基于INTEMOR技术的煤矿智能监测系统设计

关键词 INTEMOR；智能监控系统；系统集成；知识库

0 引言

某煤矿属低瓦斯矿井，但局部有时会出现瓦斯涌出异常现象，煤尘具有爆炸性，而且矿井一直受到煤层自燃的严重威胁，通风安全问题十分重要。

1 目前存在的主要问题

该煤矿采用的安全监测系统主要有KJ95系统和束管监测系统。KJ95系统是由天地科技股份公司常州自动化分公司开发的，主要用于对瓦斯、风速、负压、温度、一氧化碳等环境参数实时采集、处理、存储、显示，并具有超限报警的功能。束管监测系统主要功能是监测井下的气体成分和含量，是该煤矿用于早期预报煤炭自燃火灾的一种主要方法。该煤矿的束管系统现有3台气体分析仪，束管系统抽取出来的气体经气体分析仪分析后，其中一台可将分析结果以文本文件的方式保存下来，另外2台气体分析仪得到的分析结果由操作员手工记录，但现在的处理方式均为由操作员手工填写表格并送到相关部门并存档。这两种监测系统的建成，对提高煤矿安全水平起到了重要的作用，但是没有从根本上扭转煤矿安全的被动局面。因为，在现存的这两类实时监测系统中，时刻都有大量的数据和信息需检查和处理，当紧急事件发生或是需要对历史数据和信息进行分析时，海量的数据往往使操作人员难以适从；此外，如果某些设备的零件出了毛病，也很难迅速进行检查、判断、并排除故障。

综上所述，该煤矿现在存在如下主要问题：

（1）多系统并存但互不兼容，缺乏有效的集成；

（2）对井下实际情况的判断依然依赖于个人经验，缺乏科学的判断依据；

（3）依然是通过对单一参数的判断实现超限报警，有时并不是真实情况的反映；

（4）紧急事件发生时，缺乏有效的专家指导。

2 系统设计目标

针对该煤矿存在的问题，我们确定所开发系统的目标如下：

（1）建立该煤矿的火灾预警专家知识库；

（2）将该煤矿现有的KJ95系统和束管系统集成，采集瓦斯、CO、风速、负压等相关数据；

（3）建立超媒体实时显示系统，显示并结合专家经验对采集到的数据进行综合判断，真正实现火灾预警，并给出专家处理建议。

通过考察国内外市场上的智能监控与报警系统后，本课题决定采用具有智能监测监控功能的软件平台INTEMOR，它几乎是国际最新研究开发潮流的代表。选用INTEMOR作为平台后，当开展对该煤矿的智能通风系统进行二次开发时，它只要从已有的DCS通讯网络获得数据，便可进行高一层次的综合和处理，而不改变使用人员已经熟悉的操作程序和规则。即只是从高层次进行监督和预报，因而可达到更好的控制与管理的综合效果。

3 通风安全监测系统组成

系统结构主要由两大部分组成：（1）将分散在该煤矿的各种监测系统（如KJ95、束管监测系统等）中的与通风安全有关的有效数据进行综合分析、抽取的数据挖掘系统；（2）INTEMOR智能监测系统。这两个子系统紧密结合构成了该煤矿智能通风安全监测INTEMOR系统的总体，如图所示：

图1 现有系统与INTEMOR系统集成方案

4 数据挖掘系统设计

INTEMOR系统是一种具有开放体系的智能专家系统开发工具，既可根据用户特殊的需求，独立开发解决具体问题的软件，然后嵌入到INTEMOR系统中，成为INTEMOR系统的一部分。也可以将其它系统通过级联的方法集成进INTEMOR系统。

4.1 INTEMOR智能监测系统与KJ95系统和束管系统的集成

在设计数据挖掘系统时，为了兼顾两套系统的数据，又不影响这两套系统的正常运行，经与KJ95系统的开发商协商，采用如下方法：开发商将KJ95数据库转换为文本文件，实时更新，我们从该文本文件中按一定规则提取有关瓦斯、一氧化碳等相关气体的数据；因进行束管系统气体检测的部门所用微机能上网，因此我们为其设计一登录录入网页，按气体分析人员习惯的表格方式提供录入页面，分析结果录入提交后传至INTEMOR服务器上，并将结果添加到共享数据库。这样，共享的数据库中便集成了两个系统中需要监测的气体数据。

INTEMOR驱动器和数据处理器的主要功能是完成实时数据的收集以及数据的预处理，并将数据传送到INTEMOR服务器供INTEMOR数据库使用。INTEMOR数据库可以采用任何形式的商品化的多用户数据库。如Oracle、SQL Server等。

INTEMOR服务器是连接INTEMOR各个子系统（模块）之间的纽带。INTEMOR智能监测系统通过INTEMOR服务器利用计算机通讯网构成一个整体。

在“该煤矿通风安全系统”开发中，因为原来的KJ95系统仍然要正常运行，因此我们必须将共享数据库中的数据读到另一台机器上（也就是INTEMOR系统的数据库服务器）。我们采用的方法是：利用ADO技术，通过配置路径将KJ95文本文件和INTEMOR数据库服务器连接起来，按设定的采集间隔将数据读到INTEMOR 数据库服务器中，并保存到SQL SERVER2000数据库中。从而实现将INTEMOR 数据库服务器与数据挖掘系统的共享库、以及通过共享库与该煤矿原有的DCS系统进行了无缝连接，形成了一个完整的智能监测系统。

4.2 INTEMOR智能监测系统的开发

4.2.1 知识库系统的开发

知识获取和INTEMOR系统专家知识库的建立是INTEMOR系统成功应用的关键。知识库是专家系统的核心，它的开发是和具体的应用领域紧密相关的。多年来，专家系统不能成功应用到生产实践中，其重要的原因就是知识库开发人员对具体的工艺过程不熟悉。因此，我们在开发监测系统前非常注意专家知识的获取。重点收集反映生产状态异常的专家知识、预报和处理事故的专家知识。

收集到专家知识后，填写专家知识获取表格，确定事故发生的条件、事故症状以及事故导致的后果，进一步确定事故的起因和处理事故应采取的方法及手段。

我们采用INTEMOR系统内嵌的专家系统开发工具(KB Builder)，进行INTEMOR知识库的创建。在知识库的创建过程中，我们对各个工区分别独立进行了专家库的开发，然后将这些独立的知识库根据管理体系进行整合，这样做的目的是考虑到INTEMOR智能检测系统投入正常运行后，它将该单位不同的检测系统集成在一起，形成一个统一的检测预报体系，专家库的相对独立有利于提高INTEMOR驱动器(Driver)和数据处理器（DDP）的处理速度，同时方便以后的扩展。另外，在编写知识库源程序文件时，我们力求标准化，在编写知识规则时，充分组织好私有知识，尽量减少规则的数量，对于规则的用途及变量的含义，尽可能做到见名知意。

4.2.2 INTEMOR超媒体演播和显示系统(View)的开发

在INTEMOR系统运行环境下，实时数据、信息和知识通过数据库、知识库和超媒体在线操作手册连接在一起。INTEMOR超媒体显示系统是一个展示和解释这些数据、信息和知识的强有力的工具。它能够显示在线实时数据并用这些数据作图，而且可以读取和显示HTML（超文本格式语言）和XML文件。INTEMOR超媒体显示系统View还可用于超媒体在线操作手册。在设计过程中，我们采用级联技术组织信息的显示。该模块的设计思想是，在矿级总图上级联生产工区分图，在生产工区分图上级联工艺图。矿级总图侧重全矿概况及宏观生产信息的发布，工区分图侧重工区生产流程及其信息的发布，工艺图的设计力求详细，对本工序各种关键工艺参数都能进行专家级的监控。

5 操作系统及软硬件的选择

5.1 操作系统

INTEMOR运行在微软公司的Windows平台上，它采用客户服务器结构。INTEMOR Server及INTEMOR WebView Server安装在Windows的服务器平台上，其他客户端软件INTEMOR View, INTEMOR Driver(DDP), INTEMOR WebView可安装在任何Windows平台上。

5.2 硬件

INTEMOR系统数据服务器程序Server要处理大量的实时数据，建议系统的运行环境为：

（1）CPU为Pentium III 800Mhz或以上；

（2）256M内存；

（3）20G以上硬盘。

5.3 软件

因为我们在设计共享数据库时采用了SQL Server 2000数据库，因此还应在运行的机器上安装Microsoft SQL Server 2000。

5.4 网络

INTEMOR系统是基于因特网（或企业内部的局域网）的实时监控和事故预报系统，它提供两种实时监控工具，INTEMOR View和INTEMOR WebView，其中INTEMOR View基于高速的企业内部局域网络环境，支持企业内部的实时数据监视；而INTEMOR WebView则基于因特网，支持远程数据监视。

该系统有效的兼容了用户已有系统，实现INTEMOR与束管监测系统、安全监测系统的结合及数据共享（包括温度、一氧化碳、瓦斯、风速等多种参数的检测），提高预测效率及水平；建立了瓦斯、自燃火灾事故预防的专家知识库和专家系统，实现对瓦斯、自燃火灾的早期预报及事故的指导处理，对矿井通风系统的安全监测与隐患分析都起到了非常积极的作用。

参考文献

1 饶明等. 因特摩实时在线智能监控和管理系统.中国-加拿大智能控制工程联合研究中心,2003.

2 郭晶等. 在管理信息系统集成实时监控系统信息的一种方案,计算机系统应用,2001（7）.

3 饶明. 因特摩实时智能监控及事故预报防范系统——人工智能与计算机技术在安全生产中的有效应用.环境与安全学报,2002（2）.

4 Jeffrey P.McManus 著. Visual Basic 6 数据库访问技术.机械工业出版社,1999.

5 Sharon Bjeletich 著.SQL Server 7.0开发指南.清华大学出版社,2000.