摘 要：煤礦安全監測系統的數據共享和煤礦專業技術人員的缺乏一直是影響數據綜合分析、安全決策的難題。中煤科工集團西安研究院有限公司利用先進信息技術，根據主要監測系統數據結構的特點和數據傳輸方式的特性，設計了Socket+FTP的數據傳輸方式，開發了煤礦監測數據遠程傳輸系統，將主要監測數據實時傳輸到礦業集團或者第三方機構的數據中心，實現了數據共享，同時這樣便可以充分利用礦業集團或者第三方機構的專業技術人員對監測數據進行綜合分析和遠程決策，緩解煤礦專業技術人員不足的問題。

　　關鍵詞：監測系統;數據傳輸;數據共享

　　0 引 言

　　我國各大、中、小型煤礦都陸續安裝了各類煤礦安全監控系統，安全監控系統已成為防止煤礦安全生產事故的重要技術手段[1]。煤礦安全監控系統一般都是不同廠家獨立建設，現有規范標準不完備，兼容率低，系統設備在后期的維護和更新方面存在很多的不便，為進一步推進煤礦信息化帶來困難[2]，系統之間信息的共享與互通互聯還存在一定的缺陷，產生大量的“信息孤島”，這種現狀阻礙了煤礦業信息化的進一步發展[3]，使得專家在決策時因為掌握信息不全面，很難準確做出判斷和決策[4]。

　　2015年丁恩杰[5]等從嵌入式智能信息傳感技術、基于大數據的礦山安全生產云服務平臺、安全性方面探討了煤礦物聯網可能的發展方向。2017年袁亮[6]院士基于物聯網、大數據等現代技術，提出了煤炭精準開采的科學構想，是在時間和空間上可以實現智能和少人(無人)安全準確挖掘的新模式和新方法，具有風險識別、監測和預警等功能。王國法[7]院士提出的智慧煤礦2025情景目標和發展路徑中也提及用各類傳感器和設備采集數據，應用各類通信技術傳輸數據，實現風險識別、監控預警、科學生產調度等。這些都必然需要大數據處理的支撐[8]。

　　由于煤礦生產系統、地質情況的復雜性，要實現各類地質災害的監測預警，往往需要多種物探監測手段，還要結合地質、鉆探的信息進行綜合分析，但是現有的技術手段等還無法實現全部自動分析，因此需要專業技術人員甚至專家進行綜合分析和判斷，但是煤礦往往缺乏這類型的人才。因此，本單位建立一個煤礦監測數據傳輸系統，能夠將各類監測數據傳輸到煤礦的上級部門或者礦業集團，由該單位組織人員進行數據的處理和分析，不僅僅可以緩解煤礦企業缺乏專業技術人員的問題，而且能夠更好地發揮礦業集團技術人員或者專家的技術優勢，對各類險情做出準確的判斷，提高煤礦的生產效率，改善煤礦的安全生產狀況。

　　1 國內煤礦安全監測系統現狀

　　1.1 監測監控系統水平相對較低

　　現階段，我國煤礦在監測監控系統的建設上以系統集成為主，信息利用程度上還處于比較低下的水平，系統之間缺乏互通互聯，信息共享還存在一定的缺陷，致使信息碎片化，很難進行綜合性的利用和分析，這種狀況不僅僅使得很多信息化技術并沒有真正地在煤礦領域發生作用，而且還阻礙了煤礦行業信息化程度的進一步提升[9，10]。

　　1.2 監測監控系統建設過程中缺乏統一標準

　　在多種多樣監測監控需求引導下，很多廠家進行了產品廠商的推廣，很多煤礦也初步建立了信息化網絡，但是生產廠商在生產監測監控產品時，由于缺乏統一的標準指導，目前市場上出現了多種類型的監測監控產品，由于標準不一，這些設備在后期的維護和更新方面存在很多的不便，為進一步推進煤礦信息化帶來困難[11，12]。

　　1.3 監測數據分析專業人員缺乏

　　對微震、礦壓等監測數據的分析需要結合巖層的運動結構、采動應力場的分布、突水試驗監測數據等多種信息才能綜合分析做出判斷，專業性、綜合性較強，需要多專業技術專家綜合決策，然而在煤礦的實際應用當中缺乏相應的專業技術人員[13，14]。

　　2 煤礦監測數據遠程傳輸系統設計

　　煤礦監測系統種類繁多，數據類型多樣，但是大多數監測數據結構簡單，只有少部分數據結構復雜，本文分別選取微震、視電阻率以及光柵光纖數據進行研究，并設計了數據傳輸系統。

　　2.1 系統網絡拓撲

　　圖1為系統的網絡拓撲圖，其中煤礦監控中心處于一個局域網中，數據中心處于一個局域網中，為了盡量減少對安全監測系統的改造，數據中心的數據傳輸服務器需要一個公網IP，以便任何一個礦上的監控系統只要能夠連接到公網即可實現數據傳輸。

　　2.2 系統體系結構

　　系統軟件和監測系統的接口應該在監測系統的數據存儲與管理層中，在平臺中將監測系統稱為交互對象，整個平臺軟件共分為四層，系統軟件體系結構如圖2所示。

　　3 監測數據傳輸設計

　　3.1 監測數據傳輸方式

　　應用系統之間通過網絡傳輸數據的方式主要有以下三種。

　　3.1.1 Socket通信方式

　　Socket(套接字)是一個抽象層，是最簡單的交互方式，是典型C/S(客戶機/服務器)交互模式。服務器提供服務，通過IP地址端口進行服務訪問，應用程序可以利用它進行數據的發送或接收，可對其進行像對文件一樣的打開、讀寫和關閉等操作。其中傳輸協議可以選擇TCP或UDP協議，服務器與客戶端約定了請求報文格式和響應報文格式。

　　3.1.2 FTP文件共享服務器方式

　　FTP(File Transfer Protocol，文件傳輸協議)是用于在網絡上進行文件傳輸的一套標準協議，使用TCP傳輸，FTP允許用戶通過與另一主機相互通信，從而實現對文件的增加、刪除、修改、查看、傳送等操作。對于大數據量的交互，采用這種文件的交互方式最適合不過。

　　3.1.3 共享數據庫方式

　　共享數據庫集成方式通常把多個應用需要共享的數據存儲在一個共享數據庫中，制定統一的數據結構從而滿足不同應用的集成需求。但是在共享數據庫方式中，多個應用程序可能頻繁地讀取和修改共享數據庫中相同的數據，這會造成對數據的訪問壓力加大，成為一個性能瓶頸。

　　3.2 監測數據傳輸選取

　　監測數據的傳輸主要分為三個階段：從煤礦井下到煤礦監控中心，從煤礦監控中心到數據傳輸平臺、從數據傳輸平臺到用戶終端。這三個階段，第一階段由煤礦監測系統完成，本系統主要負責第二、三階段的數據傳輸。

　　本系統需要傳輸的數據主要分為三類：監測系統基礎數據、監測數據初步處理結果、監測原始數據，表1對這三類數據在第二階段從數據量、實時性、系統結構和傳輸方式方面進行比較。

　　在第二階段從煤礦監控中心到數據平臺的過程中，監測系統基礎數據和監測數據初步處理結果數據量不大，但是對實時性要求較高;監測系統軟件大都采用C/S結構，而且各類監測系統的數據結構不統一，存儲方式復雜，為了傳輸的可靠性，在傳輸此類數據時決定采用Socket方式，利用TCP/IP協議。監測原始數據的數據量很大，但是對實時性要求不高，可以采用FTP方式傳輸數據。

　　如表2所示，在第三階段從數據平臺到用戶終端的過程中，監測系統基礎數據和監測數據初步處理結果數據量都保存在數據庫中，而且數據結構一致性較好，同時為了使用戶訪問簡單，決定采用HTTP協議，用戶通過瀏覽器就可以方便地訪問平臺的數據，但是在下載監測原始數據時由于數據量較大，采用FTP協議可以提高傳輸效率。

　　4 系統軟件的實現

　　系統軟件比較復雜，涉及C/S結構、B/S結構，還有數據庫管理系統，C/S結構軟件采用Visual C++開發平臺，B/S結構軟件采用Eclipse開發平臺，數據庫采用SQL Server數據庫管理系統。

　　4.1 數據傳輸模塊實現

　　微震數據傳輸模塊作為TCP客戶端，根據IP地址和端口號連接數據傳輸服務器，服務器連接成功后即可將微震監測系統中需要發送的監測數據和修改后還沒有發送的系統基礎數據一一發送給服務器，為了減少數據庫的訪問量，減小數據庫壓力，無論新的監測數據生成還是系統基礎數據的修改，都要發送消息給微震數據傳輸模塊，數據傳輸模塊從數據庫中讀取數據然后發送，微震數據傳輸模塊主界面如圖3所示。

　　視電阻率、光柵光纖和水文監測數據傳輸模塊的開發與微震數據傳輸模塊類似，只是數據傳輸格式需要根據給系統的特點進行定制。

　　推薦閱讀：煤礦開采是北大核心期刊嗎