基于物联网的非煤地下矿山安全监测预警决策平台研究

摘要

“基于物联网的非煤地下矿山安全监测预警决策平台”课题为中钢矿业开发有限公司联合中钢集团山东矿业有限公司和中钢集团武汉安全环保研究院有限公司共同研发，通过对安全管理与预警系统、应急救援辅助决策系统、动态信息在线监测系统和基于智能移动终端的安全检查系统的研究，搭建了基于物联网的非煤地下矿山安全监测预警决策平台。主要做了以下研究：
　　（1）在安全管理与预警系统研究中，从人员素质和行为、设备设施、作业环境、自然地质条件、安全管理五大类因素出发，构建了由5个一级指标、39个二级指标组成的安全预警指标体系；经过对预警方式研究，把警报分为黄、橙、红三级预警；在预警模型方面，综合分析比较基于AHP和基于信息熵模糊权重的计算方法，最后用基于三角模糊数的加权模糊熵权计算出指标体系各指标模糊权重，根据风险理论，建立综合安全指数模型；该指数模型和安全运行天数、指标权重、报警频率、报警级别有关，各系数的确定可以根据矿山实际和历史数据统计分析来确定；同时可借助计算机软件，形成直观、便捷的综合动态安全指数图，实时动态的反应矿山安全状态。
　　（2）在应急救援辅助决策系统研究中，按照“图”的数据结构对巷道进行三维建模，采用多层动态纹理混合的方法实现了以巷道延伸方向的运动箭头表示风速和风向，运用3DSMax等工具创建建（构）造物的等比例三维模型；采用回路法中的斯考德—恒斯雷法进行风网解算，在图论理论的基础上，采用深度优先搜索策略对有毒有害气体的扩散进行推演；同时依据改进的最短路径路由算法（Dijkstra算法），结合矿山“安全避险六大系统”实时动态生成逃生路线供决策者参考。
　　（3）针对非煤矿山井下环境和条件对现有电子产品的限制，提出了基于井下无线通讯技术和多媒体无线传感器网络技术，由数据采集、数据传输、安全信息管理以及安全预警信息、救援决策信息等子系统组成的非煤矿山井下动态信息在线监测系统建设方案；运用点到点路径匹配算法和轨迹插值的轨迹回放算法，解决动态监测过程中的轨迹回放问题。
　　（4）在具有Android系统的手机或平板电脑等便携式设备上，选用SQLite嵌入式数据库，采用智能感应无线路由器地址的方法进行定位，同时采用Http Socket和JSON实现移动终端与服务器端数据库的交互和同步，建立基于智能移动终端的安全检查系统，实现了以物联网为基础的安全检查的信息化、网络化、属地化、即时化。
　　（5）在现有安全生产标准化系统、安全预警系统的基础上建立安全管理与预警系统；以安全管理和预警系统、动态信息在线监测系统提供的数据为基础，建立三维动态模拟矿井事故救援辅助决策系统。几大系统通过共享数据库的设计和需求分析，搭建了以物联网技术为基础，应用各种传感技术，通过网络通讯手段将矿山人员、设备、现场等与互联网相连接，实现远程监视、自动报警、控制，进而实现“管理、控制、营运”一体化的平台。
　　研究开发的集安全管理、在线监测、远程控制、危险预警、应急救援辅助决策、虚拟仿真等功能于一体的兼容性强、可扩展的非煤地下矿山信息平台已在中钢集团山东矿业有限公司和中钢集团山东富全矿业有限公司上线使用近一年的时间，成功的进行了多次预警和应急救援演练。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容及技术路线

第2章 在线动态安全预警研究

2.1 在线动态安全预警基本内容

2.2 在线动态安全预警指标体系研究

2.3预警指标权重计算研究

2.4 在线动态综合安全指数研究

2.5 本章小结

第3章 应急救援辅助决策研究

3.1 系统简介

3.2 动态三维建模技术研究

3.3 风网解算技术研究

3.4 有害物扩散动态推演

3.5 实时动态最佳逃生路线研究

3.6 本章小结

第4章 动态信息在线监测研究

4.1 系统构成

4.2 数据采集子系统

4.3 数据传输子系统

4.4 安全信息管理子系统

4.5 安全预警信息子系统

4.6 救援决策信息子系统

4.7 人员、运输设备轨迹回放技术研究

4.8 本章小结

第5章 基于智能移动终端的安全检查研究

5.1 系统概述

5.2 安全检查表制定

5.3 检查系统设计

5.4 系统功能实现

5.5 系统操作流程

5.6 本章小结

第6章 安全监测预警决策平台开发应用

6.1 开发原则

6.2 平台整体方案

6.3 安全管理及危险预警系统

6.4 基于智能移动终端的安全检查系统

6.5 矿山安全地理信息系统

6.6 动态信息在线监测系统

6.7 应急救援辅助决策系统

6.8 系统兼容性和共享性研究

6.9 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 主要研究结论

7.2 主要创新点

7.3 展望

致谢

参考文献

攻读博士期间发表论文、获得科研成果及科研情况