煤矿安全动态评估与诊断系统及方法

1.一种煤矿安全动态评估与诊断方法，其特征是所述方法包括下列步骤：
步骤1：梳理、收集、清洗、转换煤矿安全主题相关的基础、实时和业务数据；
步骤2：定义煤矿安全综合数据库的数据模型、逻辑数据结构和物理数据结构；
步骤3：定义在线监测系统的实时性数据集成协议，开发实时性数据传输接口；
步骤4：定义业务管理系统的事务性数据集成协议，开发事务性数据传输接口；
步骤5：梳理煤矿安全规范规程体系，建立煤矿安全知识分类体系及元数据库；
步骤6：根据煤矿安全知识的特点，选择合理的知识表示方式和推理方式；
步骤7：定义煤矿安全动态诊断专家知识库的概念数据模型和逻辑数据结构；
步骤8：根据煤矿安全知识规则体系，建立煤矿安全评估和推理的专家知识库；
步骤9：开发元数据库管理系统，进行专家知识库中评估打分知识结构、打分策略以及安全推理知识体系的定义、管理维护；
步骤10：开发知识库管理系统，进行知识的增加、删除、更新、查找，以及正确性、歧义性、冗余性、包含性检查；
步骤11：开发知识库的推理机和解释机，进行安全知识的推理以及解释；
步骤12：基于高精度地质模型理论研究开发三维虚拟矿井可视化平台，支持煤层三维可视化、钻孔/断层/巷道建模、三维漫游、地质剖切；
步骤13：在虚拟矿井平台下接入各类在线监测数据及综合自动化系统的各类设备，实现三维可视化展示、信息查询、管理功能，支持危险源三维预警分析、重大事故避灾路线分析功能；
步骤14：基于C/S模式和B/S模式实现局域网三维虚拟场景发布；
步骤15：根据综合数据库中在线收集的状态数据，应用安全评估专家知识库，对煤矿安全生产活动进行安全状况打分评估，反映煤矿安全现势和近期的状况；
步骤16：针对状况评估打分的结果，基于专家知识库对发现的问题进行分析和解释，给出原因及处理措施；
步骤17：对用户提交的诊断任务进行配置和管理，制定用户诊断内容、诊断范围和诊断时间计划。

煤矿安全动态评估与诊断系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种煤矿安全生产和管理系统，属于矿山安全技术领域。\n背景技术\n[0002] 煤矿安全生产和管理是煤矿企业最核心的工作，目前我国煤矿安全信息系统还停留在信息集成和展示的层面，缺乏大数据历史分析、挖掘和预测，无法建立事前预防预控机制。\n[0003] 二十世纪90年代以来，我国煤炭安全生产信息化建设迅速展开，取得了长足的进步，主要有如下几个方面：\n[0004] 1网络环境建设：各生产矿井基本上都建立了基于工业以太网搭建的工业控制网络，以及面向企业信息化建设的局域网。\n[0005] 2煤矿综合自动化系统建设：基于工业控制网络以工业组态软件为基础搭建综合自动化信息集成平台，将各分散的生产过程控制系统、安全监控系统集中一个平台管理，初步实现安全、生产远程监测。\n[0006] 3以煤矿安全避险“六大系统”为主题的系统建设：2010年国家安全监管总局、国家煤矿安监局提出建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”，包括建设瓦斯监测监控系统、人员考勤定位系统、矿井通信联络系统、矿井压风自救系统、供水施救系统、以及井下紧急避险系统。\n[0007] 4企业管理信息系统建设：包括生产调度指挥系统、原煤生产系统、煤质及运销管理系统等面向特定专业部门的管理信息系统。\n[0008] 然而，煤炭安全生产是一个综合系统工程，不仅仅是数据的实时收集和监测展示，涉及到人员、设备、生产环境、管理四大要素的相互影响和联动，涉及到采煤、掘进、机电、运输、通风、地测和防治水、调度、洗选、运销等诸多生产环节和专业管理的相互协作，涉及到对历史生产过程的回顾整理和分析挖掘、对现势生产状态的总结概括和推理诊断、对未来安全状况的预判和预警。\n[0009] 纵观我国煤矿信息化建设近10多年的发展，煤炭企业建设的诸多安全生产信息系统还停留以系统集成为主的生产和流通过程的数字化和信息化层面上，沿袭部门专业条块分割的信息化模式，存在诸多问题：\n[0010] 1部门专业之间信息系统割裂。\n[0011] 2人员、设备、环境、管理四大要素割裂。\n[0012] 3历史安全、现势安全和未来安全割裂。\n[0013] 4安全生产要素的时间和空间维度割裂。\n[0014] 5安全生产信息系统重展示轻分析挖掘。\n[0015] 6安全生产多定性评估而少定量诊断。\n[0016] 7安全生产信息系统的软硬件伸缩性不足。\n发明内容\n[0017] 本发明的目的在于提供一种煤矿安全动态评估与诊断系统，在人机环管四大安全生产要素综合集成的基础上，根据现势数据量化概括当下的安全生产状况，发现目前存在的安全风险和问题，诊断推理风险与问题发生的原因及可采取的处理措施，根据历史和现势对未来的安全生产形势进行预判和预警，实现煤矿安全生产的动态诊断和辅助决策。\n[0018] 本发明的技术方案如下：\n[0019] 一种煤矿安全动态评估与诊断系统，包括服务器、操作终端、网络交换设备、井下监测装置，位于井上的服务器以及操作终端通过连接设备与井下监测装置连接，所述的井下监测装置为检测井下顶板压力、防火瓦斯数据的检测装置；所述的井下监测装置将采集到的数据经网络交换设备传输至服务器、操作终端，经过信息处理在操作终端显示结果。\n[0020] 根据所述的煤矿安全动态评估与诊断系统，所述的服务器包括并列设置的数据库服务器、数据采集服务器、管控服务器。\n[0021] 根据所述的煤矿安全动态评估与诊断系统，网络交换设备为环网交换机，井下监测装置包括防火瓦斯检测器、一氧化碳监测器、顶板压力监测器。\n[0022] 根据所述的煤矿安全动态评估与诊断系统，所述的防火瓦斯检测器连接有温度、瓦斯、通风传感器，一氧化碳监测器与一氧化碳监测器连接，顶板压力监测器连接有顶板压力传感器。\n[0023] 一种煤矿安全动态评估与诊断方法，其特征是所述方法包括下列步骤：\n[0024] 步骤1：梳理、收集、清洗、转换煤矿安全主题相关的基础、实时和业务数据；\n[0025] 步骤2：定义煤矿安全综合数据库的数据模型、逻辑数据结构和物理数据结构；\n[0026] 步骤3：定义在线监测系统的实时性数据集成协议，开发实时性数据传输接口；\n[0027] 步骤4：定义业务管理系统的事务性数据集成协议，开发事务性数据传输接口；\n[0028] 步骤5：梳理煤矿安全规范规程体系，建立煤矿安全知识分类体系及元数据库；\n[0029] 步骤6：根据煤矿安全知识的特点，选择合理的知识表示方式和推理方式；\n[0030] 步骤7：定义煤矿安全动态诊断专家知识库的概念数据模型和逻辑数据结构；\n[0031] 步骤8：根据煤矿安全知识规则体系，建立煤矿安全评估和推理的专家知识库；\n[0032] 步骤9：开发元数据库管理系统，进行专家知识库中评估打分知识结构、打分策略以及安全推理知识体系的定义、管理维护；\n[0033] 步骤10：开发知识库库管理系统，进行知识的增加、删除、更新、查找，以及正确性、歧义性、冗余性、包含性检查；\n[0034] 步骤11：开发知识库的推理机和解释机，进行安全知识的推理以及解释；\n[0035] 步骤12：基于高精度地质模型理论研究开发三维虚拟矿井可视化平台，支持煤层三维可视化、钻孔/断层/巷道建模、三维漫游、地质剖切；\n[0036] 步骤13：在虚拟矿井平台下接入各类在线监测数据及综合自动化系统的各类设备，实现三维可视化展示、信息查询、管理等功能，支持危险源三维预警分析、重大事故避灾路线分析功能；\n[0037] 步骤14：基于C/S模式和B/S模式实现局域网三维虚拟场景发布；\n[0038] 步骤15：根据综合数据库中在线收集的状态数据，应用安全评估专家知识库，对煤矿安全生产活动进行安全状况打分评估，反映煤矿安全现势和近期的状况；\n[0039] 步骤16：针对状况评估打分的结果，基于专家知识库对发现的问题进行分析和解释，给出原因及处理措施；\n[0040] 步骤17：对用户提交的诊断任务进行配置和管理，制定用户诊断内容、诊断范围和诊断时间计划。\n[0041] 本发明以综合集成的煤矿信息系统和监测监控系统为基础，建立煤矿安全综合数据库和专家知识库；结合煤矿日常事务性数据和实时性监测监控数据，基于三维虚拟矿井模型，建立煤矿安全动态诊断系统，最终降低煤矿安全生产事故的发生，实现煤矿安全管理的信息化、现代化。\n附图说明\n[0042] 图1为本发明的硬件原理示意图。\n[0043] 图2为本发明煤矿安全动态评估与诊断系统构成原理示意图。\n[0044] 附图中：1、操作终端； 2、环网交换机； 3、防火瓦斯检测器； 4、一氧化碳监测器； \n5、顶板压力监测器； 6、温度、瓦斯、通风传感器； 7、一氧化碳传感器； 8、顶板压力传感器； \n9、数据库服务器； 10、数据采集服务器； 11、管控服务器。\n具体实施方式\n[0045] 以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。\n[0046] 本发明的目的在于提供一种煤矿安全动态评估与诊断系统，在人机环管人员、设备、生产环境、管理四大安全生产要素综合集成的基础上，以煤矿开采技术方法以及煤炭行业、集团、矿井制定的各类安全生产规程规范为依据，应用二维/三维地理信息系统、现代数理统计、数据挖掘技术、量化分析技术，对煤矿安全生产相关的信息进行综合展示、关联分析、探索挖掘、概括推理，发现历史数据中蕴含的安全生产知识规则和人机环管要素演化模型，根据现势数据量化概括当下的安全生产状况，发现目前存在的安全风险和问题，诊断推理风险与问题发生的原因及可采取的处理措施，根据历史和现势对未来的安全生产形势进行预判和预警，实现煤矿安全生产的动态诊断和辅助决策。\n[0047] 煤矿安全动态评估与诊断系统包含服务器、操作终端1、环网交换机2、防火瓦斯检测器3、一氧化碳监测器4、顶板压力监测器5，设置在井下的防火瓦斯检测器3、一氧化碳监测器4、顶板压力监测器5分别与环网交换机2连接，环网交换机2通过网络与设置在井上的服务器和操作终端1连接。\n[0048] 本发明还设有温度、瓦斯、通风传感器6，与防火瓦斯检测器3连接，将采集的相应信号送入防火瓦斯检测器3处理；设有一氧化碳传感器7，与一氧化碳监测器4连接，将采集的相应信号送入一氧化碳监测器4处理；设有顶板压力传感器8，与顶板压力监测器5连接，将采集的相应信号送入顶板压力监测器5处理。\n[0049] 如图1是本发明的硬件原理示意图，所说的服务器包括并列设置的数据库服务器\n9、数据采集服务器10、管控服务器11。\n[0050] 图2是本发明煤矿安全动态评估与诊断系统构成原理示意图。\n[0051] 一、基于物联网数据集成。\n[0052] 利用物联网技术实现全面综合的数据集成，将基础空间和属性数据、在线监测的实时性数据、专业业务系统的事务性数据综合集成起来，构建煤矿安全综合数据库。内容包括：\n[0053] 1梳理、收集、清洗、转换煤矿安全主题相关的基础、实时和业务数据；\n[0054] 2定义煤矿安全综合数据库的数据模型、逻辑数据结构和物理数据结构；\n[0055] 3定义在线监测系统的实时性数据集成协议，开发实时性数据传输接口；\n[0056] 4定义业务管理系统的事务性数据集成协议，开发事务性数据传输接口。\n[0057] 二、煤矿安全动态诊断专家知识库。\n[0058] 针对知识集成的目标，整理规范规程体系中的经验或者理论知识，构建煤矿安全动态诊断的专家知识库。内容包括：\n[0059] 1梳理煤矿安全规范规程体系，建立煤矿安全知识分类体系及元数据库；\n[0060] 2根据煤矿安全知识的特点，选择合理的知识表示方式和推理方式；\n[0061] 3定义煤矿安全动态诊断专家知识库的概念数据模型和逻辑数据结构；\n[0062] 4根据煤矿安全知识规则体系，建立煤矿安全评估和推理的专家知识库；\n[0063] 5研究开发元数据库管理系统，实现专家知识库中评估打分知识结构、打分策略以及安全推理知识体系的定义、管理维护；\n[0064] 6研究开发知识库库管理系统，实现知识的增加、删除、更新、查找，以及正确性、歧义性、冗余性、包含性检查；\n[0065] 7设计开发知识库的推理机和解释机，实现安全知识的推理以及解释。\n[0066] 三、三维虚拟矿井可视化平台。\n[0067] 基于高精度地质模型理论研究开发三维虚拟矿井平台，实现地层建模、钻孔建模、断层建模、工作面建模和巷道硐室建模等工作，实现数据和知识可视化、煤矿安全生产活动可视化、诊断和决策过程可视化。内容包括：\n[0068] 1基于高精度地质模型理论研究开发三维虚拟矿井可视化平台，支持煤层三维可视化、钻孔/断层/巷道建模、三维漫游、地质剖切；\n[0069] 2在虚拟矿井平台下接入各类在线监测数据及综合自动化系统的各类设备，实现三维可视化展示、信息查询、管理等功能；\n[0070] 3支持危险源三维预警分析、重大事故避灾路线分析等功能；\n[0071] 4基于C/S模式和B/S模式实现局域网或互联网三维虚拟场景发布；\n[0072] 四、煤矿安全动态诊断系统\n[0073] 利用煤矿安全综合数据库中的基础数据、实时监测数据、以及事务性数据，根据煤矿安全动态诊断专家知识库进行评估、推理和演绎，分析煤矿安全生产现状与趋势、预测未来，并针对煤矿应急现象做出科学合理的响应对策。内容包括：\n[0074] 1煤矿安全状况评估打分系统诊：根据综合数据库中在线收集的状态数据，应用煤炭安全评估专家知识库，对矿井或特定煤矿安全生产活动进行安全状况打分评估，反映煤矿安全现势和近期的状况。\n[0075] 2煤矿安全问题推理解释系统断：针对状况评估打分的结果，基于煤炭安全专家知识库对发现的问题进行分析和解释，给出原因及处理措施。\n[0076] 3诊断任务配置与管理系统：对用户提交的诊断任务进行配置和管理，制定用户诊断内容、诊断范围和诊断时间计划等。\n[0077] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围之内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。