基于物聯(lián)網(wǎng)感知的煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)級融合研究

摘要：煤炭是全球范圍內(nèi)的重要的資源，煤礦作為煤炭開采的主要生產(chǎn)場所其安全是非常重要的。在煤炭管理中，有較為完善的安全管理體系和安全監(jiān)測體系。物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)有著高效便捷、準確率高的特點，本文在煤礦安全監(jiān)測工作中引入物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)，淺要探究基于物聯(lián)網(wǎng)感知的煤礦安全監(jiān)測數(shù)據(jù)級融合對煤礦安全生產(chǎn)意義。

關(guān)鍵詞：煤礦安全;安全監(jiān)測;物聯(lián)網(wǎng)感知

1煤礦安全的特點和重要性

1.1環(huán)境復(fù)雜性

不同于其他作業(yè)形式，煤礦環(huán)境是十分復(fù)雜的。煤礦內(nèi)部的標高大都小于±0，內(nèi)部礦洞蜿蜒復(fù)雜，根據(jù)開采進度的不同也會存在多個分區(qū)，不同分區(qū)之間相互獨立互不干擾，基本每個區(qū)域的作業(yè)空間有限，出入口數(shù)量少。內(nèi)部環(huán)境由于處于地下位置，內(nèi)部空氣稀薄，呼吸可能依賴外部氧氣補充;內(nèi)部無法依靠自然采光，僅能使用外部光源。在地下位置地質(zhì)具有未知性，特殊情況下可能存在地下水上浮、天然氣泄出、地表水流入等情況。

環(huán)境的復(fù)雜性即表示其危險源增加，安全管理難度大的特性。

1.2管理復(fù)雜性

煤礦開采工作需要較多操作工人的參與，不同工人的分工不同，所屬的工作位置也不同。工人流動性大也成為了煤礦工作的特點之一。工人分散、流動性下、安全意識低這些因素加起來會造成管理的復(fù)雜性。工人可能沒有固定的上下班時間，也可能有不同班次的工人交叉作業(yè)的情況，大型煤礦內(nèi)可能時刻都有人。

在這種情況下，對于安全意識防范、安全教育等工作無法全面普及，甚至連具體的作業(yè)人員數(shù)量都沒有一個確切的數(shù)字，當有事故發(fā)生時會造成人員情況統(tǒng)計困難、疏散規(guī)劃困難等情況。

2物聯(lián)網(wǎng)感知在煤礦安全監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1溫度、濕度感知

溫度和濕度數(shù)據(jù)在煤礦安全中是比較重要的，大部分質(zhì)量安全問題都能表現(xiàn)為溫度濕度的裱花。若一封閉區(qū)域內(nèi)的濕度較低且溫度較高，則發(fā)生危險的可能性更大。通過溫度濕度傳感器的形式，能夠?qū)崟r不間斷的采集某個區(qū)域的內(nèi)的溫度濕度數(shù)據(jù)，并進行自動記錄。通過溫度濕度的感知，能夠?qū)崟r監(jiān)測煤礦內(nèi)部各個位置的情況，對于濕度、溫度的異常變化能夠及時知曉并做出相應(yīng)處理。

溫度濕度傳感器的技術(shù)目前是非常成熟的，并且精確度很高。大部分電子溫度傳感器的量程范圍非常廣泛，基本能夠監(jiān)測-45℃至300℃的溫度變化。當煤礦環(huán)境中出現(xiàn)不符合常理的溫度變化并通過數(shù)據(jù)處理判斷數(shù)據(jù)可信之后，即可判定此區(qū)域存在隱患。

2.2位移感應(yīng)器

位移傳感器可應(yīng)用于礦洞周圍、未開采區(qū)域位置、重要監(jiān)測點等，位移傳感器的主要功能就是監(jiān)測位移變化。礦洞的坍塌、沉降等問題均會產(chǎn)生位移變化，使用位移傳感器是能夠提前監(jiān)測此類問題的。當前位移傳感的精度很高，普通傳感器就可以感知1mm的位移變化。在坍塌和沉降事故發(fā)生前均會產(chǎn)生位移，但因為礦洞環(huán)境等因素對于較小位移往往不能即使發(fā)現(xiàn)也很難引起重視。通過位移傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測微小位移，提前發(fā)現(xiàn)上述問題。

在煤礦作業(yè)環(huán)境中，可能有較多的大型機械設(shè)備震動或其他因素影響，容易造成位移傳感器的誤報情況。對于此種問題，可采用帶有震動檢測和互聯(lián)處理功能的傳感器模塊，并通過專業(yè)平臺建立物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，當發(fā)生位移時，通過各個傳感器位置和位置的監(jiān)測，在計算機軟件上實時繪制震動范圍及震動中心，安全管理人員可對比正在作業(yè)位置判斷位移出現(xiàn)的原因。

2.3紅外實時監(jiān)控

紅外監(jiān)控相比與普通監(jiān)控而言，能夠在黑暗條件下采集圖像，能夠感知大致的環(huán)境溫度，采集到細微位置變化，還能以延時拍攝的方式進行前后圖像對比。對于一些難以察覺的裂縫、碎石數(shù)量的增加，黑暗環(huán)境下人的活動具有很大作用。

通過紅外監(jiān)控，可以注意遠程看到每個作業(yè)位置及通道位置人的情況，是否安全開采，是否有危險情況等。可以做到安全監(jiān)控，有安全隱患時可以實時觀察撤離情況和處理情況。也可將紅外采集到的圖像通過計算機軟件結(jié)合AI處理技術(shù)進行人員數(shù)量統(tǒng)計，能夠?qū)崟r統(tǒng)計出各個作業(yè)區(qū)域的人員數(shù)量情況，進出工作區(qū)域的情況。采集到的圖像也可用于工人安全教育的影像資料，在辦公室即可看到開采現(xiàn)場的真實信息，對于危險操作、錯誤操作等行為及時發(fā)現(xiàn)和制止，減少安全問題的發(fā)生。

2.4 RFID打卡點

對于安全管理而言，進行巡檢是一個十分重要的工作，實際巡檢工作中，可能存在形式化嚴重，僥幸心理強的特點。通過設(shè)置RFID打卡點即可避免此種現(xiàn)象。在需要檢查的位置設(shè)置RFID打卡點，管理人員進行安全檢查時在打卡點進行打卡，RFID將數(shù)據(jù)匯總回傳。這種即可知曉每個檢查點是否被檢查到，檢查時間、檢查人員等信息也能一并呈現(xiàn)。相比于紙質(zhì)檢查表、拍照打卡等形式，RFID打卡具有真實可靠的特點，無法提前檢查或進行虛假打卡，大大提高安全性。

3物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)級融合研究

3.1數(shù)據(jù)的可信性探究

數(shù)據(jù)的來源是各種終端采集設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸主要通過無線電波的形式，數(shù)據(jù)處理依靠計算機軟件，要想提高數(shù)據(jù)的可信性，就要確保采集、傳輸、處理的過程準確無誤。對于采集階段，需選用合格的終端設(shè)備，并在投入使用之前進行測試和調(diào)整;傳輸過程盡量使用專用頻段網(wǎng)絡(luò)，并采取動態(tài)網(wǎng)絡(luò)切換的形式，也要注意所用頻段的抗干擾性能和穿墻性能，避免和民用網(wǎng)絡(luò)共用;數(shù)據(jù)處理所使用的計算機軟件要與硬件設(shè)施配套，并將數(shù)據(jù)處理工作交由專人完成。

通過對數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理多個階段的合理管理，確保采集到的數(shù)據(jù)為真實數(shù)據(jù)并能夠準確傳輸至處理終端，在處理終端經(jīng)由專業(yè)軟件由具有資質(zhì)的技術(shù)人員進行數(shù)據(jù)分析和出具報告。

3.2數(shù)據(jù)誤差處理

數(shù)據(jù)采集的過程中會因種種原因產(chǎn)生誤差，如設(shè)備精度、環(huán)境干擾、數(shù)據(jù)級處理方式等。在安全數(shù)據(jù)監(jiān)測的過程中要注意對誤差的正確處理。對于數(shù)據(jù)精度誤差，若在允許范圍內(nèi)可不用處理，但要定期對設(shè)備的精確度進行檢查，當誤差超過允許值時需注意進行校準或更換。在采集設(shè)備附近應(yīng)盡量避免有可能影響采集結(jié)果的因素出現(xiàn)，如高熱環(huán)境、強磁場等，如遇不可避免的不利環(huán)境，可采取具有抗干擾功能的設(shè)備消除環(huán)境影響。在數(shù)據(jù)處理階段，盡量使用計算機進行數(shù)據(jù)的高精度處理，避免四舍五入、向下取整、舍棄尾數(shù)等計算習慣，也可提前約定數(shù)據(jù)處理習慣，保持尺度統(tǒng)一。當一數(shù)據(jù)進行多次處理時若經(jīng)過太多的數(shù)據(jù)優(yōu)化，可能會對最終結(jié)果產(chǎn)生較大影響，無法反應(yīng)真實數(shù)據(jù)。

3.3多數(shù)據(jù)論證機制

采集準確度和誤差都是難以避免的情況，即使加強相應(yīng)措施和管理，也是有可能出現(xiàn)的。若因為設(shè)備問題或誤差問題采集到了錯誤的數(shù)據(jù)，且在處理過程中沒有進行剔除，可能會導(dǎo)致結(jié)果誤判的情況出現(xiàn)。針對這種問題，可采取多數(shù)據(jù)論證的機制，在重要控制點選擇性的加裝設(shè)備，新加裝設(shè)備不與原有設(shè)備共用傳輸通道，處理方式和處理人員也與原數(shù)據(jù)處理不同，當原數(shù)據(jù)采集處理完成后，可使用新數(shù)據(jù)進行復(fù)驗，若兩組數(shù)據(jù)的結(jié)果大致相同，則可判斷數(shù)據(jù)可信。

多數(shù)據(jù)論證的數(shù)據(jù)來源也可是不同設(shè)備，如對于同一位置，位移傳感器顯示其具有較大的位移發(fā)生，但通過紅外監(jiān)控和圖像對比其并沒有類似問題發(fā)生，則優(yōu)先考慮是設(shè)備故障所致。對重要控制點或薄弱位置可采取更多組數(shù)據(jù)同時采集處理的方式，監(jiān)測到的安全數(shù)據(jù)可信度更高，更符合現(xiàn)場真實情況。

4結(jié)語

在煤礦生產(chǎn)工作中，安全是首要控制項目。煤礦因環(huán)境復(fù)雜、人員管理困難、可變因素等多種特點，在進行安全管理工作時難度較大。物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)與傳統(tǒng)安全管理模式相結(jié)合，能夠減少安全管理人員的工作量，提高工作效率，同時準確性更高。通過對物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)進行融合研究，也能使數(shù)據(jù)更加可信，數(shù)據(jù)處理更為高效。通過物聯(lián)網(wǎng)感知與煤礦安全監(jiān)測結(jié)合的模式，對完善煤礦安全管理體系有著重要作用。

參考文獻：

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[2]基于航跡隸屬度的分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合算法[J].冉金和，張玉.信號處理.2011（02）

作者簡介：

劉建（1990.11-）男，籍貫河南永城，本科學歷。