榆林安全生产与应急预警系统工程技术研究
|
摘要
近年来,随着国家对煤矿安全生产的重视程度和煤炭企业自身安全意识的提高,大多数煤炭企业建立了安全监控系统,这些监控系统仅仅是对采集的瓦斯、温度、风速等数据进行简单的处理,这种数据的被动采集方式无助于煤矿安全生产决策以及生产事故的预测。
本论文研究的主要内容:基于“管控一体化”的煤矿安全生产与应急预警系统的设计,分为3部分:
(1)根据管控一体化理论并结合实时监控信息系统、安全管理信息系统以及地理信息系统设计出了基于SMIS/GIS集成技术的煤矿安全生产领域的“管控一体化系统”的层次结构。该结构充分体现了实时监控信息系统、安全管理信息系统以及地理信息系统的特色,充分利用了他们的各项长处;
(2)设计出了基于“管控一体化”的煤矿安全生产与应急预警系统的总体架构、技术层次架构、安全设计以及应用功能方案划分。从各个方面对煤矿安全生产与应急预警系统进行阐述;
(3)阐述了煤矿安全生产与应急预警系统的开发平台选择、界面设计、变量名与模块设计以及主要子模块的设计实现,并论述了系统的应用前景。
论文同时分析了瓦斯爆炸的致因理论、瓦斯爆炸事故的物理因素、瓦斯爆炸事故的管理因素,并根据煤矿安全监控系统的历史数据,利用时间序列方法和灰色系统模型对瓦斯浓度进行了预测研究。
In recent years, with the increasing concern and awareness attached to coal mine safety production and coal enterprises, most coal enterprises established the safety monitoring system, which only provided a simple deeling with the collected datas about gas, temperature and wind speed, but this passive method of collection data will not do good to the decision-making for the safety production and accident forecast in Coal mining.
In this paper, the main study as follows: the design for safe production and emergency warning system of coal mine based on the integration of management and control, which is divided into 3 parts:
(1) According to the theory of the integration of management and control and all-time monitoring systems, SMIS and GIS, it designed the level structure based on the integral technology of SMIS/GIS. The structure fully reflects the characteristics of the all-time monitoring of information systems, information systems security management, as well as the characteristics of geographic information systems, fully utilize all their strengths.
(2) Designed the main structure, the technical level structure, safety design and division of programs for applicant function of system of safe production and emergency warning and described the system from all aspects.
(3) The paper described the choice of the development platform, design of interface, variable name and module, as well as the realization of main sub-modules, in the meanwhile, it discussed about the prospect of application.
At the same time, the paper analyzised the theory about the cause of gas explosion, the physics and management factors and predicted the gas concentration by using time series method and gray system model in base of historical data taken from coal mine safety monitoring system.
本论文研究的主要内容:基于“管控一体化”的煤矿安全生产与应急预警系统的设计,分为3部分:
(1)根据管控一体化理论并结合实时监控信息系统、安全管理信息系统以及地理信息系统设计出了基于SMIS/GIS集成技术的煤矿安全生产领域的“管控一体化系统”的层次结构。该结构充分体现了实时监控信息系统、安全管理信息系统以及地理信息系统的特色,充分利用了他们的各项长处;
(2)设计出了基于“管控一体化”的煤矿安全生产与应急预警系统的总体架构、技术层次架构、安全设计以及应用功能方案划分。从各个方面对煤矿安全生产与应急预警系统进行阐述;
(3)阐述了煤矿安全生产与应急预警系统的开发平台选择、界面设计、变量名与模块设计以及主要子模块的设计实现,并论述了系统的应用前景。
论文同时分析了瓦斯爆炸的致因理论、瓦斯爆炸事故的物理因素、瓦斯爆炸事故的管理因素,并根据煤矿安全监控系统的历史数据,利用时间序列方法和灰色系统模型对瓦斯浓度进行了预测研究。
In recent years, with the increasing concern and awareness attached to coal mine safety production and coal enterprises, most coal enterprises established the safety monitoring system, which only provided a simple deeling with the collected datas about gas, temperature and wind speed, but this passive method of collection data will not do good to the decision-making for the safety production and accident forecast in Coal mining.
In this paper, the main study as follows: the design for safe production and emergency warning system of coal mine based on the integration of management and control, which is divided into 3 parts:
(1) According to the theory of the integration of management and control and all-time monitoring systems, SMIS and GIS, it designed the level structure based on the integral technology of SMIS/GIS. The structure fully reflects the characteristics of the all-time monitoring of information systems, information systems security management, as well as the characteristics of geographic information systems, fully utilize all their strengths.
(2) Designed the main structure, the technical level structure, safety design and division of programs for applicant function of system of safe production and emergency warning and described the system from all aspects.
(3) The paper described the choice of the development platform, design of interface, variable name and module, as well as the realization of main sub-modules, in the meanwhile, it discussed about the prospect of application.
At the same time, the paper analyzised the theory about the cause of gas explosion, the physics and management factors and predicted the gas concentration by using time series method and gray system model in base of historical data taken from coal mine safety monitoring system.
引文
[1]杨小健.管控一体化技术综述.工业控制计算机,2003,16(10):4-5
[2]徐立辰.管控一体化的工业以太网平台.工业控制计算机,2003,16(10):12-14
[3]封振江,刘春玉.探讨管控一体化系统的发展策略及其在企业管理中的作用.微计算机信息,2003,19(8):30-31
[4]斯可克.现场总线和管控一体化.化工自动化及仪表,1998,25(5)
[5]卞正岗.过程工业的计算机集成生产系统-CIPS.炼油化工自动化,1996
[6]王纪韵,谢学均.钢铁企业计算机管控一体化系统设计与实践.自动化博览,2000,s1
[7]许继刚,郑慧莉.电厂管理控制一体化信息系统的发展.电力系统自动化,2001,4.
[8]杜京义.企业管理控制一体化的实现.重型机械,2002,2
[9]赵均,曹润生,金汀.制药企业的管控一体化.医药工程设计,1996,6.
[10]吕琦.KJ19型煤矿安全生产监控系统.东北煤炭技术,1996,(5):85-89
[11]刘延杰.煤矿监测监控系统网络结构探讨.煤矿设计,1999,N oA:22-24
[12]华钢,左明,胡延军.全矿井安全生产监测系统的研制.煤矿自动化,1999,2:22-23
[13]刘富强.煤矿多媒体监测监控系统及其关键技术.煤炭学报,1998.,23(4):412-415
[14]史友仁.KJ95型煤矿综合监控系统.煤矿自动化,1997,4:1-4
[15]马彩虹,李旭芳.煤矿监测监控技术应用现状和发展趋势.煤矿自动化,2001..0(2):62-65
[16]朱顺全,姜灵敏.管理信息系统理论与实务.北京:人民邮电出版社,2001:140-154
[17]吴弯,许开立.安全管理学.北京:煤炭工业出版社,2002:15-27
[18]薛华成.管理信息系统.北京:清华大学出版社,1995:24-36
[19]王新全,魏文建.安全管理信息系统的构建及其实现方法的研究.安全工程师论坛(1999卷):68-89
[20]王颖.MIS与GIS的应用与实现.河南:华北电力大学硕士学位论文.2004:6
[21]吴信才.地理信息系统的基本技术与发展动态.地球科学.1998,23(4):11-12
[21]东凯,方裕.空间数据库模型概念与结构研究.地理信息世界.2004,02(2):8-9
[22]龚健雅.当代地理信息进展综述.测绘与空间地理信息.2004,27(1):5-8页
[23]张犁.GIS系统集成的理论与实践.地理学报1996,51(4):51
[24]邬伦,刘瑜,张晶,等编著.地理信息系统方法和应用.科技出版社,2001:255-256页
[25]肖乐斌,钟耳顺,等.三维GIS的基本问题探讨.中国图像图形学报,2001,6(9):842-848
[26]吴立新,史文中,GIS与3DGMS中的空间构模技术.地理与地理信息科学,2003,19(1):5-11
[27]姚静,顾朝林,张晓祥.试析利用地理信息技术辅助城市设计.城市规划,2004,08
[28]王英杰.多维动态地学信息可视化.科学出版社,2003,3(4)
[29]申富宏,张志平.矿井瓦斯爆炸事故预防措施的探讨.矿业安全与环保,2000,27(6):35-36.
[30]冯志江.掘进工作面瓦斯爆炸原因及预防对策.中州煤炭,2001,4:63-64.
[31]李学来,刘见中.瓦斯灾害治理新技术.中国安全科学学报,2004,14(7):101-104.
[32]魏振宽,邹宏,张力.煤矿瓦斯爆炸事故的防治对策.工业安全与环保,2002,28(10):44-46.
[33]李文俊.全国煤矿安全生产状况分析及发展对策.中国煤炭,2001,27(6):53-55.
[34]施式亮,梁小玲.瓦斯爆炸事故的混沌特性及其控制方法初探.中国安全科学学报,2003,13(9):54-58.
[35]张朝举,邱进伟.基于Fuzz时间序列模型矿井瓦斯涌出量预测研究.能源技术与管理,2006(2):21-22
[36]伍爱友,田云丽,宋译等.灰色系统理论在矿井瓦斯涌出量预测中的应用.煤炭学报,2005,30(5):589-592
[37]董礼.矿井瓦斯涌出量的灰色预测.煤炭技术,2003,22(8):63-65
[38]吕贵春,马云东.矿井瓦斯涌出量预测的灰色建模法.中国安全科学学报,2004,14(10):22-25
[39]翁文波编著.预测论基础.北京.石油工业出版社,1984
[40]王勇领编著.预测计算方法.北京.科学出版社,1986
[41]张大拴.时间序列预测方法及其有关应用.河南.河南电大,1997,(2-3):2527
[42]徐大江.二次指数平滑预测法渐近最优性及其预测偏差的进一步研究.预测,1997,(6):43-45
[43]文权.预测方法评价.预测,1991,(2):3841
[44]唐炎森.指数平滑预测公式与平滑系数.统计与信息论坛,1998,(1):3843
[45]袁嘉祖编著.灰色系统理论及其应用.北京:科学出版社,1991
[46]王铁媛.灰色系统预测模型与改进及其在现金流预测中的应用.硕士学位论文.内蒙古:内 蒙古工业大学,2005,5.
[47]叶青,林柏泉.灰色理论在煤层瓦斯含量预测中的应用.矿业快报,2006,(7):28-3 0
[48]董礼.矿井瓦斯涌出量的灰色预测.煤炭技术,2003,22(8):63-65
[49]吕贵春,马百东.矿井瓦斯涌出量预测的灰色建模法.中国安全科学学报,2004,14(10):22-25
[50]冯丽辉.企业管控一体化的系统集成技术.自动化仪表,2003,24(6):5558
[51]李华.矿井掘进瓦斯爆炸实时智能预警监控系统,硕士学位论文.陕西:西安科技大学,2005,4.
[52]张海波.煤矿安全监控系统及其网络新技术的研究,博士学位论文.北京:北京科技大学,2007,3.
[53]张洪.基于Arc Engine的重庆地下水信息管理系统的研究与开发,硕士学位论文.重庆,西南大学2007,4
[54]曹慧.基于RS与GIS的土地利用与地质灾害相关性分析-以云南新平县为例,硕士学位论文.四川,成都理工大学,2007.5
[55]郭亮.基于GIS的松花江水污染决策支持管理平台研发,工学硕士学位论文.黑龙江,哈尔滨工业大学,2006.6
[56]Yi S.et al.,Global optimiation for NN training[J],IEEE Computer,1996,3:45-54.
[57]Looney C.G.,Advances in feedforward neural networks,denystifying knowledge acquiring black boxes[J],IEEE Trans Knowledge and Data Engeneering,1996,8:211-226.
[58]Van Rooij A.J.F.,Neural network training using genetic algorithm[J],World Scientific,1996.
[59]Yao X.,Evolving artificial neural networks[J],Proc.IEEE,1999,87(9):1423-1447.
[60]高小榕,杨福生,采用同伦BP算法进行多层前向神经网络的训练[[J],计算机学报.1996,9:687-694.
[61]Parisi R.et al.,A generlized learning paradigm exploiting the structure of feed forward NN[J],IEEE Trans NN,1096,7:1450-1459.
[62]Fletcher R.,Function minimiation by conjugate gradients,Computer Journal,1964,7:533-536.
[63]Patrick P.etal.,Minimisation method for training feedforword neural networks[J],Neural Networks,1994,7:1-11.
[64]PAULK M C.,Capability Maturity Model for Software,Version 1.1[S],Camegie Mellon University,Software engineering institute:CMU/SEI-93-TR-25,1993.
[65]PAULK M C.,Weber C V,Chrissis M B.,The Capability Maturity Model:Guidelines for Improving the Software Process[M],Adison Wesley,1995:36-39.
[66]DENNIS M.AHERN,AARON CLOUSE,RICHARD TURNER,CMMI Distilled:A Practical Introduction to Integrated Process Improvement[M].MA:Addison-Wesley,2001,17:27-29.
[67]System Security Engineering Capability Maturity Model,Model Description Document.Version 2.0 April 16,1999.
[68]System Security Engineering Capability Maturity Model Appraisal Method Versions 2.0,April 16,1999.http://www.SSE-CMM.org.
[2]徐立辰.管控一体化的工业以太网平台.工业控制计算机,2003,16(10):12-14
[3]封振江,刘春玉.探讨管控一体化系统的发展策略及其在企业管理中的作用.微计算机信息,2003,19(8):30-31
[4]斯可克.现场总线和管控一体化.化工自动化及仪表,1998,25(5)
[5]卞正岗.过程工业的计算机集成生产系统-CIPS.炼油化工自动化,1996
[6]王纪韵,谢学均.钢铁企业计算机管控一体化系统设计与实践.自动化博览,2000,s1
[7]许继刚,郑慧莉.电厂管理控制一体化信息系统的发展.电力系统自动化,2001,4.
[8]杜京义.企业管理控制一体化的实现.重型机械,2002,2
[9]赵均,曹润生,金汀.制药企业的管控一体化.医药工程设计,1996,6.
[10]吕琦.KJ19型煤矿安全生产监控系统.东北煤炭技术,1996,(5):85-89
[11]刘延杰.煤矿监测监控系统网络结构探讨.煤矿设计,1999,N oA:22-24
[12]华钢,左明,胡延军.全矿井安全生产监测系统的研制.煤矿自动化,1999,2:22-23
[13]刘富强.煤矿多媒体监测监控系统及其关键技术.煤炭学报,1998.,23(4):412-415
[14]史友仁.KJ95型煤矿综合监控系统.煤矿自动化,1997,4:1-4
[15]马彩虹,李旭芳.煤矿监测监控技术应用现状和发展趋势.煤矿自动化,2001..0(2):62-65
[16]朱顺全,姜灵敏.管理信息系统理论与实务.北京:人民邮电出版社,2001:140-154
[17]吴弯,许开立.安全管理学.北京:煤炭工业出版社,2002:15-27
[18]薛华成.管理信息系统.北京:清华大学出版社,1995:24-36
[19]王新全,魏文建.安全管理信息系统的构建及其实现方法的研究.安全工程师论坛(1999卷):68-89
[20]王颖.MIS与GIS的应用与实现.河南:华北电力大学硕士学位论文.2004:6
[21]吴信才.地理信息系统的基本技术与发展动态.地球科学.1998,23(4):11-12
[21]东凯,方裕.空间数据库模型概念与结构研究.地理信息世界.2004,02(2):8-9
[22]龚健雅.当代地理信息进展综述.测绘与空间地理信息.2004,27(1):5-8页
[23]张犁.GIS系统集成的理论与实践.地理学报1996,51(4):51
[24]邬伦,刘瑜,张晶,等编著.地理信息系统方法和应用.科技出版社,2001:255-256页
[25]肖乐斌,钟耳顺,等.三维GIS的基本问题探讨.中国图像图形学报,2001,6(9):842-848
[26]吴立新,史文中,GIS与3DGMS中的空间构模技术.地理与地理信息科学,2003,19(1):5-11
[27]姚静,顾朝林,张晓祥.试析利用地理信息技术辅助城市设计.城市规划,2004,08
[28]王英杰.多维动态地学信息可视化.科学出版社,2003,3(4)
[29]申富宏,张志平.矿井瓦斯爆炸事故预防措施的探讨.矿业安全与环保,2000,27(6):35-36.
[30]冯志江.掘进工作面瓦斯爆炸原因及预防对策.中州煤炭,2001,4:63-64.
[31]李学来,刘见中.瓦斯灾害治理新技术.中国安全科学学报,2004,14(7):101-104.
[32]魏振宽,邹宏,张力.煤矿瓦斯爆炸事故的防治对策.工业安全与环保,2002,28(10):44-46.
[33]李文俊.全国煤矿安全生产状况分析及发展对策.中国煤炭,2001,27(6):53-55.
[34]施式亮,梁小玲.瓦斯爆炸事故的混沌特性及其控制方法初探.中国安全科学学报,2003,13(9):54-58.
[35]张朝举,邱进伟.基于Fuzz时间序列模型矿井瓦斯涌出量预测研究.能源技术与管理,2006(2):21-22
[36]伍爱友,田云丽,宋译等.灰色系统理论在矿井瓦斯涌出量预测中的应用.煤炭学报,2005,30(5):589-592
[37]董礼.矿井瓦斯涌出量的灰色预测.煤炭技术,2003,22(8):63-65
[38]吕贵春,马云东.矿井瓦斯涌出量预测的灰色建模法.中国安全科学学报,2004,14(10):22-25
[39]翁文波编著.预测论基础.北京.石油工业出版社,1984
[40]王勇领编著.预测计算方法.北京.科学出版社,1986
[41]张大拴.时间序列预测方法及其有关应用.河南.河南电大,1997,(2-3):2527
[42]徐大江.二次指数平滑预测法渐近最优性及其预测偏差的进一步研究.预测,1997,(6):43-45
[43]文权.预测方法评价.预测,1991,(2):3841
[44]唐炎森.指数平滑预测公式与平滑系数.统计与信息论坛,1998,(1):3843
[45]袁嘉祖编著.灰色系统理论及其应用.北京:科学出版社,1991
[46]王铁媛.灰色系统预测模型与改进及其在现金流预测中的应用.硕士学位论文.内蒙古:内 蒙古工业大学,2005,5.
[47]叶青,林柏泉.灰色理论在煤层瓦斯含量预测中的应用.矿业快报,2006,(7):28-3 0
[48]董礼.矿井瓦斯涌出量的灰色预测.煤炭技术,2003,22(8):63-65
[49]吕贵春,马百东.矿井瓦斯涌出量预测的灰色建模法.中国安全科学学报,2004,14(10):22-25
[50]冯丽辉.企业管控一体化的系统集成技术.自动化仪表,2003,24(6):5558
[51]李华.矿井掘进瓦斯爆炸实时智能预警监控系统,硕士学位论文.陕西:西安科技大学,2005,4.
[52]张海波.煤矿安全监控系统及其网络新技术的研究,博士学位论文.北京:北京科技大学,2007,3.
[53]张洪.基于Arc Engine的重庆地下水信息管理系统的研究与开发,硕士学位论文.重庆,西南大学2007,4
[54]曹慧.基于RS与GIS的土地利用与地质灾害相关性分析-以云南新平县为例,硕士学位论文.四川,成都理工大学,2007.5
[55]郭亮.基于GIS的松花江水污染决策支持管理平台研发,工学硕士学位论文.黑龙江,哈尔滨工业大学,2006.6
[56]Yi S.et al.,Global optimiation for NN training[J],IEEE Computer,1996,3:45-54.
[57]Looney C.G.,Advances in feedforward neural networks,denystifying knowledge acquiring black boxes[J],IEEE Trans Knowledge and Data Engeneering,1996,8:211-226.
[58]Van Rooij A.J.F.,Neural network training using genetic algorithm[J],World Scientific,1996.
[59]Yao X.,Evolving artificial neural networks[J],Proc.IEEE,1999,87(9):1423-1447.
[60]高小榕,杨福生,采用同伦BP算法进行多层前向神经网络的训练[[J],计算机学报.1996,9:687-694.
[61]Parisi R.et al.,A generlized learning paradigm exploiting the structure of feed forward NN[J],IEEE Trans NN,1096,7:1450-1459.
[62]Fletcher R.,Function minimiation by conjugate gradients,Computer Journal,1964,7:533-536.
[63]Patrick P.etal.,Minimisation method for training feedforword neural networks[J],Neural Networks,1994,7:1-11.
[64]PAULK M C.,Capability Maturity Model for Software,Version 1.1[S],Camegie Mellon University,Software engineering institute:CMU/SEI-93-TR-25,1993.
[65]PAULK M C.,Weber C V,Chrissis M B.,The Capability Maturity Model:Guidelines for Improving the Software Process[M],Adison Wesley,1995:36-39.
[66]DENNIS M.AHERN,AARON CLOUSE,RICHARD TURNER,CMMI Distilled:A Practical Introduction to Integrated Process Improvement[M].MA:Addison-Wesley,2001,17:27-29.
[67]System Security Engineering Capability Maturity Model,Model Description Document.Version 2.0 April 16,1999.
[68]System Security Engineering Capability Maturity Model Appraisal Method Versions 2.0,April 16,1999.http://www.SSE-CMM.org.