煤礦緊急救援信息管理與決策網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)

李耀宗

（朔州市應(yīng)急救援大隊，山西 朔州 036000）

煤礦出現(xiàn)突發(fā)狀況，需要良好的現(xiàn)場應(yīng)急，這是煤礦安全的基本需要，也是處理事故的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煤礦事故發(fā)生的情況復(fù)雜，原因眾多，而傳遞煤礦信息的方式單一、傳遞路徑多、信息反饋較慢。對突發(fā)事件的管理需要在短時間內(nèi)完成，以最大限度消除影響，保證信息能夠有效、準(zhǔn)確傳遞，提高應(yīng)急管理能力和突發(fā)事件的應(yīng)對處置能力。

近年來，國內(nèi)對待煤礦突發(fā)情況的應(yīng)急救援取得了發(fā)展和進(jìn)步，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）天、地、井一體化覆蓋，多種信息包括視頻、語音、生命特征、礦井環(huán)境等信息數(shù)據(jù)能夠全面獲??；（2）采用云服務(wù)為信息的傳輸提供便利，有利于礦井環(huán)境高效監(jiān)測突發(fā)狀況；（3）應(yīng)急指揮能夠分層次、可控化，有利于空間、時間管理；（4）不同應(yīng)急平臺聯(lián)系加強(qiáng)，指揮更加標(biāo)準(zhǔn)化，地面與井下可協(xié)同辦公，系統(tǒng)兼容性增加。

朔州市應(yīng)急救援大隊前身是原雁北地區(qū)礦山救護(hù)隊，2019 年3 月劃歸朔州市應(yīng)急管理局管理。建隊五十年來，朔州市應(yīng)急救援大隊共計處理各類災(zāi)害事故500 余起，其中重特大事故30 起，涵蓋礦井水、火、瓦斯、煤塵、頂板、沖擊地壓災(zāi)害事故，共計搶救遇險遇難人員300 余人，搶救設(shè)備1500余臺件，為國家挽回直接經(jīng)濟(jì)損失1 億三千多萬元。由于該救援大隊目前仍然停留在依靠駐礦人員來應(yīng)對突發(fā)救援，因此救援力量的補(bǔ)充調(diào)動需要很長的延時。為了盡快地提高應(yīng)急救援的響應(yīng)速度和救援范圍，本文基于數(shù)字化信息管理平臺，提出一種有效開展救援指揮決策的信息方法，利用該平臺進(jìn)行礦山應(yīng)急的信息傳遞，為救援指揮提供技術(shù)層面的支持。

1 煤礦救援信息管理與決策平臺

根據(jù)礦山井下條件和信息傳遞特點，礦山設(shè)計應(yīng)急救援平臺，如圖1。該救援指揮平臺按照分布方式分為井下部分和地面部分，包括井下指揮系統(tǒng)、地面指揮系統(tǒng)、事故救援現(xiàn)場子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程指揮中心子系統(tǒng)、地面公網(wǎng)/專網(wǎng)和移動指揮中心子系統(tǒng)等重要部分。

圖1 煤礦救援信息管理與決策平臺

（1）地面指揮基地系統(tǒng)。地面指揮系統(tǒng)是礦山應(yīng)急救援的重要平臺，其主要完成井下指揮子系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯集和現(xiàn)場事故救援，是一種綜合決策平臺。系統(tǒng)包括以太網(wǎng)、通信衛(wèi)星、信息采集與傳輸顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)分析與存儲設(shè)備、地面公網(wǎng)/專網(wǎng)等部分，與遠(yuǎn)程指揮中心、井下基地、專家指導(dǎo)決策指揮系統(tǒng)和現(xiàn)場救援人員與緊急物資配送系統(tǒng)協(xié)同工作。

（2）事故救援現(xiàn)場子系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要完成設(shè)備、人員信息采集工作，與井下指揮協(xié)作完成對井下人員生命特征、人物語音、環(huán)境的采集傳輸。系統(tǒng)包括通信終端、信息采集終端、有線/無線通信傳輸中繼設(shè)備。

（3）井下指揮基地子系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要完成井下數(shù)據(jù)監(jiān)測，包括人員生命特征、語音圖像、環(huán)境監(jiān)測。對于救援過程中現(xiàn)場的數(shù)據(jù)實時顯示，有利于數(shù)據(jù)匯總和分析，實現(xiàn)綜合決策，高效指揮，有利于救援工作的順利開展。

（4）移動指揮中心。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)地面搶險指揮部、區(qū)域救援人員與物資調(diào)度系統(tǒng)、區(qū)域?qū)＜逸o助決策、遠(yuǎn)程指揮中心的協(xié)同合作，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，包括事故救援現(xiàn)場子系統(tǒng)、地面指揮基地子系統(tǒng)、井下指揮基地子系統(tǒng)。

（5）遠(yuǎn)程指揮中心。在礦山應(yīng)急救援中，遠(yuǎn)程指揮中心用于對救援現(xiàn)場的指揮和部署決策，是一種跨區(qū)域的指揮。該系統(tǒng)主要用于礦山事故現(xiàn)場子系統(tǒng)、地面指揮基地、區(qū)域應(yīng)急指揮協(xié)調(diào)中心、井下指揮基地子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯總，實現(xiàn)專家指揮、現(xiàn)場救援，以達(dá)到物資調(diào)配、指揮決策和救援工作人員的協(xié)同工作。

2 平臺管理軟件

礦山應(yīng)急救援一體化指揮決策信息平臺的重要部分是平臺管理軟件，是實現(xiàn)礦山應(yīng)急救援的核心部分。該平臺管理軟件包括客戶端應(yīng)用軟件、服務(wù)器信息處理軟件兩個部分。

2.1 客戶端應(yīng)用軟件

煤礦緊急救援信息的客戶端應(yīng)用軟件是用于執(zhí)行操作和管理的軟件，對于信息管理和決策具有重要的意義。客戶端應(yīng)用軟件由模擬界面顯示、通信數(shù)據(jù)庫、界面配置數(shù)據(jù)庫、客戶端通信接口等部分組成?？蛻舳藨?yīng)用軟件為用戶提供可視化的人機(jī)交互界面，用于應(yīng)急指揮的平臺終端，獲取各類信息，開展應(yīng)急救援指揮并降低事故損失。模擬界面顯示模塊、界面編輯模塊是該軟件的交互部分。模擬界面顯示模塊能夠顯示不同需要查詢的信息，并且對信息進(jìn)行實時更新。模擬界面顯示的依據(jù)是界面配置信息。界面編輯模塊從配置數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，生成適合軟件用戶的顯示內(nèi)容，有利于信息決策和救援指揮?？蛻舳送ㄐ沤涌诳梢垣@得圖像數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、定位數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息，并將這些信息儲存在通信數(shù)據(jù)庫中，以供模擬界面顯示提取使用。

2.2 服務(wù)器信息處理軟件

煤礦救援信息管理與決策平臺的服務(wù)器信息部分是開展指揮決策的關(guān)鍵。服務(wù)器信息處理軟件開展工作時，服務(wù)器軟件是煤礦救援信息管理與決策平臺的重要部分。該模塊主要作用于不同系統(tǒng)平臺統(tǒng)一管理，實現(xiàn)應(yīng)急信息管理與決策。系統(tǒng)配置信息庫可以實現(xiàn)對信息的存儲和傳遞，指揮信息庫與終端應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。服務(wù)器啟動時，信息存儲子系統(tǒng)讀取信息，進(jìn)行創(chuàng)建和進(jìn)一步的決策指揮。一個通信接口連接著服務(wù)器，這個接口負(fù)責(zé)與不同系統(tǒng)之間的通信，煤礦信息數(shù)據(jù)和指揮信息數(shù)據(jù)都是通過該接口傳輸?shù)娇蛻舳耍源藢崿F(xiàn)對信息的處理決策指揮。

3 救援信息傳遞

煤礦信息傳遞是一個復(fù)雜的過程，分為不同的時間段，信息傳遞流程如圖2。

H 時間段：煤礦現(xiàn)場監(jiān)控與信息預(yù)警階段。煤礦井下出現(xiàn)突發(fā)情況時，通信終端采集井下數(shù)據(jù)信息。

I 時間段：災(zāi)害信息生成與上報階段。煤礦井下災(zāi)害出現(xiàn)后，無線數(shù)據(jù)傳感器、無線攝像機(jī)、無線生命體征檢測儀、無線手機(jī)等對災(zāi)害現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，被采集的數(shù)據(jù)信息傳遞到災(zāi)害救助指揮通信系統(tǒng)，再通過國家級、省部級、地市級不同的信息通信平臺進(jìn)行傳遞。

J 時間段：信息分析、決策階段。被傳遞的信息數(shù)據(jù)經(jīng)過專網(wǎng)、公網(wǎng)的分析，與專家組進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，把緊急的信息儲存或者發(fā)布，以便做出指揮決策。

K 時間段：應(yīng)急執(zhí)行指令下達(dá)。煤礦救援與決策網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)信息并完成決策后，需要下達(dá)應(yīng)急指令，指令下達(dá)的方式為國家級、省部級、地市級救援指揮部，指令經(jīng)通信終端接收，一個完整的信息傳遞系統(tǒng)形成。

圖2 煤礦緊急救援信息傳遞流程

4 救援信息流程與煤礦現(xiàn)場試驗

4.1 煤礦救援系統(tǒng)信息傳遞流程

煤礦現(xiàn)場緊急救援信息管理與決策是一個整體性的過程，該過程對于減少礦山損失，開展有效應(yīng)急救援具有重要意義?，F(xiàn)場試驗時，救援信息的傳遞流程如下：

第1 步：煤礦災(zāi)害信息生成。這一過程包括井下人員生命特征、人物語音、環(huán)境的采集。這一過程對應(yīng)H 時間段。

第2 步：對環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測。該過程是由數(shù)據(jù)終端對煤礦井下數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測和采集。

第3 步：將環(huán)境監(jiān)測信息與設(shè)置的信息對比。當(dāng)采集信息達(dá)到設(shè)置信息條件，報警信息生成，并開展應(yīng)急響應(yīng)。

第4 步：判斷應(yīng)急響應(yīng)級別，并根據(jù)應(yīng)急響應(yīng)級別的不同，將數(shù)據(jù)信息傳遞到相應(yīng)的應(yīng)急平臺。這一過程對應(yīng)I 時間段。

第5 步：救援信息分析。被傳遞的信息數(shù)據(jù)經(jīng)過專網(wǎng)、公網(wǎng)的分析，與專家組進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，把緊急的信息儲存或者發(fā)布，并進(jìn)行救援信息分析。這一過程對應(yīng)J 時間段。

第6 步：依據(jù)信息類型、下達(dá)應(yīng)急指令。指令下達(dá)的方式為國家級、省部級、地市級救援指揮部，指令經(jīng)通信終端接收，一個完整的信息傳遞系統(tǒng)形成。這一過程對應(yīng)K 時間段。

第7 步：后續(xù)處理。煤礦緊急救援后總結(jié)救助結(jié)果，救援信息管理與決策過程結(jié)束。

4.2 平臺現(xiàn)場演練測試

如圖3 所示為煤礦現(xiàn)場緊急救援測試應(yīng)用，測試結(jié)果 ：（1）軟件功能模塊表現(xiàn)正常，能夠顯示災(zāi)害圖像、救援人員信息。（2）組網(wǎng)時間短。采用的兩種通信方式時間均較多，其中無線通信所用時間小于20 min，有線通信所用時間小于40 min。（3）煤礦緊急救援無線通信距離大于1 km，有線通信距離大于2 km，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境，如溫度（0～60.0 °C）、CH4（0～100%）、O2（0～25.0%）的顯示。

圖3 試驗平臺與現(xiàn)場應(yīng)用

試驗結(jié)果表明：煤礦現(xiàn)場緊急救援信息管理與決策網(wǎng)絡(luò)能夠適應(yīng)煤礦企業(yè)應(yīng)對突發(fā)情況，可以形成一套信息傳遞、應(yīng)急救援決策的系統(tǒng)，對于當(dāng)今煤礦井下開采安全和應(yīng)對突發(fā)情況具有重要意義，有利于保證煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。

5 結(jié)論

針對煤礦環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)對突發(fā)情況設(shè)計了一種煤礦現(xiàn)場緊急救援信息管理與決策網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括井下監(jiān)測系統(tǒng)和地面救援指揮兩個重要部分。本文介紹了緊急情況信息傳遞流程，并對不同的流程實現(xiàn)情況進(jìn)行敘述，開展了煤礦井下突發(fā)狀況的救援試驗。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠適應(yīng)煤礦企業(yè)的突發(fā)情況，有利于保證煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)和緊急救助。