XXXX 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文
4.3.4 环境预报警
基于物联网的煤矿井下环境监测系统的井下环境预报警模块，针对井下环境监测数据进行处理分析，判断井下监测区域环境参数值是否超出安全值，若超出安全值就会触发报警，使监测人员能及时、有效的对突发事件进行处理。同时根据监测点环境参数的变化情况可预测井下开采不同区域的安全等级的情况，提前做好预警准备。煤矿企业管理者根据预报警模块提供的准确数据，定时查询井下环境参数，通过掌握井下不同区域的环境参数的变化，及时采取应对措施，减少井下事故的发生，保证煤矿企业安全正常生产。环境预报警模块工作流程图如图4-10所示。
图4-10 环境预报警模块工作流程图
4.4 本章小结
本章主要对基于物联网的煤矿井下环境监测系统的体系结构进行分析，接着给出了该系统的主要功能模块及其关系，最后阐述了系统关键模块的功能与
XXXX 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文
实现。
第五章 煤炭井下环境监测系统的设计与实现
5.1 系统的需求分析
基于物联网的煤矿井下环境监测系统的研究与实现，实时获取煤矿井下开采区域的数据，并实现数据的收集、存储、处理与传输、人员定位、环境监测与预警、信息共享等功能，提高煤矿生产的安全性，对煤矿安全生产具有重要意义。煤矿企业一旦遇到井下工作区域环境参数超标、瓦斯爆炸等突发事故，系统可实时进行报警，并给救援人员提供可靠的数据支持，便于科学、快速进行救援工作。针对井下开采环境，结合煤矿井下事故发生的特点，基于物联网的煤矿井下环境监测系统应该具备以下要求：
(1) 井下环境监测系统界面友好、操作简便 (2) 系统数据的安全性，避免数据丢失或遭到破坏 (3) 各种传感器数据可实时、准确采集环境参数数据
(4) 能实时分析处理采集的数据，可视化地图、报表等多种形式呈现给用户，并可根据预设值进行预报警
(5) 根据不同条件进行数据的快速查询操作，并多种形式到处结果 (6) 监测系统可通过SMS方式发送井下监测信息和矿工位置信息 (7) 系统稳定可靠，保证监测数据的精准和完整性 (8) 系统应该易于实施，便于扩展。
5.2 系统的设计目标
井下环境监测系统采用物联网技术，实现井下环境参数的监控、矿工位置跟踪、环境监测预报警等功能。具体来说包括对进行多个环境参数如温度、瓦斯、CO等的采集、存储、上传、分析处理，以及井下工作人员的位置信息的获取，当井下环境参数值超出安全值时进行报警显示，实时对井下工作人员的监控，同时这些信息可通过SMS发送给指定用户或者煤矿管理者。系统的设计与构建同时具有安全可靠、井下全覆盖、易配置、数据传输准确等特点，有效的帮助监控人员和管理者实时监控井下开采的环境信息和人员位置轨迹信息，
XXXX 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文
对煤矿企业进行安全生产，减少事故的发生提供重要的决策依据。井下环境监测系统设计的目标如下：
(1) 井下环境参数数据的处理和分析
井下环境参数数据和工作人员位置轨迹信息上传到监测系统数据库中，可对其进行快速存储，监测系统能够有效管理数据，对数据进行分析是否发生异常情况进行预报警，并实现对井下大量环境参数数据的挖掘功能。
(2)井下监测数据的共享和服务
监测系统对井下环境参数数据、人员定位轨迹信息等进行有效管理，进行环境空间数据的共享，监测人员和管理者可以实时掌握井下的开采生产情况，包括井下各种环境参数和工作人员的查询、可视化显示和信息服务等。
(3) 系统数据库的有效管理
系统的环境参数等数据都存储在数据库中，当事故发生，数据库将作为重要的决策依据，需要对数据库进行科学有效的管理，保证数据的准确可靠。
(4) 系统具备SMS短信息和远程访问功能
系统可以实时将井下环境监测数据等发送给指定用户或管理者，并且合法用户可以通过互联网接入设备访问系统，可对监测点进行数据采集、发送命令、查看井下环境情况等操作。
(5) 系统应用范围广泛
监测系统的监测区域通过部署具有覆盖范围广、操作简单、可靠运行等特点的无线传感网络节点，下位机采集网络采用无线组织方式进行连接，非常适合进行相关领域推广。
5.3 系统设计
基于物联网的煤矿井下环境监测系统，通过井下环境参数信息的采集、上传、存储等操作，进行数据的分析处理，呈现给用户或管理员可视化的结果。监控系统通常安装在监控中心，与工作在井下的下位机连接，实时接收来自井下的各种环境监测数据，并可向下位机进行控制。下位机负责接收各种传感器采集的数据，通过网络将数据上传到监控系统。监测系统的总体框架如图5-1所示。
XXXX 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文
监控系统监测中心PCTCP/IP数据采集下位机设备通信协议传感器监测区域
图5-1 总体框架
下位机系统通常负责接收各种传感器发送的实时数据，并对数据进行打包处理，进而利用网络连接（无线或有线）上传到监测中心。下位机的工作流程有数据处理与存储、数据传输和现场控制等3部分。数据的处理与存储是接收传感器发送的环境参数数据，并进行本地存储，在交付到数据传输模块；数据传输模块接收到数据后，通过建立Socket 连接，上传到监测系统，同时接收监测系统发送的命令，并交给控制模块处理。控制模块对来自监测系统的命令进行接收和执行操作。下位机数据采集模式有自动采集和命令采集两种[55]，前者按照设定的频率通过向传感器发送指令，获取数据，进行打包、上传到监测系统，不需再次设定的采集模式，是目前主要采用的模式；与前者不同的是，后者需要指定下位机再发送命令。
井下环境监测系统位于物联网的应用层，井下环境监测数据由下位机上传到监测系统中，系统数据进行存储和分析处理，最后系统将根据不同用户的需求将处理结果呈现给用户。井下监测系统的整个工作过程有数据的传输、处理和显示等三个部分。检测系统的框架图如图5-2所示，其中数据传输部分负责与下位机之间建立Socket连接，实现向下位机发送命令和接收下位机发送的监测环境数据的功能。数据的处理部分，主要是网络配置信息、井下传感设备的状态信息、环境监测参数、井下工作人员位置轨迹等信息的存储，并根据相应数据采用模糊聚类和评价技术对数据进行挖掘，为监测人员提供包括可视化显示、预报警等各种数据服务。数据显示部分，用户或者煤矿企业管理者通过检测系统界面进行井下开采活动的监控，实时掌握井下工作员工的位置信息和开采区域的环境参数等信息，一旦监测点环境参数超过安全值，系统将进行预报警。