适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统及使用方法
【专利摘要】本发明提供了一种适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统，包括矿端监测系统和云端监控中心；其中，矿端监测系统包括井下瓦斯监测系统、地面瓦斯信息采集系统、网络传输系统；的云端监控中心包括瓦斯大数据存储系统、瓦斯超限监控系统、瓦斯超限预警系统以及瓦斯超限执行反馈系统；地面瓦斯信息采集系统与所述井下瓦斯监测系统相连；地面瓦斯信息采集系统通过网络传输系统与所述瓦斯大数据存储系统相连；瓦斯大数据存储系统、瓦斯超限监控系统、瓦斯超限预警系统、所述瓦斯超限执行与反馈系统顺次相连。本发明基于云平台的监控系统，具有统一性、高可用性、高扩展性、高安全性、高可维护性，为海量瓦斯数据的监控处理提供了有效保障。
【专利说明】
适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统及使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及煤矿瓦斯监控管理系统，具体地，涉及一种适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统及使用方法。
【背景技术】
[0002]我国高瓦斯含量的矿井占全国统配煤矿总数的46%，近年来瓦斯爆炸造成的伤亡人数占所有重大事故伤亡人数的50%以上，成为实现安全生产的最大障碍。
[0003]我国目前的瓦斯检测、监测系统主要以矿级为主，瓦斯的超限上报与监控也由矿级自主处理，信息的准确性、及时性难以得到保障。因此，全面、及时、准确地监测各个煤矿的瓦斯含量、实行“国家级、省级、局级、矿级”四级机构直通式高层次瓦斯超限监控系统，实现及完善国家层面的瓦斯超限管理体系，对于保障井下工作人员的人身生命安全、抑制瓦斯超限引发的重特大事故、有效管理我国煤矿安全生产具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统及使用方法，克服现有瓦斯监测管理体系的分散性、滞后性等不足。
[0005]根据本发明提供的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统，包括矿端监测系统和云端监控中心；
[0006]其中，所述矿端监测系统包括井下瓦斯监测系统、地面瓦斯信息采集系统、网络传输系统;所述的云端监控中心包括瓦斯大数据存储系统、瓦斯超限监控系统、瓦斯超限预警系统以及瓦斯超限执行反馈系统；
[0007]所述地面瓦斯信息采集系统与所述井下瓦斯监测系统相连;所述地面瓦斯信息采集系统通过网络传输系统与所述瓦斯大数据存储系统相连；
[0008]所述瓦斯大数据存储系统、所述瓦斯超限监控系统、所述瓦斯超限预警系统、所述瓦斯超限执行与反馈系统顺次相连。
[0009]优选地，所述井下瓦斯监测系统包括瓦斯传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、温度传感器以及风速传感器中的任一种或任多种。
[0010]优选地，所述网络传输系统的传输方式为VPN传输、GPRS传输。
[0011]本发明提供的所述的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统的使用方法，包括如下步骤:
[0012]步骤S1:所述井下瓦斯监测系统获取实时的瓦斯监控数据；
[0013]步骤S2:所述地面瓦斯信息采集系统采集所述瓦斯监控数据，进而通过网络传输系统将所述瓦斯监控数据传送至所述的瓦斯大数据存储系统；
[0014]步骤S3:所述瓦斯超限监控系统对所述瓦斯监控数据进行实时监测，当瓦斯监控数据中的超限浓度、超限时间、超限频率中任一指标大于对应的报警阈值时，则触发报警机制，生成报警信息。
[0015]优选地，还包括如下步骤:
[0016]-所述瓦斯超限预警系统进行报警信息显示，授权所述瓦斯超限执行与反馈系统，进而所述瓦斯超限执行与反馈系统触发瓦斯超限执行反馈控制机制，并将报警信息发送至煤矿瓦斯超限监控系统。
[0017]优选地，还包括如下步骤:
[0018]-通过所述瓦斯超限预警系统进行瓦斯监控数据的查询、瓦斯监控数据的实时和历史曲线统计、进行用户权限分级管理。
[0019]优选地，网络传输系统通过VPN传输或GPRS传输将所述瓦斯监控数据传送至所述的瓦斯大数据存储系统。
[0020]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0021]1、本发明可实现国家层面对各个地区煤矿瓦斯超限全面有效的监督管理，解决了瓦斯监测系统地区分散化、监测数据上报不及时、监管有效性不足等问题，必要时及时实施干预执行管理措施，对于瓦斯灾害的预防和监控具有重要意义；
[0022]2、本发明基于云平台的监控系统，具有统一性、高可用性、高扩展性、高安全性、高可维护性，为海量瓦斯数据的监控处理提供了有效保障。
【附图说明】
[0023]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0024]图1为本发明中适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统的结构示意图；
[0025]图2为本发明中适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统的使用流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0027]在本实施例中，本发明提供的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统，是一种分布式、集中式的瓦斯监控管理系统，包括矿端监测系统和云端监控中心；
[0028]其中，所述矿端监测系统包括井下瓦斯监测系统、地面瓦斯信息采集系统、网络传输系统;所述的云端监控中心包括瓦斯大数据存储系统、瓦斯超限监控系统、瓦斯超限预警系统、瓦斯超限执行反馈系统以及应用系统安全管理模块；
[0029]所述地面瓦斯信息采集系统与所述井下瓦斯监测系统相连;所述地面瓦斯信息采集系统通过网络传输系统与所述瓦斯大数据存储系统相连；
[0030]所述瓦斯信息采集系统，针对已建设瓦斯监控系统的煤矿，搭建矿端瓦斯数据采集终端，从该煤矿KJ系列瓦斯信息数据库进行实时数据采集，数据利用企业内网传输，并通过防火墙隔离;针对尚未建设瓦斯监控系统的煤矿，须在井下各位置部署并安装瓦斯监测传感器，包括瓦斯传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、温度传感器、风速传感器等，通过CAN总线将数据传输到地面瓦斯信息采集系统。
[0031]所述瓦斯大数据存储系统、所述瓦斯超限监控系统、所述瓦斯超限预警系统、所述的瓦斯超限执行与反馈系统顺次相连。
[0032]所述井下瓦斯监测系统包括瓦斯传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、温度传感器以及风速传感器中的任一种或任多种。
[OO33 ]所述网络传输系统的传输方式为VPN传输、GPRS传输。
[0034]所述网络传输系统将瓦斯监控数据从矿端传输至云端监控中心，针对不同煤矿网络环境采用可行的传输方式，包括利用互联网建立VPN、GPRS等。对瓦斯监控数据进行加密，利用同态加密技术实现一种高效安全的数据加密策略，写入云端监控中心的数据库，并保证加密数据传输的实时性、完整性和一致性;实时监控网络连接和数据传输状态，具有数据自动续传功能；当有多种信息传输方式时，能自动进行传输方式切换;支持云端服务器动态接入。
[0035]本发明以云计算平台提供基础支撑环境及高可用架构，可有效提高系统的横向扩展能力、简化部署、便于维护。本发明主要提供基于SaaS(Software as a Service)的应用服务，采用C1ud Foundry开源基础架构，由相对独立的多个系统构成的分布式系统，每个系统单独存在和运行，各系统之间通过消息机制进行通信，使本发明各系统之间的耦合度降低，系统功能容易扩充。云端监控中心采用虚拟化、分布式存储、集群应用、并行计算技术、分布式文件系统等，整合不同来源的瓦斯监控数据，对外提供瓦斯监控数据业务访问功能。其基础架构分别由4个层次和2个中心组成，即云基础设施层、云平台层、云总线层、云应用层以及云管理中心和云存储中心。所述云存储中心服务器与网络传输系统相连，实时接收来全国各个煤矿上报的瓦斯监测数据并进行保存。涉及的存储数据量大、时间长，因此建立了相应的数据备份策略，提高云存储系统安全和容灾能力。云存储中心服务器首次接入时通过智能接口配置完成对接，在云存储中心服务器建立统一的瓦斯数据格式接口，实现不同瓦斯监控系统的数据融合;云端监控中心经过数据初始化之后只接收增量数据;采用高性能、高可用、可扩展的分布式消息中间件支持与保障异步数据传输的安全性、顺序性和重发性;对建立云平台数据字典，实现数据字典动态管理。相比传统的存储技术，云存储对虚拟化存储资源的管理和使用，提供了更好的可扩展性，增加存储能力只需添加服务器即可实现，而不需要重新设计存储系统结构；随着存储能力的增加，云存储系统的性能不会下降。
[0036]本发明提供的基于私有云平台服务层的瓦斯监控及预警系统主要功能包括:瓦斯数据的查询统计展示，展示方式包括滚动数据行，实时显示各矿瓦斯数据更新情况;报警显示界面，显示瓦斯超限数据的信息及所在矿区和报警点，附报警点闪烁及报警声提醒，点击可查询3D矿区图、报警点的详细信息及相关负责人联系方式;综合查询功能，各级别的用户可按条件进行瓦斯数据的查询，查询条件可包括时间段、矿区、监测点等，查询结果包括数据行显示、图表统计分析等可视化方式;煤矿瓦斯变化实时曲线，瓦斯数据历史曲线;根据授权，可以发出远程控制指令;用户权限分级管理系统及日志管理等。
[0037]本发明提供的所述的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统的使用方法，包括如下步骤:
[0038]步骤S1:所述井下瓦斯监测系统获取实时的瓦斯监控数据；
[0039]步骤S2:所述地面瓦斯信息采集系统采集所述瓦斯监控数据，进而通过网络传输系统将所述瓦斯监控数据传送至所述的瓦斯大数据存储系统；
[0040]步骤S3:所述瓦斯超限监控系统对所述瓦斯监控数据进行实时监测，当瓦斯监控数据中的超限浓度、超限时间、超限频率中任一指标大于对应的报警阈值时，则触发报警机制，生成报警信息。
[0041]本发明提供的所述的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统的使用方法，还包括如下步骤:
[0042]-所述瓦斯超限预警系统进行报警信息显示，授权所述瓦斯超限执行与反馈系统，进而所述瓦斯超限执行与反馈系统触发瓦斯超限执行反馈控制机制，并将报警信息发送至煤矿瓦斯超限监控系统。
[0043]本发明提供的所述的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统的使用方法，还包括如下步骤:
[0044]-通过所述瓦斯超限预警系统进行瓦斯监控数据的查询、瓦斯监控数据的实时和历史曲线统计、进行用户权限分级管理。
[0045]以下详细说明本发明的工作原理。以已建设瓦斯监控系统的煤矿为例，在煤矿端建立矿端监测系统，矿端监测系统的采集服务器使用Windows操作系统，数据库为SQLServer 2008，矿端监测系统与KJ系列煤矿瓦斯监控系统的数据库服务器之间用路由器连接。KJ系列煤矿瓦斯监控系统采用Windows操作系统，数据库为SQL Server 2000。矿端监测系统采用双千兆网卡，防火墙使用软件防火墙。
[0046]矿端监测系统的采集终端软件系统主要采用C#和ASP.NET开发，主要包括网络与应用检测模块及数据采集、加密与传输应用模块。
[0047]所述网络与应用检测模块的主要功能包括:检测矿端监测系统与KJ系列煤矿瓦斯监控系统连接状态;检测KJ系列煤矿瓦斯监控系统的数据库服务状态;检测矿端监测系统的数据库服务状态。当KJ系列煤矿瓦斯监控系统的数据库服务没启动，则尝试启动；当矿端监测系统的数据库服务没启动，则尝试启动。检测矿端监测系统与云端监控中心的云端服务器的连接状态;检测云端监控中心的云端数据接收服务器及云端监控中心的应用服务器状态;检测矿端监测系统的应用服务模块是否启动，如果没启动，尝试启动矿端监测系统的应用服务模块;检测本模块程序是否已经启动，避免重复启动，节省系统资源，保证数据一致性和完整性;进行日志记录与管理，系统异常和关键操作写入日志。
[0048]所述的数据采集、加密与传输应用模块的主要功能包括:检测本模块程序是否已经启动，避免重复启动，节省系统资源，保证数据一致性和完整性;检测系统是否初始化，如果没有给出提示并启动系统初始化模块程序;检测网络与应用检测模块程序是否启动，如果没启动，尝试启动程序;从KJ系列煤矿瓦斯监控系统实时采集瓦斯监控数据;对瓦斯监控数据进行加密，利用数据库加密技术实现一种高效安全的数据加密策略，加密数据写入本地矿端数据库；用本地矿端数据库更新私有云平台数据;建立断点续传功能，进行数据的完整性和一致性校验，完成数据同步，保证数据的完整性和一致性；为了提高数据库访问性能，建立数据缓存机制，提高数据读写效率和可靠性；日志记录与管理。系统异常和关键操作写入日志。
[0049]本发明矿端软件系统实现了循环检测，预防用户强制终止数据采集程序，将网络状态检测与数据采集功能分离，提高了数据采集的实时性。利用多线程编程技术提高系统硬件资源利用率，可大幅度提升系统响应性能。
[0050]在瓦斯监测中心建立私有云平台。云端监控中心的云平台数据服务器S⑶S与矿端监测系统之间通过公网连接。私有云平台硬件系统由若干台服务器和一台交换机组成，云平台数据服务器通过静态IP连接互联网。云平台数据服务器采用Windows操作系统或Linux操作系统，数据库相应使用Oracle llg。云平台数据服务器分为消息接收服务器MRS、数据库服务器SCDS和应用服务器SCAS，每个服务器均采用虚拟化技术进行负载均衡。
[005?] 私有云平台架构采用Cloud Foundry开源基础架构，由云基础设施层、云平台层、云总线层、云应用层，以及云管理中心和云存储中心组成。私有云平台SaaS应用主要米用Java开发，具有良好的跨平台性。云平台所有应用都采用模块化应用分组开发，主要包括:云端系统主要包括瓦斯大数据存储系统、瓦斯超限监控系统、瓦斯超限预警系统、瓦斯超限执行反馈系统以及应用系统安全管理模块。
[0052]消息接收服务器是一种由消息传送机制或消息队列模式组成的最典型的中间件技术。通过该消息接收服务器，应用程序或组件之间可以进行可靠的异步通讯来降低系统之间的耦合度，从而提高整个系统的可扩展性和可用性。同类型数据，根据来源存储在不同的数据表中，并抽象出统一的数据访问接口。本发明对每一个设备采集端站号和采集点进行命名配置。为在云端数据消息处理方面提高灵活性，针对不同采集源进行数据处理并配置入库，采集数据处理框架以插件式方式调度各个矿端数据采集服务器配置策略，进行数据处理和入库。矿端采集服务器配置策略定义客户端发送的数据消息中每列数据映射到数据表中的具体字段。
[0053]所述的云端监控中心的初始化模块主要内容包括:建立云平台与矿端瓦斯监控系统数据库表接口，本发明可通过智能选配自动完成接口设计，也提供了手工配置方式，以适应与不同瓦斯监控系统数据对接;启动网络与应用检测模块，并将其设置成开机自动启动。由初始化模块自动启动数据采集、加密与传输应用模块;进行数据的完整性和一致性校验，对应用系统功能进行自检，分析判断系统配置是否正确。当云端接收数据处理程序将数据按照策略配置入库以后，同时触发一条监控、日志消息发送到监控日志队列中，监控日志处理程序负责将瓦斯数据实时更新情况插入到对应数据表中。
[0054]所述的瓦斯超限监控系统与瓦斯超限预警系统主要功能包括:设计并实现常规的数据查询、统计的同态解密算法;瓦斯数据的查询统计展示，展示方式包括滚动数据行，实时显示各矿瓦斯数据更新情况;报警显示界面，显示瓦斯超限数据的信息及所在矿区和报警点，有声音提醒，点击可查询报警点的详细信息及负责人联系方式;显示3D矿区图，报警点有闪烁提醒;综合查询，各级别的用户可按条件进行瓦斯数据的查询，查询条件可包括时间段、矿区、监测点等，查询结果包括数据行显示、图表统计分析等可视化方式;煤矿瓦斯变化实时曲线，瓦斯数据历史曲线;根据授权，可以发出或传递远程控制指令；日志记录与管理，系统异常和关键操作写入日志。
[0055]所述瓦斯超限执行反馈系统与瓦斯超限预警系统相连，当瓦斯超限参数超过设定阈值等级，将根据授权触发瓦斯超限执行反馈控制机制，通过三电平变流器干预负载的运行，并将负载的实时运行状况反馈到监控系统。
[0056]所述应用系统安全管理模块主要功能包括:建立用户访问控制策略;添加、编辑和删除用户；用户权限管理；用户操作日志记录与管理，异常和关键操作写入日志；利用云存储技术，实现高效安全可靠的数据备份与恢复策略;利用数据库加密技术对敏感数据进行加密存储。同性加密与解密算法设计与实现；防火墙与访问控制；网络与系统服务状态监视；日志与审计。
[0057]本发明的有益效果为:实现了基于云计算平台的瓦斯超限网络监控管理系统构架，实现基于大数据理论的瓦斯超限监控预警系统，并实现瓦斯超限监控的实时网络管理干预执行系统;在管理范围和管理功能方面，解决了瓦斯监测系统地区分散化、监测数据上报不及时、监管有效性不足等问题，必要时及时实施干预执行管理措施，对于瓦斯灾害的预防和监控具有重要意义。基于云平台的监控系统，具有统一性、高可用性、高扩展性、高安全性、高可维护性，为海量瓦斯数据的监控处理提供了有效保障。
[0058]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统，其特征在于，包括矿端监测系统和云端监控中心； 其中，所述矿端监测系统包括井下瓦斯监测系统、地面瓦斯信息采集系统、网络传输系统;所述的云端监控中心包括瓦斯大数据存储系统、瓦斯超限监控系统、瓦斯超限预警系统以及瓦斯超限执行反馈系统； 所述地面瓦斯信息采集系统与所述井下瓦斯监测系统相连;所述地面瓦斯信息采集系统通过网络传输系统与所述瓦斯大数据存储系统相连； 所述瓦斯大数据存储系统、所述瓦斯超限监控系统、所述瓦斯超限预警系统、所述瓦斯超限执行与反馈系统顺次相连。2.根据权利要求1所述的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统，其特征在于，所述井下瓦斯监测系统包括瓦斯传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、温度传感器以及风速传感器中的任一种或任多种。3.根据权利要求1所述的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统，其特征在于，所述网络传输系统的传输方式为VPN传输、GPRS传输。4.一种权利要求1至3任一项所述的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤S1:所述井下瓦斯监测系统获取实时的瓦斯监控数据； 步骤S2:所述地面瓦斯信息采集系统采集所述瓦斯监控数据，进而通过网络传输系统将所述瓦斯监控数据传送至所述的瓦斯大数据存储系统； 步骤S3:所述瓦斯超限监控系统对所述瓦斯监控数据进行实时监测，当瓦斯监控数据中的超限浓度、超限时间、超限频率中任一指标大于对应的报警阈值时，则触发报警机制，生成报警信息。5.根据权利要求4所述的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统的使用方法，其特征在于，还包括如下步骤: -所述瓦斯超限预警系统进行报警信息显示，授权所述瓦斯超限执行与反馈系统，进而所述瓦斯超限执行与反馈系统触发瓦斯超限执行反馈控制机制，并将报警信息发送至煤矿瓦斯超限监控系统。6.根据权利要求5所述的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统的使用方法，其特征在于，还包括如下步骤: -通过所述瓦斯超限预警系统进行瓦斯监控数据的查询、瓦斯监控数据的实时和历史曲线统计、进行用户权限分级管理。7.根据权利要求5所述的适用于煤矿的直通式瓦斯超限监控管理系统的使用方法，其特征在于，网络传输系统通过VPN传输或GPRS传输将所述瓦斯监控数据传送至所述的瓦斯大数据存储系统。
【文档编号】E21F17/18GK105863733SQ201610288255
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】姜建国, 叶舒, 周中正, 刘贺, 罗*, 乔树通
【申请人】上海交通大学