CN112165511A - 煤矿监控系统、方法及计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤矿监控系统、方法及计算机存储介质，煤矿监控系统包括：智能感知设备，智能感知设备设于井下且能够实时采集煤矿安全监测数据；边缘计算网关设备，边缘计算网关设备与智能感知设备相连且能够获取煤矿安全监测数据并进行本地分析、处理生成决策信息以及根据决策信息下发报警指令以及对关联设备下发控制指令；多个煤矿安全监测监控，煤矿安全监测监控矿井下的环境信息；基团层安全监控，基团层安全监测获取每个煤矿安全监测监控信息。根据本发明实施例的系统，减轻了地面数据处理中心的压力，将数据传输到地面中心站处理数据改变为在井下进行数据处理提高了数据分析的时效性，增强了服务响应能力。

Description

煤矿监控系统、方法及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术领域，更具体地，涉及一种煤矿监控系统、方法及计算机存储介质。

背景技术

针对煤矿井下采掘作业时，通过煤矿监测监控体系对作业的安全进行监管控制，煤矿监测监控体系收集大量的监测数据，目前这些监测数据需要上传至地面进行分析处理，这对网络带宽和地面数据中心造成了巨大的压力，地面工作中心站经常出现卡顿和延迟的现象，此外，整个过程煤矿监测监控体系内部的每个模块没有做到互相融合和联动控制，增大了响应时间。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种煤矿监控系统、基于煤矿监控系统的边缘网关的数据处理方法以及计算机存储介质，在数据源端就完成了数据的采集、处理分析，避免大量数据上传，缓解了带宽和地面数据分析的压力，提高了数据分析的时效性，解决地面工作中心站的卡顿和延迟问题。

根据本发明第一方面实施例的煤矿监控系统，包括：智能感知设备，所述智能感知设备设于井下且能够实时采集煤矿安全监测数据；边缘计算网关设备，所述边缘计算网关设备与所述智能感知设备相连且能够获取所述煤矿安全监测数据并进行本地分析、处理生成决策信息以及根据所述决策信息下发报警指令以及对关联设备下发控制指令；多个煤矿安全监测监控，所述煤矿安全监测监控矿井下的环境信息；基团层安全监控，所述基团层安全监测获取每个所述煤矿安全监测监控信息。

由此，根据本发明实施例的煤矿监控系统，通过智能感知设备、边缘计算网关设备、多个煤矿安全监测监控和基团层安全监控的分工协作，在数据源端就完成了数据的采集、处理分析，避免大量数据上传，缓解了带宽和地面数据分析的压力，提高了数据分析的时效性。

根据本发明的一个实施例，所述边缘计算网关设备包括：硬件模块，所述硬件模块具有多个物理接口，通过多个物理接口实现与智能感知设备、多个煤矿安全监测监控以及基团层安全监控的交互；边缘计算模块，所述边缘计算模块通过所述物理接口与所述智能感知设备相连，并根据智能感知设备获取的监测数据做出决策信息；边缘接入模块，所述边缘接入模块能够建立所述边缘计算模块与所述关联设备和所述边缘计算模块与地面数据中心站之间的通讯通道。

根据本发明的一个实施例，所述硬件模块运行在硬件平台上，所述硬件平台包括：数据传输接口，所述数据传输接口能够分别与所述智能感知设备和所述边缘计算网关设备相连和所述边缘计算网关设备和边缘服务器相连。

根据本发明的一个实施例，所述的煤矿监控系统还包括:

工控协议解析模块，所述工控协议解析模块并行接入多种通信协议采集设备，在进行通信协议数据解析后存入所述边缘计算模块。

根据本发明第二方面实施例的基于煤矿监控系统的边缘网关的数据处理方法，包括以下步骤：

S1、对边缘计算网关设备的边缘计算节点的规则服务的参数进行配置，将配置好的所述规则服务下发至对应的所述边缘计算网关设备；S2、将智能感知设备、待接入设备和所述边缘计算网关设备与地面数据中心站建立通讯；S3、所述边缘计算网关设备对所述智能感知设备采集的煤矿安全监测数据进行数据量缩减处理并将缩减后的数据发送至所述地面数据中心站；S4、所述边缘计算网关设备获取所述煤矿安全监测数据并对所述煤矿安全监测数据进行本地分析、处理生成决策信息以及根据所述决策信息下发报警指令以及对关联设备下发控制指令。

根据本发明的一个实施例，所述待接入设备通过有线或者无线的方式接入通信。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S2中包括：S21、对所述边缘计算网关设备进行初始化；S22、建立/打开数据库；S23、将所述边缘计算网关设备与所述地面数据中心站建立通讯；S24、开启所述边缘计算网关设备与所述待接入设备和所述智能感知设备之间的连接；S25、进行所述边缘计算网关设备的监听端口进行监听；S26、所述边缘计算网关设备接收所述智能感知设备的数据。

根据本发明的一个实施例，在步骤S26中所述边缘计算网关设备对所述智能感知设备生成的实时原始数据报文进行存储。

根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，所述数据量缩减处理包括对所述煤矿安全监测数据进行筛选操作、存储操作、聚合操作和优化操作。

第三方面，本发明实施例提供一种计算机存储介质，包括一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机指令在执行时实现如上述实施例所述的方法。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的基于煤矿监控系统的边缘网关的数据处理方法的流程图。

图2为本发明实施例的电子设备的示意图。

附图标记：

电子设备300；

存储器310；操作系统311；应用程序312；

处理器320；网络接口330；输入设备340；硬盘350；显示设备360。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的煤矿监控系统。

根据本发明实施例的煤矿监控系统包括：智能感知设备、边缘计算网关设备、多个煤矿安全监测监控和基团层安全监控。

具体地，智能感知设备设于井下且能够实时采集煤矿安全监测数据，边缘计算网关设备与智能感知设备相连且能够获取煤矿安全监测数据并进行本地分析、处理生成决策信息以及根据决策信息下发报警指令以及对关联设备下发控制指令，煤矿安全监测监控矿井下的环境信息，基团层安全监测获取每个煤矿安全监测监控信息。

换言之，根据本发明实施例的煤矿监控系统主要由智能感知设备、边缘计算网关设备、多个煤矿安全监测监控和基团层安全监控构成。其中，智能感知设在矿井下，根据监测的对象不同可以分为多个不同类型的智能感知设备，例如，CO传感器、O₂传感器、温度传感器、红外热成像仪、测温光纤、人员定位等，能够实时采集煤矿安全监测数据；边缘计算网关设备，设于井下与智能感知设备相连接并获取智能感知设备采集到的多种监测数据，根据监测数据在边缘计算网关的内部进行分析、处理得出决策信息，根据决策信息的对关联设备下发控制指令，并判断是否发送报警信息；煤矿安全监测监控布局于全矿井，对全矿井的数据和系统进行分析和联动控制，可以是矿端服务器，安全监控服务器、人员定位服务器、移动通信服务器；基团层安全获取全部煤矿安全监测监控信息。

由此，根据本发明实施例的煤矿监控系统，通过智能感知设备、边缘计算网关设备、多个煤矿安全监测监控和基团层安全监控的分工协作，在数据源端就完成了数据的采集、处理分析，避免大量数据上传，缓解了带宽和地面数据分析的压力，提高了数据分析的时效性。

在本发明的一些具体实施方式中，边缘计算网关设备包括：硬件模块、边缘计算模块和边缘接入模块。

具体地，硬件模块具有多个物理接口，通过多个物理接口实现与智能感知设备、多个煤矿安全监测监控以及基团层安全监控的交互，边缘计算模块通过物理接口与智能感知设备相连，并根据智能感知设备获取的监测数据做出决策信息，边缘接入模块能够建立边缘计算模块与关联设备和边缘计算模块与地面数据中心站之间的通讯通道。其中，边缘计算网关设备通过硬件模块的物理接口连接不同的网络、动态的加载不同的模块程序实现与不同类型的网络进行信息交互。多个接口可以是SD卡接口模块接外部数据存储介质、后备电源接口模块外部断电可切换由锂电池供电、以太网接口模块将网关的数据和决策信息上传至地面数据服务中心，RS 485/CAN接口模块用于感知层不同类型传感器变送器的接入、串口模块可接入I2C、SPI类型传感器和无线接口模块用于连接ZIGBEE、WIFI、LORA等。边缘计算模块能够兼容不同协议适用于不同厂商的设备；处理智能感知设备采集的数据，并根据规则服务做出信息决策；决策信息和优化数据外部存储并将其经环网上传地面数据服务中心是决策信息控制执行设备。

根据本发明的一个实施例，硬件模块运行在硬件平台上，硬件平台包括：数据传输接口，数据传输接口能够分别与智能感知设备和边缘计算网关设备相连和边缘计算网关设备和边缘服务器相连。

在本发明的一些具体实施方式中，边缘计算网关设备还包括:工控协议解析模块，工控协议解析模块并行接入多种通信协议采集设备，在进行通信协议数据解析后存入边缘计算模块。

总而言之，根据本发明实施例的煤矿监控系统，在数据源端就完成了数据的采集、处理分析，避免大量数据上传，缓解了带宽和地面数据分析的压力，提高了数据分析的时效性。

如图1所示，本发明实施例还提供了一种基于煤矿监控系统的边缘网关的数据处理方法，包括以下步骤：

S1、对边缘计算网关设备的边缘计算节点的规则服务的参数进行配置，将配置好的规则服务下发至对应的边缘计算网关设备；

S2、将智能感知设备、待接入设备和边缘计算网关设备与地面数据中心站建立通讯；

S3、边缘计算网关设备对智能感知设备采集的煤矿安全监测数据进行数据量缩减处理并将缩减后的数据发送至地面数据中心站；

S4、边缘计算网关设备获取煤矿安全监测数据并对煤矿安全监测数据进行本地分析、处理生成决策信息以及根据决策信息下发报警指令以及对关联设备下发控制指令。

换言之，根据本发明实施例的基于煤矿监控系统的边缘网关的数据处理方法，首先，对边缘计算网关设备的边缘计算节点的规则服务的参数进行配置，可通过地面服务中心设置或网关设备设置，并将配置好的规则服务下发至对应的边缘计算网关设备，接着，将设置好的边缘网关与智能感知设备、待接入设备以及地面数据中心站建立通讯，连接关系可以是有线连接或无线连接，通讯方式可以为有线通信或是无线通讯，然后，边缘网关设备接收智能感知设备采集到的煤矿安全监测数据，由于多种不同的监测设备实时采集产生大量的数据，先将数据进行缩减处理在将缩减后的数据发送至地面数据中心站，最后，边缘网关设备对获取到的煤矿安全监测数据进行本地分析、处理生成决策信息，并根据决策信息对关联设备下发控制指令判断是否发出报警指令。

根据本发明的一个实施例，待接入设备通过有线或者无线的方式接入通信。其中有线传输接口主要用来和有线传输类传感设备进行对接，包括RS485、CAN和以太网等通信接口，无线接口包括WIFI、蓝牙和4G等，此外，根据煤矿井下物联网对无线网络传输的应用场景，无线接口还包括扩5G模块、Zigbee模块、UWB无线模块和LoRa模块。

在本发明的一些具体实施方式中，步骤S2中包括：

S21、对边缘计算网关设备进行初始化；

S22、建立/打开数据库；

S23、将边缘计算网关设备与地面数据中心站建立通讯；

S24、开启边缘计算网关设备与待接入设备和智能感知设备之间的连接；

S25、进行边缘计算网关设备的监听端口进行监听；

S26、边缘计算网关设备接收智能感知设备的数据。

优选地，在步骤S26中边缘计算网关设备对智能感知设备生成的实时原始数据报文进行存储。通过对原始数据存储方便与后续处理过的数据与之进行校对。

根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，数据量缩减处理包括对煤矿安全监测数据进行筛选操作、存储操作、聚合操作和优化操作。通过数据缩减处理再将缩减后的数据传送至地面处理中心，有效的减轻了地面处理中心的数据压力。

总而言之，根据本发明实施例的基于煤矿监控系统的边缘网关的数据处理方法将数据集合在网关分析处理协同统一控制，避免不同的模块各自为政的现象，在井下实现安全监控系统、人员定位系统、移动通信系统的联动控制和深度融合，提高了系统响应能力。

此外，本发明还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质包括一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令在执行时实现上述任一的基于煤矿监控系统的边缘网关的数据处理方法。

也就是说，计算机存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时，使得处理器执行上述任一的基于煤矿监控系统的边缘网关的数据处理方法。

如图2所示，本发明实施例提供了一种电子设备300，包括存储器310和处理器320，所述存储器310用于存储一条或多条计算机指令，所述处理器320用于调用并执行所述一条或多条计算机指令，从而实现上述任一所述的方法。

也就是说，电子设备300包括：处理器320和存储器310，在所述存储器310中存储有计算机程序指令，其中，在所述计算机程序指令被所述处理器运行时，使得所述处理器320执行上述任一所述的方法。

进一步地，如图2所示，电子设备300还包括网络接口330、输入设备340、硬盘350、和显示设备360。

上述各个接口和设备之间可以通过总线架构互连。总线架构可以是可以包括任意数量的互联的总线和桥。具体由处理器320代表的一个或者多个中央处理器(CPU)，以及由存储器310代表的一个或者多个存储器的各种电路连接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其它电路连接在一起。可以理解，总线架构用于实现这些组件之间的连接通信。总线架构除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线，这些都是本领域所公知的，因此本文不再对其进行详细描述。

所述网络接口330，可以连接至网络(如因特网、局域网等)，从网络中获取相关数据，并可以保存在硬盘350中。

所述输入设备340，可以接收操作人员输入的各种指令，并发送给处理器320以供执行。所述输入设备340可以包括键盘或者点击设备(例如，鼠标，轨迹球(trackball)、触感板或者触摸屏等。

所述显示设备360，可以将处理器320执行指令获得的结果进行显示。

所述存储器310，用于存储操作系统运行所必须的程序和数据，以及处理器320计算过程中的中间结果等数据。

可以理解，本发明实施例中的存储器310可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM)，其用作外部高速缓存。本文描述的装置和方法的存储器310旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

在一些实施方式中，存储器310存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统311和应用程序312。

其中，操作系统311，包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序312，包含各种应用程序，例如浏览器(Browser)等，用于实现各种应用业务。实现本发明实施例方法的程序可以包含在应用程序312中。

本发明上述实施例揭示的方法可以应用于处理器320中，或者由处理器320实现。处理器320可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器320中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器320可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器310，处理器320读取存储器310中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

具体地，处理器320还用于读取所述计算机程序，执行上述任一所述的方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理包括，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述收发方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤矿监控系统，其特征在于，包括：

智能感知设备，所述智能感知设备设于井下且能够实时采集煤矿安全监测数据；

边缘计算网关设备，所述边缘计算网关设备与所述智能感知设备相连且能够获取所述煤矿安全监测数据并进行本地分析、处理生成决策信息以及根据所述决策信息下发报警指令以及对关联设备下发控制指令；

多个煤矿安全监测监控，所述煤矿安全监测监控矿井下的环境信息；

基团层安全监控，所述基团层安全监测获取每个所述煤矿安全监测监控信息。

2.根据权利要求1所述的煤矿监控系统，其特征在于，所述边缘计算网关设备包括：

硬件模块，所述硬件模块具有多个物理接口，通过多个物理接口实现与智能感知设备、多个煤矿安全监测监控以及基团层安全监控的交互；

边缘计算模块，所述边缘计算模块通过所述物理接口与所述智能感知设备相连，并根据智能感知设备获取的监测数据做出决策信息；

边缘接入模块，所述边缘接入模块能够建立所述边缘计算模块与所述关联设备和所述边缘计算模块与地面数据中心站之间的通讯通道。

3.根据权利要求2所述的煤矿监控系统，其特征在于，所述硬件模块运行在硬件平台上，所述硬件平台包括：

数据传输接口，所述数据传输接口能够分别与所述智能感知设备和所述边缘计算网关设备相连和所述边缘计算网关设备和边缘服务器相连。

4.根据权利要求2所述的煤矿监控系统，其特征在于，还包括:

工控协议解析模块，所述工控协议解析模块并行接入多种通信协议采集设备，在进行通信协议数据解析后存入所述边缘计算模块。

5.一种基于煤矿监控系统的边缘网关的数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对边缘计算网关设备的边缘计算节点的规则服务的参数进行配置，将配置好的所述规则服务下发至对应的所述边缘计算网关设备；

S2、将智能感知设备、待接入设备和所述边缘计算网关设备与地面数据中心站建立通讯；

S3、所述边缘计算网关设备对所述智能感知设备采集的煤矿安全监测数据进行数据量缩减处理并将缩减后的数据发送至所述地面数据中心站；

S4、所述边缘计算网关设备获取所述煤矿安全监测数据并对所述煤矿安全监测数据进行本地分析、处理生成决策信息以及根据所述决策信息下发报警指令以及对关联设备下发控制指令。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述待接入设备通过有线或者无线的方式接入通信。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中包括：

S21、对所述边缘计算网关设备进行初始化；

S22、建立/打开数据库；

S23、将所述边缘计算网关设备与所述地面数据中心站建立通讯；

S24、开启所述边缘计算网关设备与所述待接入设备和所述智能感知设备之间的连接；

S25、进行所述边缘计算网关设备的监听端口进行监听；

S26、所述边缘计算网关设备接收所述智能感知设备的数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S26中所述边缘计算网关设备对所述智能感知设备生成的实时原始数据报文进行存储。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述数据量缩减处理包括对所述煤矿安全监测数据进行筛选操作、存储操作、聚合操作和优化操作。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，包括一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机指令在执行时实现如权利要求5-9中任一项所述的方法。

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