1、 论文题目基于物联网的煤矿安全生产专家系统的研究与设计专业学位类别 工程硕士201092232004 管镇铭学 号作者姓名指导教师 杨波教授分类号 密级注 1UDC学位论文基于物联网的煤矿安全生产专家系统的研究与设计（题名和副题名）管镇铭（作者姓名）指导教师 杨波电子科技大学杜广义教授成都高工三豪电子有限公司 吉林市（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士 专业学位类别 工程硕士工程领域名称 软件工程提交论文日期 2014. 3.9论文答辩日期 2014. 4.26 学位授予单位和日期电子科技大学 2014年 6 月 25 日答辩委员会主席评阅人注 1：注明国际十进分类法 UDC的类号。RES
2、EARCH AND DESIGN OF COAL MINEPRODUCTION SAFETY EXPERT SYSTEMBASED ON THE INTERNET OF THINGSA Master Thesis Submitted toUniversity of Electronic Science and Technology of ChinaMajor: Master of Engineering Guan Zhenming Author: Yang Bo Advisor: School : School of Information and Software Engineering独创
3、性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名： 日期： 年 月 日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等
4、复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名： 导师签名：日期： 年 月 日摘要摘要进入 21世纪以来，我国的煤矿采掘安全状况连年好转，事故、死亡人数、一百万吨死亡率明显下降。为了满足煤矿安全生产的需要，现有的煤矿安全生产监控系统中的人员位置监测系统，安防监控系统，视频监控系统，生产调度、移动通信系统等子系统在应急救援，事故调查工作、煤矿安全生产监控中已经起着举足轻重的作用。但与其他主要产煤国家相比特别是欧美国家，还有非常明显的差距。现急需根据煤矿安全生产监控的实际情况，开发一套将利用物联网技术，将安全生产监控和专家系统相结合的系统，从而减少煤矿安全生产事故的发生
5、。本课题根据我国煤矿安全生产系统的发展现状，首先找出现有煤矿安全生产管理系统所存在的问题。通过分析现有系统存在问题，提出问题的解决方案。并根据煤矿安全生产流程和客户需求确定基于物联网的煤矿安全生产专家系统的需求。其次，在需求分析的基础上，将计算机信息分布式处理、云计算、神经网络、物联网通信与工业自动化技术有机的结合起来，构建一个多层次系统，实现多级多业务多部门的协同工作与监管在同一平台上，实现煤矿安全生产监控系统和专家子系统的体系结构设计和功能结构设计。然后，根据系统的总体设计对系统用户管理模块、矿井监控子系统模块、专家子系统模块、综合数据管理模块、网络传输子系统模块进行详细设计和实现，系统利
6、用 .NET编程环境和 SQLSERVER2005数据库实现系统具体功能模块。最后通过对系统进行压力测试和性能测试检测和分析系统的各项性能。系统在煤矿企业进行了现场的试应用，在完成日常矿井井下作业现场监控的前题下，提高了煤矿生产现场次生灾害的预报效率，并能根据预报进行数据智能分析和事故预处理并将灾害数据进行有效上报。达到了系统所设计的性能指标。关键词：物联网，煤矿安全，专家系统，神经网络IABSTRACTABSTRACTSince the 21th century, the situation of our countrys colliery production comes better,a
7、nd the probability of events and number of deaths has been declined. To satisfy thedemands of colliery production, the monitor the location of underground staff system,Monitor of safety system, Monitor of video system, production scheduling, mobilecommunication system and other subsystems are in the
8、 emergency rescue. The surveyof events, the monitor of safe production has been play a important role. But comparedwith other main coal-producing countries especially the European and Americancountries, there are very obvious gap. According to the actual situation of coal minesafety production monit
9、oring, we are urgently needed to develop a technology, whichusing the Internet of things, combining safety production monitoring and expert system,there by reducing the occurrence of accident in coal mine safety production .The object according to our countrys development about coal mine safety inpr
10、oduction systems, firstly we should find out problems which coal mine have aboutsafety in production and manage systems. We can find out the answer of problems byanalyzing problems which present systems exists. And we can make sure the systemicrequirements based on Internet coal mine safety expert a
11、ccording to coal mine safetyproduction process and customer demand. Then, on the basis of requirement analysis,use the wisdom perception, analysis and the cooperative ability of information andcommunication technologies. Making Computer information distributed processing,cloud computing, neural netw
12、orks, internet communication and industrial automationtechnology union organicly and building a multi-level system in order that it canachieve the cooperative work and charge by all kinds of class, business and departmenton a common platform. Also it can bring about Architectural Design and Function
13、alstructure design of Coal mine safety production monitoring system and expertsubsystem. Next, we can proceed the design of the System users managementmodule , Mine monitoring subsystem module ,Expert subsystem module, the integrateddata management module and network transmission subsystem module ac
14、cording toCollectivity Design detailedly. The system use the programming environment of .NETand SQL SERVER2005 to come true the specific function module of itself. Finally, weIIABSTRACTshould check out and analysis the performance of the system according to the systempressure test and performance te
15、st.The system was applied in field test of coal mining enterprises, in the premise tocomplete the daily work of mine site monitoring, increase the prediction efficiency ofcoal production of secondary disaster site, and according to the forecast of intelligentdata analysis and accident pretreatment a
16、nd disaster data efficiently. The performanceindex of the system.Keywords: Internet of Things, Safety of Colliery, Expert System, Neural NetworkIII目录目录第一章绪论 .11.1研究的背景和意义 .11.2本文的主要工作 .21.3论文的组织结构 .2第二章系统需求分析 .42.1煤矿安全生产系统的研究现状 .42.2现有煤矿安全生产系统存在的问题 .42.3对现有系统存在问题的解决办法 .52.4系统的性能需求 .62.5系统功能需求及工作流程分析
17、 .72.5.1系统功能需求 .72.5.2系统工作流程分析 .92.6本章小结 .11第三章系统总体设计 .123.1系统体系结构设计 .123.2系统功能结构设计 .143.3系统服务分布式部署 .163.4系统服务模型设计 .183.5数据库概要设计 .213.6本章小结 .22第四章系统详细设计与实现 .244.1系统数据库表详细设计 .244.2物联网网络系统详细设计与实现 .324.2.1系统本地网络结构设计 .344.2.2系统无线定位系统网络结构设计 .374.2.3系统 Zigbee系统网络结 构设计384.2.4系统射频服务网络结构设计 .414.2.5系统移动通讯网络设计
18、 .424.3用户管理详细设计与实现 .43IV目录4.4监控子系统详细设计与实现 .464.4.1煤矿井下人员定位监控系统 .464.4.2矿井主排水监控系统 .514.4.3视频监控系统 .554.4.4工作面顶板压力监控系统 .584.4.5通风机监控系统 .594.4.6井下皮带监控系统 .614.4.7矿井供电集中监控系统 624.5数据综合管理平台详细设计与实现 .654.5.1数据采集与传输系统 .654.5.2即时数据平台 .664.5.3煤矿安全生产门户信息系统 .664.5.4系统基础数据管理 .684.6专家子系统详细设计与实现 .694.6.1专家子系统的详细设计 .6
19、94.6.2专家子系统的实现 .784.7本章小结 .80第五章系统测试 .815.1系统功能测试 .815.1.1煤与瓦斯突出神经网络测试 .815.1.2煤矿安全生产系统各子系统测试 .825.2系统性能测试 .855.3系统试运行 .855.4本章小结 .86第六章结论 .876.1本文的主要贡献 .876.2下一步工作的展望 .87致谢 .88参考文献 .89V第一章绪论第一章绪论1.1研究的背景和意义我国主要使用的消耗能源是煤炭，从 1995年至今，我国能源生产结构中的67%，消 费结构中的 56%都是由煤炭牢牢占据。最近几年，煤矿安全生产形势在我国逐年走高，虽然同世界上主要的煤炭生
20、产国相比较，我国的安全生产形势仍然具有一些差距，但是，事故发生死亡人数，事故发生数，百万吨死亡率都呈现了大幅下滑趋势1。但是，已经运行的系统，例如带式运输监控系统、瓦斯抽采放、排水监控系统、移动通信系统、工作面监控系统、放炮作业监控系统、大型机电设备健康状况监控系统、胶轮车运输监控系统、视频监视系统、轨道运输监控系统、仓库管理系统、火灾监控系统、生产调度通信系统、安全监控系统、应急广播通信系统、煤矿井下人员定位设备、提升运输监控系统、监控系统、供电监控系统等系统，虽然目前看似满足了煤炭生产安全需要，也在煤矿生产中担任重要角色，但是为了解决煤矿安全标志准用产品和煤矿关键设备监测问题，现在需要研究
21、煤矿物联网技术，以便于满足煤矿安全生产的各种需求。进入 21世纪以来，由于国家狠抓煤矿安全生产措施的实施，对于井下安全有帮助的系统，例如无线通信系统，井下人员定位设备点简系统等，已经被大部分的矿井安装了。但是，有几个方面依旧存在问题，第一，目前为止，我国所使用的绝大部分系统都未具备紧急通信功能。第二，部分系统还未完善或局部功能依然空白。最后，每个系统提供一个单一的系统，不能最大限度地提高生产和安全管理协同功能，又因为这些系统是相互隔离的，极易与生产和安全管理脱节，失去其存在的意义。为了满足企业在建设和发展中生产经营的需求，要建立一个三核系统的智慧矿山，这三个核心系统分别为：智能物流系统、智能安
22、全系统、智能安全生产系统。智能物流围绕定位与识别技术，含有人与物的定位与流向的管理定位与识别技术。智能安全包含企业安全治理措施与安全监测系统以传感技术为核心。智能安全生产以自动化技术计算机信息与网络技术为主，包括安全信息化的企业经营生产。这三个系统其充分体现了智慧矿山利用应用信息通信技术智慧感知、协同能力、分析等能力的智慧，三个系统相互协同衔接，相互保障，高效率地提高企业的执行力。智慧矿山并不是一个从中央到地方的纵向企业，更不是一个隔绝的点，它可以实现横向上多级多部门多业务的协同监管工作，从而创建一个分层的多级系统，它还可以通过自己的核心技术 计算机与信息处理云计算物联网通1电子科技大学硕士学
23、位论文信与工业自动化技术，来协同当地的环境、电力、交通等智能系统促进发展，并和专家围绕物联网技术在采矿企业方案中充分应用智慧矿山理念2。1.2本文的主要工作基于物联网的煤矿安全生产专家系统主要目的是让煤矿安全管理智能化，减少煤矿安全生产事故的发生，本文根据系统的要求进行如下工作：（1）提出现有的煤矿安全生产专家系统的系统存在的问题，通过对现有技术的分析找出解决现有系统运行的不稳定，煤矿安全生产系统在事故中缺乏有效的智能决策能力、系统吞吐能力差、容错力低，存在系统信息和代码监管能力不足等缺点的方法。同时通过需求分析给出系统设计的技术方案。（2）通过系统的需求分析研究、设计、开发应用系统的应用数据
24、模型操作模型，分析基于物联网的煤矿安全生产专家的系统，建立模型，满足用户的多样性和可变性的需求。在系统模型的基础上，进行模块化的设计，逐步细分模块的接口概念，再将整个系统进行模块化详细设计，使之实现现实和概念接口相分离出来，从而进一步提高整个系统的现实可行性、维护性和可扩展性。（3）实现基于物联网的煤矿安全生产专家系统，该系统利用物联网技术、分布式技术、人工智能等技术，解决目前系统的存在的问题。系统中采用 .NET开发工具，SQL SERVER2005 数据库实现安全生产监控子系 统和专家子系统两部分功能，其中生产监控系统包含煤矿井下人员定位监控、矿井主排水监控、视频监控、工作面顶板压力监控、
25、通风机监控、井下皮带监控、矿井供电集中监控、数据采集与传输、数据处理与监测平台、煤矿安全生产门户信息功能模块。（4）对系统进行有效的测试保证系统的数据一致性、稳定性和可靠性，并通过测试找出系统仍然存在的问题并对系统加以修正。1.3论文的组织结构本论文总共分六章节，具体内容如下：第一章为分别介绍了进行本课题研究的背景和实际意义，并列出了本课题主要研究的问题和相应的解决方案以及所进行的相关性的研究与工作。第二章首先分析现有煤矿安全生产系统存在问题的因果，提出对于问题解决方针，分析煤矿安全生产系统的现有需求和预计了未来的状况，做出规划，对系统进行性能需求、功能需求和工作流程分析。第三章根据煤矿安全生
26、产监控系统的需求分析对基于物联网的煤矿安全生产2第一章绪论专家系统进行体系结构、功能结构设计。第四章针对煤矿安全生产系统的特点构建基于物联网的煤矿安全生产专家系统的实例，介绍了实现各功能模块的的详细设计和实现方法。第五章描述系统的测试和试运行过程第六章对本课题所实现的系统进行综合测试和总结，在总结全文的基础上，又提出了课题的创新点和对本课题未来方向的展望。3电子科技大学硕士学位论文第二章系统需求分析2.1煤矿安全生产系统的研究现状到目前为止，煤矿企业有很多措施不合理系统不完善，再加上矿井安全监视监管体系不完整，有些煤矿甚至根本没有运用先进技术进行计算机报送信息。由此可见，对各煤矿的合理生产监管
27、系统信息进行实时监管采用现代化信息管理的方法利用一种有效的稳定的管理方式。能够有效提高煤矿的办公效率和办公智能化水平，还能够使各级领导决策更加科学、更加及时，各级领导更加迅速、更加方便地了解全国煤炭业的市场信息，更加有效地利用煤矿自身的信息资源，充分利用现有的煤炭资源，响应国家的需要，实现资源合理化利用，避免浪费，尽量消除安全隐患。现今业内开发了多种煤矿合理生产综合信息系统3 4。2.2现有煤矿安全生产系统存在的问题近些年，随着煤矿合理生产系统在全国煤矿的普及，由于在访问的用户数量以及监管和检测信息不断快速的增长，使煤矿合理生产系统一直处于高负荷状态下运行，曾经甚至一度出现过系统瘫痪的情况。系
28、统的稳定性相对于煤矿合理生产系统来说是很重要的，尤其是在系统合理运行中，如果系统因为稳定性不好，从而导致管理者不能合理访问就会影响系统的运行，或因为系统缺少整体的信息分析和智能决策能力而影响事故的预警和处理。分析现有的煤矿合理生产系统，发现以下问题。1系统存在的主要问题是健壮性差首先表现在系统抗压能力不好。当系统的信息量不断增加以后，系统中有很多信息的传输等操作，当前系统不能根据当前访问性的增大而进行扩大，导致了系统服务器的压力过大，直接影响了客户端的合理运行，从而导致整个系统进入瘫痪状态。还有表现在系统容错能力不好。在系统运行过程中，如果系统中的某一个功效或服务出现问题时，会导致到系统中的其
29、他功效和服务也不能合理运行。2煤矿井下安全生产的技术支撑保障较为脆弱。信息化基础设施、装备和合理生产管理技术方法较落后，信息规模及涵盖范围较小。适用于煤矿井下的信息技术、电子信息产品和信息系统的研发及产业化水平很落后。3缺少技术融合的整体解决办法4第二章系统需求分析现有的煤矿合理生产系统未将生产过程中的控制、运行与管理作为一个整体，也未将先进的现代化技术，比如智能控制、通信、计算机、信息和现代管理等相结合，以实现企业的优化运行、合理化控制与现代化管理。4缺乏有效数据的分析及智能决策我国现有的合理生产系统，大多数具有很好监管和检测功效，但真正具有信息分析和信息报表及预警功效的系统却不多，具有实时
30、报警和智能决策系统的人工智能系统就更是处于空白状态。以至于我国现有煤矿安全事故的报警和处理都靠人来操作，致使决策者在处理事故中少有理有据的判读，基本靠人为的经验。5系统监测和管理技术的缺失煤矿合理生产系统注重的是对本系统煤矿监管信息的管理以及对系统生成的管理。在这方面现在的合理生产系统管理系统做的都很好，现有的煤矿合理生产系统系统都实现了对自己本站信息的管理和安全方面的考虑，但这些都是过去的合理生产管理系统的功效，随着煤矿合理生产系统的发展，如果煤矿合理生产系统能成为适应大型煤矿或者是全国煤炭产业一盘棋的格局下，现在的煤矿合理生产系统少的是一个能在一个管理模式下生成多个系统和管理多个系统的信息
31、能力以及总结出信息之间关系的智能分析能力。2.3对现有系统存在问题的解决办法1系统健壮性解决方案根据实际存在的问题提出了一种基于分布式处理的架构模式，其中分布式服务器的架构将服务部署在不同的服务器中，同进采用一组相对独立的分布式服务构成应用系统，旨在合理且充分的使用在线的硬件资源（如客户端和服务器）5 6。2系统自适性解决方案根据大型煤矿企业煤矿合理生产系统建设模式的需求，建设基于物联网的煤矿合理生产专家系统。3融合技术的解决方案为了实现结合先进的智能控制和通信计算机以及信息现代管理等技术的目的，同时为了实现将生产过程控制运行以及管理结合为一个整体，从而达到企业提高运行、控制和管理速率的目标。
32、通过高速网络达到对矿山的全面覆盖、人员定位及通信、设备的综合智能化、环境的监管等目标，和使用应用程序的视觉形象，充分的展示和监管矿山。“感知矿山” 是将先进 的智能控制、联络、计算机、信息和现代管理结合起来，同时结合了生产中的操作控制、运行与监管，形成了一个有机的整体，从而实现企业操作控制、运行监管的优化。也就是基于物联网5电子科技大学硕士学位论文技术7 8 。4有效的数据分析及智能决策解决方案煤矿生产系统应该具有对生产过程进行合理的管理分析的功能，通过这个系统来正确的查找询问生产实时信息以及对其进行计算与分析，形成各式正确的生产报告。可以利用专家的相关经验，建设专家级别的目的是解决危机事件的
33、指导系统，这个系统也可以用于生成应急计划、对应急计划进行发布和执行，总之就是需要人工智能技术对煤矿合理生产系统进行支持。5智能决策与专家系统解决方案合理利用煤矿生产系统对信息库的执行力，先开始建立起系统管理系统，即主系统控制管理子系统的能力，在主系统和子系统之间建立起一条管理通道，也就是说主系统能够有探测和显示子系统信息的能力，在主系统中建设信息库，把子系统的信息存储好，最后通过神经网络和人工智能技术技术建立数据与数据之间的关系生成智能决策监视报告。2.4系统的性能需求通过分析现有煤矿安全生产系统存在问题以及相应的解决方案，提出了煤矿安全生产系统的建设的指导思想是“实用、可靠、先进、经济” 。
34、根据指导思想的要求，在这些有信息需要的煤炭企业自动化的基础上，建设生产安全实时信息台进行集中管理和实时数据收集以及远程监控井下设备，有效整合实时数据和管理数据，从根本上防止恶性生产安全责任事故的发生，明确总体规划、分步进行原则，确定系统的性能需求：1建设安全生产的数据中心：建设统一并且集中的即时数据库平台，分析现实存在条件，使用各类联络方法对矿井中不同的硬件和软件环境的自动化设备完成采集存储实时数据，提供有力的依据以便日后对突发事件的分析判定。2建立监控系统的数据共享：通过详细有用的管理体系的层次可以实现数据的共享和测试。矿井的生产状况可以受到监控中心的监控，但是仅限于在系统管辖范围内的矿井。
35、中级或低于中级的监控系统只可以监测职权内的矿井实时生产状况9。3建设安全报警预防机制：该系统具有数据安全生产超额报警作用，对短消息体制进行使用，并且通过信号灯以及信号铃进行报警提醒，及时的将信息报告给有关人员。生产安全报警体系可以提高对突发问题的发现速度，从而提高所有管理人员的工作效率，可以及时对生产进行指挥和现场管理，形成救助公安一体的应对突发事故综合系统。6第二章系统需求分析4增强分析数据的能力：使用相关分析数据的方法，对设施状态和生产数据的统计分析，并使用各种方式对分析结果以及分析结果的应用进行公布，这些经过分析的数据可以帮助相关人员进行科学的生产规划与决策。2.5系统功能需求及工作流程
36、分析2.5.1系统功能需求根据对现有煤矿安全生产监控系统问题的分析并提出的解决问题的办法以及系统的性能分析，对煤矿安全生产监控系统的功能进行规划，系统分为安全生产监控子系统及专家子系统两部分，其中生产监控系统包含煤矿井下人员定位监控、矿井主排水监控、视频监控、工作面顶板压力监控、通风机监控、井下皮带监控、矿井供电集中监控、数据采集与传输、数据处理与监测平台、煤矿安全生产门户信息功能模块。通过对系统的分析将用户分为四类，系统超级管理员、系统管理员、系统一般用户、专家系统管理员。不同身份的用户访问系统拥有不同的访问权限，对不同用户使用的功能也不尽相同，针对不同的用户进行功能需求设计。系统超级管理员
37、是系统的最高权限访问者，它具有系统所有数据的访问权限，系统基本参数设定，系统初始化，系统模块功能设定和用户权限设定。系统超级管理员用例如图 2-1。 包含登陆 系统管理员权限包含系统模块设置一般用户权限包含用户权限设置 专家系统管理员权限系统超级管理员包含基本参数设置系统备份包含专家系统设置 系统还原包含数据备份与还原 数据库备份与还原图 2-1系统超级管理人员用例 图系统管理员登陆系统后主要对权限范围内的功能模块进行人员信息管理、监控功能模块设置、各功能模块监控数据管理、设备信息管理、信息查询。系统管理员用例如图 2-2。系统管理员在系统中对监控子系统进行细则管理。7电子科技大学硕士学位论文
38、包含登陆增加矿井人员信息删除矿井人员信息修改矿井人员信息包含包含矿井人员信息管理监控功能模块设置系统管理员监控数据管理监控设备管理查询包含 矿井人员信息查询包含包含监控设备信息查询监控数据查询图 2-2系统管理人员用例图一般用户在系统中只能登陆门户网站系统，登陆系统后具有个人信息管理、查看系统可见监控数据、查看可见设备信息、权限内信息查询。一般用户用例如图 2-3。访问/登陆 注册一般用户包含个人信息管理修改个人信息查看系统可见监控数据一般用户查看可见设备信息包含查询 监控设备信息查询监控数据查询包含图 2-3一般用户用例图专家系统管理员在系统中是一个比较特殊的用户，系统中提出了事故预警与灾难
39、处理的功能，系统将以专家系统为载体实现这部分功能，由于专家系统规则和经验学习等特殊性，系统设置专家系统管理员对系统进行专职管理。专家系统管理员用例如图 2-4。8第二章系统需求分析登陆 包含包含包含包含包含包含增加规则信息删除规则信息修改规则信息增加经验信息删除经验信息修改经验信息规则信息管理专家系统设置监控信息管理专家系统管理员经验信息管理报警信息及事故预案管理包含查询 规则及经验信息查询报警及预案信息查询包含图 2-4专家系统管理员用例图2.5.2系统工作流程分析通过系统的功能需求和性能需求进行分析，系统明确了系统的规划。为了更好的进行系统设计需对系统的工作流程进行分析。在功能需求分析中，
40、系统分为监控子系统和专家子系统两部分，下面按照这两个子系统进行系统的工作流程分析。首先是监控子系统工作流程，监控子系统主要负责矿井井下数据的采集、初步处理和传输工作，是整个系统数据的来源，系统工作流程主要是数据采集、传输和处理。监控子系统工作流程如图 2-5。（1）系统根据规则获取监控数据；（2）监控数据提交到服务器；（3）服务器将监控数据分别在本地备份；（4）专家系统直接从主服务器的等待队列中获取监控数据；（5）专家系统根据数据报警原则管理并分析数据，将数据报表送至监控子系统服务器；（6）将数据信息报表在数据库服务器的数据库中记录；（7）根据规则将显示结果发送给 web服务器显示。9电子科技
41、大学硕士学位论文开始根据要求获取监控数据监控数据提交到服务器服务器通知备份数据是 专家系统服务器通过专家系统分析数据数据是否报警否数据保存到数据库服务器 数据分析结果到主服务器结束图 2-5监控子系统工作流程图专家子系统负责对进行监控数据进行分析，判断矿井是否安全，如果出现问题进行报警和应急预案，专家子系统工作流程如图2-6。（1）系统选择数据收集模式（监控数据管理、专家经验管理、报警数据管理）；（2）如果从监控子系统服务器获得监控数据成功，则获得系统数据关系表及数据分析规则表，否则执行第 5步；（3）如果第 2步成功，则根据数据分析规则和系统数据关系进行数据分析和智能决策，否则执行第 5步；
42、（4）如果数据分析正确、安全，向主服务器返回正确信息，并通过监控子系统服务器存入数据库并通过网站显示结果，否则执行第 5步；（5）返回报警信息/事故信息，向监控子系统服务 器返回报警或事故信息表，并通过监控子系统服务器存入数据库并通过网站显示结果，同时专家子系统进行相应报警生成预案、通知相应管理人员10 。（6）一次智能决策管理过程结束，重复第 2步。10第二章系统需求分析开始数据收集模式选择否数据获得成功是获得系统数据关系表及数据分析规则表否数据分析是否报警是生成数据分析报告是 否煤矿是否安全返回给 web服务器安全信息 返回报警信息/事故信息报警生成预案结束图2-6专家子系统工作流程图2.
43、6本章小结本章通过对现有安全生产监控系统国内外发展现状的研究，提出现有系统存在的问题，并通过分析找出了系统的解决方案。根据系统解决方案提出系统的性能雪球和功能需求，并根据相应的需求给出了系统主要的工作流程。11电子科技大学硕士学位论文第三章系统总体设计3.1系统体系结构设计我们的正从智慧地球时代到感应社会时代，物联网概念性的提出是继计算机信息领域中互联网后的又一波信息产业机遇，是继计算机互联网的概念的建议，所以互联网是物联网的核心和基础，物联网仍然是以互联网为基本，客户端的物联网是物品与物品之间基于互联网的延伸和扩展，不断扩大和延伸，通过接口与无线网络，并通过不同类型的对象在设备上的电子标签，
44、传感器连接到好人与物体之间，物体和物体交流和通信。它的发展是打破了传统的思维，以前的全面感知，智能处理和可靠的交付物联网的基本特征，物联网的概念和技术是默默的走进我们的生活，物联网是指每个传感器和现有的互联网的类之间的界面衔接，其含义是起源于目标对象利用网络进行数据交换，这一概念可以将由物联网构成的系统分为由应用层，网络层，感知层 3层系统11 12 13 。专家系统由知识库和推理引擎组成。不同的专家有不同的功能和结构，煤矿安全生产专家系统包括煤矿安全生产专家的知识基础，煤矿安全信息的推理引擎，动态数据库，煤矿安全生产专家知识的获取，解释机构，煤矿安全生产监控人机界面 6部分。专家系统的各个组
45、成部分和部件之间的相互关系。煤矿安全生产专家系统的核心是知识库和推理引擎，基于这样的事实，在工作过程中，根据知识库中煤矿安全的生产知识，为用户提供了推理的前提下，推出了由已知和未知的中间结果和中间结果进行分析的动态数据库，新的事实已知到解决未知的煤矿事故状态已知状态的转换推理的结论。在煤矿安全生产监控专家系统运行时，它会继续通过人机界面和用户交互，用户提问，向用户解释，系统解释。提供煤矿安全生产监测专家和用户的系统接口。煤矿生产安全的专业知识存储的实例数据进行文件处理，人工神经网络作为一种机制，来获取知识和学习知识。煤矿安全生产的监控，从处理过的数据文件中，以存储数据的形式在网络中的权重和阈值
46、文件保存。本课题按照第二章系统需求分析的要求提出的煤矿安全生产监控系统是在网络的基础上统一规划，统一管理，统一规划，统一的接口标准设计的东西，它的设计分为三个层次，即网络层，应用层，感知层。感知层的主要成分是由传感器，该传感器检测到控制计算机发送的数据，即通过通信模块，数据检测和采集。感知层包括：1）数据访问前传感器网络的网关，包括矿山遥感数据传输设备，接入层和汇聚。 2）传感器的数据采集设备，通过整合各种互联网和电信网络，网络12第三章系统总体设计层实时于各互联网和电信网络联通，准确地传递信息和互动的对象，如地面井口，煤矿，井下安装视频监控和传感设备。煤矿企业在各级控制中心和监测中心在每一层
47、包含相应的专家系统，层级监督以“分级响应” 机制，建立煤矿安全生产监控专家系统，其中网络层采用分层的体系结构。互联网和物联网应用层使用模式识别，云计算等智能计算技术，分析和处理大量的数据和信息，并实现智能控制的对象，包括远程监视和控制，煤矿安全生产应急指挥，数据分析专家系统。应用层包括：（1）子系统部署及安全系统建设。（2）煤矿企业、各级监控中心显示、调度、指挥系统；（ 3）煤矿企业信息专家系统；（ 4）主机与存储系统建设14 15 。数据上报与信息共享系统远程监控煤矿安全事故指挥系统数据上报与信息共享系统应用层各个级别的监控中心网络层感知层矿井控制中心 矿井控制中心 传感器 传感器 传感器传
48、感器 传感器图 3-1系统总体体系结构图在推理的前提下，已知的和未知的结论是，在中间结果和中间结果的动态数据库中产生，称为派生新的事实的分析，从而解决由未知的国家煤矿事故转化为一个已知的条件，并存储入信息库。在煤矿安全生产监控专家系统运行时，它会继续通过人机界面与用户沟通，并提问用户，通过解释系统向用户解释16 。系统为煤矿安全生产监测专家和用户提供了两个接口。首先，煤矿安全生产专业知识的数据文件的前处理，人工神经网络作为一种机制，从处理过的数据文件中获取知识和学习的专业知识，存储煤矿安全生产监控系统实例和网络权限和阈值，用13电子科技大学硕士学位论文数据文件的形式保存17。煤矿安全事例知识、
49、专家知识经验 系统人机接口知识获取解释系统数据文件知识库 推理机图 3-2专家子系统体系结构图通过录入知识到界面，煤矿安全生产监控专家通过煤矿安全生产的经验和知识的总结，对输出的神经网络分类判断和处理，并给出了专家的意见或解决方案不同的结果。煤矿安全生产专家系统的应用，专家可以创建一个个性化的界面，使专家系统具有不同的接口。每个区域的用户的数据输入的一个成功的系统中，通过并行计算的推理机的问题，得到的数值计算结果。本系统传输到煤矿生产安全事故的推理引擎，对象推理引擎和知识库连接，获得这个问题的相关的描述，以及这个问题的专家的建议或补救措施的问题。如图3-2中所示的专家子系统体系结构18 。3.2系统功能结构设计煤炭安全生产系统主要是为了安全生产监督各级单位管辖范围内的煤矿安全生产数据的统计和分析，以实现生产的实时数据采集，存储和分布的监测，为科学提供了基础决策，为监管部门排除在最大程度上消除事故带来的隐藏的突发性安全事故的发生。基于物联网的煤矿安全生产专家系统需要充分认识到矿井的自
