摘要：在當(dāng)前和今后的較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，煤炭將會(huì)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活中的主要能源供給門(mén)類(lèi)，煤炭資源對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要作用不可低估，它在很大程度上保障著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展。而即便是我國(guó)基礎(chǔ)性的能源資源，煤礦企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)也應(yīng)跟隨時(shí)代的要求，將更多的信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用其中，最大限度的提升煤礦信息管理的效率。而基于云計(jì)算技術(shù)的煤礦信息管理架構(gòu)是一種全新的資源調(diào)度方式，能夠?yàn)槊旱V企業(yè)的發(fā)展提供必要的技術(shù)支撐。本文以此為基礎(chǔ)，首先闡述了云計(jì)算和關(guān)鍵技術(shù)，然后分析了基于云計(jì)算技術(shù)的煤礦信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建，最后將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到了安監(jiān)系統(tǒng)的構(gòu)建之中。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算技術(shù)；煤礦信息管理；安監(jiān)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712（2012）20-0009-02

在經(jīng)歷過(guò)近10年的快速發(fā)展之后，煤炭企業(yè)無(wú)論在經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)還是在市場(chǎng)思維方面都得到了前所未有的進(jìn)步，尤其在對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用方面，更是得到了較大的進(jìn)展，無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量，還是用戶(hù)終端量都得到了不斷的、甚至是幾何級(jí)數(shù)的增加。在這一情況下，煤炭企業(yè)數(shù)據(jù)中心的繼續(xù)良性運(yùn)行就需要全新的計(jì)算與服務(wù)模式才能滿(mǎn)足其發(fā)展和市場(chǎng)的需要。在當(dāng)前和今后的較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，煤炭將會(huì)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活中的主要能源供給門(mén)類(lèi)，煤炭資源對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要作用不可低估，它在很大程度上保障著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展。而即便是我國(guó)基礎(chǔ)性的能源資源，煤礦企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)也應(yīng)跟隨時(shí)代的要求，將更多的信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用其中，最大限度的提升煤礦信息管理的效率。而基于云計(jì)算技術(shù)的煤礦信息管理架構(gòu)是一種全新的資源調(diào)度方式，能夠?yàn)槊旱V企業(yè)的發(fā)展提供必要的技術(shù)支撐。云計(jì)算技術(shù)能夠?yàn)橛脩?hù)提供虛擬的計(jì)算、存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)資源，為研究開(kāi)發(fā)新一代分布式煤礦安全監(jiān)管信息系統(tǒng)提供全新的思路。本文以此為基礎(chǔ)，首先闡述了云計(jì)算和關(guān)鍵技術(shù)，然后分析了基于云計(jì)算技術(shù)的煤礦信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建，最后將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到了安監(jiān)系統(tǒng)的構(gòu)建之中。

一、云計(jì)算及其關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）云計(jì)算技術(shù)

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)基本發(fā)展成熟，雖然尚未有一個(gè)全球范圍內(nèi)統(tǒng)一的定義，但是就結(jié)構(gòu)和功能而言，云指的是一個(gè)包含大量可用虛擬資源的“資源池”，在“資源池”中，所包含的虛擬資源能夠依據(jù)不同的負(fù)載進(jìn)行動(dòng)態(tài)的重新配置，以期達(dá)到最優(yōu)的資源利用率。在云計(jì)算中，最為關(guān)鍵的技術(shù)是虛擬化、分布式并行計(jì)算和分布式存儲(chǔ)技術(shù)等。在云計(jì)算技術(shù)中，“資源池”往往通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施提供商，按照服務(wù)等級(jí)協(xié)議，采用時(shí)付費(fèi)的模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)和管理。

（二）云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)分析

1.云存儲(chǔ)。作為一種分布式的存儲(chǔ)技術(shù)，具影響力的云存儲(chǔ)技術(shù)是GFS。該技術(shù)是一個(gè)管理大型分布式數(shù)據(jù)密集型計(jì)算的可擴(kuò)展的分布式文件系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)廉價(jià)的商用硬件搭建起系統(tǒng)，以此向用戶(hù)提供大量的可以容錯(cuò)的高性能服務(wù)。GFS系統(tǒng)通過(guò)Master和大量塊服務(wù)器組成[1]。其中，Master用于存放文件系統(tǒng)的所有元數(shù)據(jù)。在GFS文件系統(tǒng)中，一般通過(guò)冗余存儲(chǔ)的方式保證數(shù)據(jù)的可靠性、一致性和安全性。其中的每份數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中都會(huì)有3個(gè)以上的備份。

2.云數(shù)據(jù)管理技術(shù)。在云計(jì)算技術(shù)中，計(jì)算系統(tǒng)往往要對(duì)大數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理和分析，并將得到的數(shù)據(jù)信息向用戶(hù)呈現(xiàn)，滿(mǎn)足用戶(hù)的服務(wù)訴求。所以，基于云計(jì)算技術(shù)的數(shù)據(jù)管理必須能夠高效的管理大數(shù)據(jù)集，在數(shù)量巨大的數(shù)據(jù)庫(kù)中找到特定的數(shù)據(jù)，解決云計(jì)算數(shù)據(jù)管理中的技術(shù)問(wèn)題。云數(shù)據(jù)管理技術(shù)的特點(diǎn)是對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和讀取，然后根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行后續(xù)的分析[2]。

3.虛擬化技術(shù)。該技術(shù)指的是通過(guò)新增的虛擬中間層截獲上層軟件對(duì)底層接口的調(diào)用，并對(duì)調(diào)用結(jié)果做出新的解釋和處理的過(guò)程。在這一過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)環(huán)境中的資源共享，能夠?qū)@些資源進(jìn)行統(tǒng)一的管理與協(xié)同，同時(shí)，支持應(yīng)用大規(guī)模部署、遷移與運(yùn)行維護(hù)等。在云計(jì)算的虛擬化技術(shù)中，能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的操作系統(tǒng)，每個(gè)操作系統(tǒng)都會(huì)運(yùn)行于一個(gè)虛擬的CPU或者虛擬主機(jī)之上[3]。對(duì)云計(jì)算技術(shù)而言，虛擬化允許安裝了不同操作系統(tǒng)的多個(gè)虛擬機(jī)在同一物理機(jī)上進(jìn)行獨(dú)立的甚至是并行的運(yùn)行，每個(gè)虛擬機(jī)都能夠在相應(yīng)的硬件中加載操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序。

4.并行計(jì)算技術(shù)。云計(jì)算中一般采用Map/Reduce并行編程模型，該模型不但適用于云計(jì)算，還能夠在多核與多處理器和異構(gòu)機(jī)群上具有良好的性能。利用該模型，程序員能夠相對(duì)容易的編寫(xiě)緊耦合的程序，在運(yùn)行的過(guò)程中，能夠高效的調(diào)度與執(zhí)行任務(wù)。并且在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)用Map函數(shù)，指定對(duì)各分塊數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，也可以調(diào)用Reduce函數(shù)，指定對(duì)分塊數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果進(jìn)行歸納和總結(jié)。因此，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，只需調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)來(lái)編寫(xiě)分布式并行程序即可，而不必關(guān)心輸入的數(shù)據(jù)分塊、分配與調(diào)度問(wèn)題。

二、基于云計(jì)算技術(shù)的煤礦信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建

（一）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于云計(jì)算的煤礦信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建一般采用集中管理和分布式處理相結(jié)合的模式進(jìn)行構(gòu)建，形成統(tǒng)一信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)上，要為全國(guó)煤礦信息管理部門(mén)提供一個(gè)高效、安全、實(shí)用、可靠的信息化應(yīng)用平臺(tái)。系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集功能，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，基于無(wú)線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，還能夠方便的為不具備有線網(wǎng)絡(luò)條件的煤礦企業(yè)提供成本低、見(jiàn)效快、高效率的數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管理數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸。同時(shí)，還能夠通過(guò)短信方式將報(bào)警信息發(fā)送到相關(guān)人員的手機(jī)上，為煤礦企業(yè)的生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的信息管理手段[4]。

（二）方案特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

1.虛擬化動(dòng)態(tài)擴(kuò)展資源優(yōu)勢(shì)。在云計(jì)算中心采用的服務(wù)器虛擬化可使維護(hù)費(fèi)用大幅降低，可減少服務(wù)器占用空間，降低購(gòu)買(mǎi)軟硬件設(shè)備的成本，節(jié)省能源和維護(hù)成本。此外，虛擬化技術(shù)可大幅提升系統(tǒng)的安全性。

2.通過(guò)認(rèn)證系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)加密，保證數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的安全可靠性。煤礦信息管理部門(mén)可實(shí)現(xiàn)對(duì)所轄區(qū)域各煤礦的遠(yuǎn)程管理及調(diào)控[5]。相關(guān)的報(bào)警信息也可及時(shí)發(fā)送到煤礦管理人員的移動(dòng)終端或手機(jī)上。煤礦行業(yè)管理部門(mén)也可對(duì)各煤礦生產(chǎn)管理人員發(fā)送管理信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦的遠(yuǎn)程管理與控制。

3.采用管理型SaaS架構(gòu)建立服務(wù)全國(guó)各級(jí)煤礦信息管理的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)煤礦數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程傳輸。針對(duì)全國(guó)煤礦信息管理開(kāi)發(fā)的大規(guī)模海量數(shù)據(jù)庫(kù)功能完備，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢(xún)、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)及安全情況分析等功能。

三、云計(jì)算技術(shù)在煤礦信息管理中的應(yīng)用——安監(jiān)信息系統(tǒng)的構(gòu)建

煤礦信息管理系統(tǒng)需求大致可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：可擴(kuò)展性、可靠性、安全性、高效性、交互性和便捷性等。在煤礦安監(jiān)信息系統(tǒng)的構(gòu)建中，需要在以下幾個(gè)方面做出努力：

（一）安全生產(chǎn)模塊

該模塊主要涉及通風(fēng)、供電、安全以及煤流計(jì)量等方面的監(jiān)測(cè)。由于這些數(shù)據(jù)具有一定的共同之處，并且出于實(shí)時(shí)性考慮，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，在顯示及功能方面采取統(tǒng)一性原則，各個(gè)子系統(tǒng)均具備實(shí)時(shí)曲線、實(shí)時(shí)顯示、歷史曲線以及歷史查詢(xún)等功能[6]。生產(chǎn)安全檢測(cè)模塊所顯示的實(shí)時(shí)性及歷史性數(shù)據(jù)都與煤礦安全狀況之間存在較為緊密的聯(lián)系，從而確保受平臺(tái)管理的分布式煤礦狀態(tài)更加清晰和透明。

（二）預(yù)警與報(bào)警模塊

該模塊是整體煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的一大重點(diǎn)內(nèi)容。災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)首先將所監(jiān)控到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，再通過(guò)特定算法，發(fā)出煤礦安全警報(bào)，一旦檢測(cè)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)到的安全狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)的煤礦安全狀態(tài)發(fā)生偏離，并且達(dá)到一定程度時(shí)，災(zāi)害報(bào)警系統(tǒng)可以通過(guò)注入語(yǔ)音、警燈等方式對(duì)重大煤礦災(zāi)害事故自動(dòng)發(fā)出報(bào)警[7]，但由于現(xiàn)有技術(shù)水平的限制，報(bào)警只是在某檢測(cè)點(diǎn)或檢測(cè)量安全狀態(tài)已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)的煤礦安全狀態(tài)水平之后發(fā)出，而不能在出現(xiàn)危險(xiǎn)趨勢(shì)的情況下發(fā)出報(bào)警。

（三）系統(tǒng)管理模塊

該模塊主要包括基礎(chǔ)信息的維護(hù)、用戶(hù)及日志管理等方面的內(nèi)容。通過(guò)相關(guān)維護(hù)工作，向系統(tǒng)彈出選擇菜單提供相應(yīng)數(shù)據(jù)。用戶(hù)管理主要針對(duì)的是用戶(hù)信息及用戶(hù)權(quán)限，如增加新用戶(hù)、修改用戶(hù)信息以及刪除用戶(hù)等，同時(shí)還負(fù)責(zé)用戶(hù)角色的分配，而用戶(hù)權(quán)限設(shè)定權(quán)則是掌握在系統(tǒng)管理員手中。其中，日志管理系統(tǒng)自動(dòng)備份數(shù)據(jù)，并將備份資料存儲(chǔ)在云存儲(chǔ)平臺(tái)中，以確保數(shù)據(jù)安全性。

（四）設(shè)備管理模塊

該模塊主要是由監(jiān)控基站管理、監(jiān)控點(diǎn)管理、無(wú)線信標(biāo)器管理以及傳感器管理等構(gòu)成。監(jiān)控點(diǎn)管理主要設(shè)定監(jiān)控點(diǎn)地點(diǎn)、類(lèi)型以及斷電值等；無(wú)線信標(biāo)器管理主要管理信標(biāo)器；傳感器管理主要是設(shè)定傳感器類(lèi)型、名稱(chēng)及其單位等。生產(chǎn)安全檢測(cè)模塊主要涉及通風(fēng)、煤流計(jì)量等方面的監(jiān)測(cè)[8]。由于這些數(shù)據(jù)具有一定的共同之處，并且出于實(shí)時(shí)性考慮，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，在顯示及功能方面采取統(tǒng)一性原則，各個(gè)子系統(tǒng)均具備實(shí)時(shí)曲線、實(shí)時(shí)顯示、歷史曲線以及歷史查詢(xún)等功能。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)能源需求的不斷上升，尤其是在“十二五”期間，我國(guó)煤礦行業(yè)實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，在這種情況下，煤礦信息管理日益得到了全社會(huì)的普遍關(guān)注。為此，煤礦企業(yè)需要在自動(dòng)化控制方面進(jìn)行必要的投入，將云技術(shù)技術(shù)等融入到煤礦企業(yè)的發(fā)展運(yùn)營(yíng)之中，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)的自動(dòng)化控制和信息化管理，改變以往的煤礦企業(yè)信息管理的技術(shù)落后、控制復(fù)雜、信息處理速度慢、自動(dòng)化程度低、穩(wěn)定性差的狀態(tài)。云計(jì)算借助網(wǎng)絡(luò)共享以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需資源，是一種符合煤礦企業(yè)信息化管理要求的新型服務(wù)，在煤礦信息管理中具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

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