位。因此，我们期待更多的煤矿企业能够认识到这一平台的重要性，并积极引入和应用它，共同推动煤矿行业的安全发展。
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