基于工业以太环网和GIS的煤矿安全集成监控系统研究

摘要

本文的研究重点是提出和研究煤矿安全集成监控系统的应用，进行系统设计、实施和应用研究，目的是将煤矿目前现有的各自独立的安全监测监控系统，利用基于交换式环形工业以太网(又称工业以太环网，下同)技术进行系统的信息集中传输和网络集成，并基于GIS技术进行系统的功能集成和综合应用，为煤矿的信息化管理提供资源共享和企业级的系统集成应用。 分析了目前煤矿的信息化建设中普遍存在的问题，指出随着计算机技术、网络技术、通信技术、微电子技术的进一步发展，为了满足现代煤矿安全生产和信息管理的要求，多个单一的监控功能的煤矿监控系统必然被性能可靠、功能强大的全矿井综合集成监控系统所代替，并朝着网络化、标准化、智能化的方向发展。 每矿井下传统传输系统诸多固有缺陷，严重阻碍着煤矿信息化建设发展的进程。本文针对这个问题提出了基于工业以太环网的煤矿安全集成监控系统的应用，并给出基于千兆工业以太环网和基于GIS技术的煤矿综合信息化应用集成平台总体结构的思路。在原有的三层网络结构的基础上进行改进，利用交换式的工业以太网络结合工业现场总线，代替采用铜缆或者模拟光纤的传统传输系统，集中传输煤矿井下各种安全监测监控子系统的信息，使煤矿井下的安全信息、设备的工况信息和控制信息能够在一个统一的平台上传输、监控和管理。 通过对系统的可行性分析，并结合典型应用、实验论证及全面的性能测试，说明了在千兆工业以太环网传输系统上传输安全监控信息的实时性和可靠性，并且其它一些传输特性，以及建设成本和运营成本等各项指标均优于传统以铜缆或者光纤组网的模拟传输系统。 本文研究了建立煤矿安全集成监控的综合应用平台的问题。提出采用C/S(客户端/服务器)和B/S(浏览器/服务器)相结合的体系结构。设计了基于GIS的煤矿安全集成监控系统，研究了系统的结构、组成、各子系统的功能，最后以煤矿井下数字视频监控系统、人员定位搜救系统等子系统在煤矿安全监控中的实际应用为例，论述了系统应用的良好效果。 研究结果表明，煤矿集成监控系统的信息共享、功能互补和综合应用，有效解决了信息孤岛问题，可以监督和确保煤矿生产安全，并可实现与煤矿井上的综合办公自动化网络(办公局域以太网)的无缝连接。所以，本系统也是一个集煤矿办公自动化、生产经营管理、安全生产监测监控为一体的高度集成、高度共享的信息系统平台。

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论文说明：图表目录

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第1章 绪论

1.1选题背景及意义

1.1.1国内外安全监控的现状

1.1.2煤矿安全监控系统的发展趋势

1.1.3研究安全集成监控系统的意义

1.2工业以太网技术在煤矿的应用

1.2.1矿井工业以太网技术应用现状

1.2.2矿井工业以太网的发展趋势

1.2.3工业以太网技术在煤炭行业的发展前景

1.3 GIS技术在煤矿的应用

1.3.1煤矿GIS概况

1.3.2 GIS在煤矿的应用

1.4本文的主要工作

1.4.1煤矿安全集成监控系统的应用及其结构研究

1.4.2煤矿安全信息集中传输与共享的研究

1.4.3煤矿安全集成监控系统的应用研究

1.5本文的结构安排

第2章煤矿安全集成监控系统的总体结构研究

2.1系统需求分析

2.1.1传统安全监控系统集成存在的问题

2.1.2信息系统现状与需求

2.2系统在煤矿信息化建设中的地位与作用

2.2.1煤矿综合信息集成平台的总体架构

2.2.2系统在煤矿信息化建设中的地位

2.3煤矿安全集成监控系统及其结构模型

2.3.1煤矿安全集成监控系统

2.3.2系统结构模型的设计指导思想

2.3.3系统网络构架模型

2.3.4数据接口模型的设计

2.3.5数据采集的方式的研究

2.4小结

第3章工业以太环网在煤矿安全集成监控系统的应用

3.1工业以太网应用的概述

3.2煤矿井下信息源状况分析

3.3安全信息集中传输与共享的可行性分析

3.3.1引入工业以太网的必要性

3.3.2工业以太网应用的实时性

3.3.3工业以太网的通信方式

3.3.4工业以太环网的优越性分析

3.4工业以太环网模型研究

3.4.1理想模型

3.4.2基于以太环网的煤矿工业控制网络实用模型

3.4.3系统的性能分析

3.5工业以太环网的设计与实现

3.5.1工业以太环网的应用设计

3.5.2工业以太环网的应用实现

3.6系统的网络性能测试

3.6.1吞吐量测试

3.6.2数据传输延时测试

3.6.3丢包率测试

3.6.4服务质量测试

3.6.5交换机端口间通信性能

3.7小结

第4章基于GIS的煤矿安全集成监控系统的研究

4.1基于GIS的煤矿安全集成监控系统的概述

4.2数据源分析

4.3系统总体结构设计

4.4系统功能设计

4.4.1数据维护管理功能(C/S结构)

4.4.2安全集成监控功能(B/S结构)

4.5系统实现的关键技术的研究

4.5.1 C/S技术的地图数据库的分布管理

4.5.2使用ADO.NET连接Geodatabase的研究

4.6小结

第5章煤矿安全监控子系统的应用研究

5.1系统组成与功能概述

5.1.1系统的组成

5.1.2各子系统功能的概述

5.2数字视频监控系统的设计与实现

5.2.1背景与需求分析

5.2.2系统结构设计

5.2.3系统功能设计

5.2.4系统界面设计

5.2.5系统实现与应用效果

5.3人员定位与搜救系统

5.3.1背景与需求分析

5.3.2系统结构设计

5.2.3系统功能设计

5.3.4系统数据库设计

5.3.5系统界面设计

5.3.6系统的实现与应用效果

结论

参考文献

致谢

附录