基于事件驱动的煤矿井下安全事件检测与预警

高鹏飞

摘要：煤炭是我国的主要能源，占我国能源总量的以上。煤炭行业在我国处于十分重要的地位，但其安全形势则不容乐观。利用复杂事件的处理技术建立了基于事件驱动的煤矿井下安全事件检测与预警触发模式。其测试结果表明，相对于基于关系型数据库的安全监控模式，基于事件驱动的煤矿井下安全事件检测与预警模式在异常事件的检测效率与检测数方面均具有明显的优势。因此提出基于事件驱动的煤矿井下安全事件检测、监控及管理系统势在必行。

关键词：煤矿井下安全；复杂事件处理；异常事件检测；预警触发

引言

中国作为占世界35%产煤量的产煤大国，煤炭的能源消耗占据了十分重要的地位。然而，由于煤炭开采环境的恶劣性和开采井下地质条件的复杂性等众多原因，中国的矿难发生频繁。据不完全统计，2015年中国发生近40起特大煤矿安全事故，导致七百余人失踪和死亡。针对目前严峻的煤矿安全生产现状，进一步加强煤矿安全生产技术的开发与研究应用具有十分重要的作用。在现有的煤矿井下安全监控系统中，所收集的煤矿生产过程数据包括井下人员、环境、通风、地质等方面的感知数据和状态信息。上述数据信息可体现煤矿生产过程中各环节的实时状态，体现了煤矿安全事件的发展趋势，蕴含了影响煤矿安全生产要素之间的潜在机理规则。因此，立足于工业化和信息化“两化融合”的客观需求与现实趋势，利用上述多领域跨空间的异构感知数据的深度融合与关联建模，使安全监控系统在井下安全事件检测与预警处理方面的高效性与准确性得到有效的提升，对于安全监控系统在井下安全管理方面的作用充分发挥具有极其重要的应用价值与现实意义。本文主要研究了基于事件驱动的煤矿井下安全检测、监控及管理系统中所采用的技术。测试结果表明，该模式相较与基于关系型数据库的安全监控模式，在异常事件的检测效率与检测数方面均具有明显优势。

1 煤矿安全监控系统概述

随着信息技术的不断发展，为解决煤炭生产过程中的安全隐患问题，建立信息化的智能煤矿安全生产监控系统已迫在眉睫。我国从20世纪90年代开始通过自主研发煤矿的安全监控系统，以有线电缆的方式在井下安放固定位置的监控传感设备，再将数据传达至地面的监控系统。而随着无线传感网技术与RFID技术的逐渐成熟，相关的基于RFID的煤矿安全监控系统已经开始生产使用并且发挥了很大的作用。在煤矿的安全监控系统的数据使用方面，现有的模式只是利用历史的数据为基础，运用传统的数据库进行存储分析，通过汇聚统计分析和集成统计分析，进而得到煤矿生产过程中各种机电设备的运行能耗、健康状况和环境变化等信息，最终实现对煤矿生产的辅助安全支撑作用。从以上分析可以看出，已有煤矿数据分析方法与安全信息集成尽管对煤矿的安全生产起到了促进作用，但是仍然不能在煤矿井下开采的恶劣、复杂生产环境中发挥其作用；仍然不能实時、智慧、高效地检测与感应生产流程中的人员、机电设备、环境等方面的异常安全事件；仍然不能以自学习、自适应的方式汇聚生产过程中的模式规律，从而为事中安全预警和事后抢险救援提供有效合理而科学的判据。

2 煤矿井下安全事件检测与预警

2.1 煤矿井下事件语义及事件定义

安全监控系统体现在煤炭开采的各个重要环节，通过视频监控、传感器等设备记录井下机电设备状态、作业空间及井下风速、温度、湿度、瓦斯、压力、氧气、一氧化碳等环境状态，同时利用RFID可对井下人员实现定位追踪。

环境监测与RFID数据相比，其中的状态监测采用了多种传感器类型，且数据的格式不同，因而在复杂事件的生成层所得到的事件模式也就更为复杂。利用基础数据的采集体系所收集到的原始数据，基于规则关系以生成和煤矿安全相似的复杂事件。

定义1，复杂安全事件：为由若干个基本安全事件或复杂安全事件通过事件合成关系或是操作符号所产生的合成事件，以表达应用层不同语义对象之间的相互关系。

定义2，基本安全事件：为具有简单语义知识的目标域状态信息和多传感源之间的具有某种时空与流程关联的关系事件，如环境温度变化事件、实时瓦斯信息等。

2.2 基于事件驱动的井下安全事件检测与预警触发

基于RFID人员定位与地质类、环境类、机电类等多类传感器网络实时获取的跨空间结构井下安全感知数据，按照规范化数据事件与格式表示进行数据的解析过程，主要包括对所获取的不同传感器节点的数据进行单位换算、数据清洗和格式统一等处理；通过复杂事件使解析后的数据产生模块，以复杂事件表示元语为基础，分别实现产生基本的安全事件、合成操作复杂的安全事件和数据向事件的语义转换过程，以实现实时数据完成不同层次、不同粒度上的事件合成操作。其中，语义转换功能主要实现原始数值型数据向语义型数据的转换与映射，同时保证在转换与映射过程中保持最小的信息损耗；基本安全事件的产生功能为建立在语义转换基础之上的元安全事件拟合过程。

另一方面，历史语义知识库的离线更新过程基于多源感知流数据实现，通过历史数据的关联规则，自学习方式实现复杂事件规则知识的增量式更新和自动化更新。此外，模型设置了管理用户的自定义接口关联规则，以实现用户针对特定条件、特定环境、特定约束的自定义规则。基于复杂事件产生模块所输出的关联规则与安全事件，在滑动时间窗进行匹配树实时匹配过程，以概率化数值表示对当前状态的风险评估，基于风险评估量化关系进行危险提示及预警触发，最终为煤矿生产安全管理部门的决策提供支撑。

3 结束语

面向煤矿恶劣、复杂的生产环境对于安全预警系统综合性、实时性的现实需求，构建了基于事件驱动的煤矿井下安全事件检测与预警触发模式。以井下人员定位RFID数据与环境监测数据为基础应用数据，利用复杂事件处理技术的事件语义定义合成多层复合安全事件，通过匹配树结构在线匹配RFID数据与传感器网络环境监测获取数据，以实现在线实时安全预警事件的检测与预警触发。

参考文献

[1]王亮.基于事件驱动的煤矿井下安全事件检测与预警[J].工矿自动化，2016，（08）：33-37.

[2]施赛杰.基于WSN的煤矿井下安全监测系统研究与设计[D].宁夏大学，2015.