煤礦職業(yè)危害數據采集與存儲技術研究

吳京朋+程誠

摘要：為解決煤礦企業(yè)職業(yè)病危害監(jiān)管中數據處理速度慢，數據模糊的問題，本文針對煤礦職業(yè)危害監(jiān)管系統(tǒng)采集的煤礦職業(yè)危害數據的特點，通過采用北斗衛(wèi)星通信鏈路進行數據采集，設計煤礦職業(yè)危害監(jiān)管系統(tǒng)分布式數據庫進行數據存儲，以提高數據處理的速度和準確性。

關鍵詞：煤礦職業(yè)危害；數據采集；數據存儲

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）09-0039-02

1 引言

如今伴隨著我國經濟水平的飛速發(fā)展，煤礦企業(yè)也隨之增多，但是煤礦工人的生產條件和作業(yè)條件依舊相對較差，急需解決的不足和問題依然較多。伴隨著職業(yè)健康安全評估系列標準（OHSAS）及相關標準OHSAS18001：2007、OHSAS18002：2007[1]全球范圍內實施，呼吸性粉塵、噪聲、高溫、有毒有害物質等職業(yè)病危害的監(jiān)管受到各國的廣泛重視。

但我國煤礦生產者大多側重于使用相對獨立的粉塵、噪聲、溫濕度等監(jiān)測系統(tǒng)，再加上我國現有的煤礦監(jiān)管系統(tǒng)對數據處理速度相對較慢，日積月累，收集了大量的歷史信息數據。因而利用傳統(tǒng)對數據分析的方法來處理這些數據是遠遠不能夠滿足實際需求，而且通過人工獲得的信息誤差較大，甚至是模糊數據。就煤礦職業(yè)病危害的監(jiān)管而言，如何采用新的數據處理技術提高數據采集和存儲的處理速度和準確性顯得尤為重要。

本文主要針對煤礦職業(yè)危害監(jiān)管系統(tǒng)采集的煤礦職業(yè)危害數據的特點，采用北斗衛(wèi)星通信鏈路作為數據采集系統(tǒng)通信鏈路，設計煤礦職業(yè)危害監(jiān)管系統(tǒng)分布式數據庫的數據存儲模式，以提高數據的處理速度和準確性。

2 煤礦行業(yè)職業(yè)危害數據特征分析

煤礦行業(yè)職業(yè)病危害是指在生產勞動過程及其環(huán)境中存在或產生的，對職業(yè)人群的作業(yè)能力、安全和健康可能造成不良影響的一切要素或條件的總稱。煤礦職業(yè)危害因素主要包括：粉塵、振動、高溫、噪聲和硫化氫氣體等。

參照《中華人民共和國國家職業(yè)衛(wèi)生標準》[2]中有關工作場所化學有害因素職業(yè)接觸的限值。以粉塵濃度職業(yè)危害接觸限值為例，部分接觸限值如表1所示。

呼吸性粉塵：按呼吸性粉塵標準測定方法所采集的空氣動力學直徑均在7.07μm以下，空氣動力學直徑5μm粉塵粒子的采樣效率為50%的可進入肺泡的粉塵粒子，簡稱為呼塵。

3 煤礦職業(yè)危害數據采集與存儲技術的總體設計

煤礦職業(yè)危害數據采集與存儲技術主要分為數據采集和數據存儲兩大部分。數據采集技術研究部分通過使用北斗衛(wèi)星的通信鏈路實現工礦企業(yè)職業(yè)危害數據的傳輸匯總，以解決煤礦職業(yè)危害監(jiān)管不能覆蓋全國和數據傳輸時間較長等問題。

數據存儲技術研究部分采用基于面向對象設計的思想，設計煤礦職業(yè)病危害監(jiān)管系統(tǒng)的分布式數據庫，以形成統(tǒng)一的一套國家、省、市/集團與煤礦四級管理的水平分布+垂直分布的煤礦職業(yè)病危害監(jiān)管系統(tǒng)。

4 煤礦職業(yè)危害數據采集技術的詳細設計

根據北斗衛(wèi)星通信的優(yōu)點，結合煤礦職業(yè)危害監(jiān)管系統(tǒng)要求對全國范圍內的煤礦職業(yè)危害狀況進行監(jiān)管的特點，本系統(tǒng)選擇具有我國自主知識產權，信號全覆蓋的北斗衛(wèi)星通信鏈路作為系統(tǒng)通信鏈路。

設計基于北斗衛(wèi)星短報文通信的無線通信終端及網關，能夠通過以太網同地面監(jiān)控系統(tǒng)通信，獲取礦井下的職業(yè)危害數據，并按照北斗短報文通信協議將數據通過北斗衛(wèi)星中繼站發(fā)送到遠端的北斗無線通信網關。北斗無線通信網關接收到數據后，將數據按照TCP/IP協議封裝成可在英特網上傳輸的數據，通過英特網轉發(fā)給云端的煤礦職業(yè)危害數據采集與存儲系統(tǒng)。設計的地面監(jiān)控站呼吸性粉塵濃度采集、處理及通過北斗衛(wèi)星轉發(fā)職業(yè)危害數據實驗實物圖，如圖1所示。

煤礦職業(yè)危害數據采集部分采取B/S網頁服務器的方式，支持用戶遠程登錄訪問職業(yè)危害監(jiān)管系統(tǒng)，選用C#[3]作為開發(fā)語言來進行煤礦職業(yè)危害監(jiān)管系統(tǒng)的界面設計。

為了滿足用戶對于安全性的需求，煤礦職業(yè)危害數據采集系統(tǒng)應具有用戶登錄模塊與管理模塊，用戶登錄系統(tǒng)前需要輸入用戶名及密碼以核實身份，只有身份核實通過的用戶才有權限修改煤礦職業(yè)危害的數據參數，以保證系統(tǒng)的安全性；系統(tǒng)具有遠程數據接收模塊，保存由北斗網關通過英特網轉發(fā)過來的數據；系統(tǒng)數據處理模塊，對接收到的煤礦職業(yè)危害數據進行分析處理并顯示，通過初始化煤礦職業(yè)危害數據的報警值和預警值參數判斷設備是否正常的運行。系統(tǒng)的歷史記錄查詢模塊，能查詢到煤礦職業(yè)危害監(jiān)管的歷史數據、與歷史數據對比功能、提供圖表顯示數據以往的變化趨勢等功能。職業(yè)危害監(jiān)管系統(tǒng)數據中心功能模塊如圖2所示。

5 煤礦職業(yè)危害數據的存儲技術的詳細設計

本系統(tǒng)采用SQL Server的分布式數據[4]庫作為存儲的數據庫，存儲采集到的大量職業(yè)危害數據，構建適合于我國煤礦職業(yè)危害監(jiān)管現狀的基于云+端的職業(yè)危害扁平化監(jiān)管系統(tǒng)，依據我國煤礦的特點，構建國家、省、市/集團與煤礦四級的水平分布+垂直分布的分布式數據庫系統(tǒng)。

水平分布部分：在監(jiān)管最底層煤礦第四級管理部分設計成若干不相交的數據子集，每個礦區(qū)各自為獨立的不相關的子集，每個子集又為整體關系的一部分，與上一級集團公司相關聯。系統(tǒng)采用鏈接服務器和分布式分區(qū)視圖的方法構建水平分布式數據庫?；舅枷霝閷⒈戆凑辗謪^(qū)鍵劃分為兩個或兩個以上更小的字段，而分區(qū)鍵通常使用一個經常被用來選取特定范圍的數據字段，以得到較高的分區(qū)效率，將劃分好的分區(qū)表分布在多個場地的服務器上，最后通過創(chuàng)建分區(qū)視圖的方法合并所有分區(qū)表，實現對整個數據集的訪問。

垂直分布部分：設計基于云+端的職業(yè)危害監(jiān)管系統(tǒng)將完全采用一體化集中管理、分布式數據處理模式構建的實施方案，形成統(tǒng)一的一套國家、省、市/集團與煤礦四級管理的煤礦職業(yè)病危害監(jiān)管系統(tǒng)。系統(tǒng)采用存儲過程的方法實現分布式數據庫的垂直分片?；舅枷胧鞘褂面溄臃掌骱痛鎯^程相結合的方法，將用戶提交的全局操作轉變?yōu)閷Χ鄠€場地的垂直分片表的局部操作。使用存儲過程保證了分布式事務的ACID特性，存儲過程是存儲在服務器上的預編譯好的SQL語句集，使用存儲過程將多個場地的垂直分片表的操作放在一個分布事務內，實際操作中要么全部提交，要么全部退回，這樣很好的保證了數據的一致性。

混合式數據分布部分：由于分布式數據庫系統(tǒng)必須以最小的代價保持各冗余副本的一致性，即對一個數據庫的邏輯對象的修改，必須將該對象的所有副本做出相同的修改。該系統(tǒng)通過使用SQL Server數據庫復制技術來解決這一復雜的問題，從而保持各冗余副本的數據一致性。

6 結語

本文將傳感器采集到的煤礦職業(yè)危害數據通過北斗衛(wèi)星的通信鏈路傳輸，大大地減少了數據傳輸時間；數據傳輸至計算機后，通過設計好的煤礦職業(yè)危害分布式數據處理系統(tǒng)對數據自動進行分布式數據存儲。通過實際的驗證表明，本文設計的煤礦職業(yè)危害分布式數據處理系統(tǒng)能夠快速、準確、有效地采集和存儲煤礦職業(yè)危害數據，其數據的處理結果準確度完全達到了煤礦安全規(guī)程標準中對煤礦職業(yè)危害的監(jiān)管要求。以上述工作為基礎，對系統(tǒng)的完善進行下一步的展望，如針對系統(tǒng)數據應用較為完善的分析方法等。

參考文獻

[1]王爽.數值模擬方法在受限空間粉塵職業(yè)危害定量評估中的應用[D].南京工業(yè)大學，2012.

[2]中華人民共和國衛(wèi)生部發(fā)布.中華人民共和國國家職業(yè)衛(wèi)生標準[M].人民衛(wèi)生出版社，2006.

[3]沃森， K.）.C#入門經典（第6版）[M].清華大學出版社，2014.

[4]朱沙沙.分布式數據處理系統(tǒng)的研究與應用[D].南京郵電大學，2013.endprint