卜滕滕，屈世甲，武福生，張衛(wèi)國，胡 然

（1.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司，江蘇常州 213015；2.天地（常州）自動化股份有限公司，江蘇常州 213015）

煤礦瓦斯災(zāi)害是井工煤礦最普遍、最嚴(yán)重的災(zāi)害之一[1]，眾多學(xué)者對煤層中瓦斯含量測定以及瓦斯運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了大量的研究[2-4]，但是關(guān)于采煤工作面瓦斯監(jiān)測模式的研究少之又少?；夭擅媸峭咚巩a(chǎn)出最多的作業(yè)場所之一，掌握回采面瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化規(guī)律和分布特征是控制與治理瓦斯災(zāi)害的基礎(chǔ)，有效的監(jiān)測是防治瓦斯災(zāi)害的重要手段。

根據(jù)智能化礦山建設(shè)的要求，受限空間（工作面和回采巷道）安全環(huán)境的監(jiān)測預(yù)警應(yīng)該朝著連續(xù)自動化、智能網(wǎng)絡(luò)化和信息可視化的方向發(fā)展[5]，因此要掌握回采面瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化規(guī)律和分布特征，應(yīng)構(gòu)造出回采面瓦斯動態(tài)分布云圖，可視化展示回采面瓦斯流場分布狀態(tài)。

但是目前回采面瓦斯監(jiān)測都是單點(diǎn)監(jiān)測模式，即在進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷靠近采面10 m 以內(nèi)的位置和上隅角位置安設(shè)瓦斯傳感器，只要3 個點(diǎn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)沒有超過報警閾值（φ（CH4）=1%），則認(rèn)定整個回采面瓦斯體積分?jǐn)?shù)處于安全值范圍內(nèi)。這種“以點(diǎn)代面”的監(jiān)測模式抓住了回采面瓦斯體積分?jǐn)?shù)最高值，在一定程度上保障了工作面安全生產(chǎn)，但是無法多維展示回采面瓦斯流場分布狀態(tài)。

構(gòu)造回采面瓦斯動態(tài)分布云圖，實(shí)現(xiàn)瓦斯流場可視化顯示需解決2 個問題：一是回采面瓦斯全覆蓋監(jiān)測問題；二是瓦斯體積分?jǐn)?shù)場構(gòu)建及視覺顯示瓦斯流場問題。

針對以上問題，部分學(xué)者已有探討。屈世甲[6]提出了基于云、邊、端3 級的瓦斯邊緣監(jiān)測模式，同時詳細(xì)論述了MEMS 瓦斯傳感器的“微功耗、小尺寸、低成本、免標(biāo)校、自定位、自供電、自組網(wǎng)”功能以及礦用邊緣網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)南嚓P(guān)功能，為解決基于邊緣計(jì)算的瓦斯感知和傳輸問題提供了思路，但是該論文并未涉及回采面瓦斯全覆蓋監(jiān)測、瓦斯體積分?jǐn)?shù)場構(gòu)建以及瓦斯涌出異常捕捉等問題。為此，提出了邊緣場景下瓦斯流場構(gòu)建及異常起伏捕捉的方法，以環(huán)境感知層、數(shù)據(jù)傳輸層和平臺應(yīng)用層為架構(gòu)，在邊緣計(jì)算驅(qū)動下以瓦斯全覆蓋監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)值插值算法生成可視化云圖和數(shù)字場的支撐數(shù)據(jù)組，實(shí)現(xiàn)井下實(shí)時就地構(gòu)建空間數(shù)據(jù)場、形成空間云圖數(shù)據(jù)基礎(chǔ)集以及礦井局部區(qū)域有害氣體的連續(xù)監(jiān)測。

1 邊緣計(jì)算場景下瓦斯監(jiān)測平臺架構(gòu)

邊緣場景下瓦斯流場構(gòu)建及異常起伏捕捉方法的平臺架構(gòu)如圖1。

圖1 邊緣計(jì)算場景下瓦斯監(jiān)測平臺架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of methane monitoring platform in edge computing scenario

由圖1 可知，環(huán)境感知層指瓦斯全覆蓋監(jiān)測布置系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸層指通過無線或者有線方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至邊緣網(wǎng)關(guān)，平臺應(yīng)用層指邊緣網(wǎng)關(guān)能夠完成瓦斯數(shù)字場的構(gòu)建、瓦斯動態(tài)云圖的顯示和瓦斯異常涌出的捕捉。

2 環(huán)境感知層

2.1 回采面瓦斯全覆蓋監(jiān)測布置

回采面瓦斯分布特征呈現(xiàn)極強(qiáng)的規(guī)律性，依據(jù)回采面瓦斯分布規(guī)律在必要位置安設(shè)監(jiān)測點(diǎn)即可完成回采面瓦斯的面域監(jiān)測，避免了安裝大量瓦斯傳感器。

2.1.1 回采面瓦斯分布特征

為搞清回采面瓦斯分布特征和變化規(guī)律，以某礦ZF211 工作面為對象，現(xiàn)場檢測了綜放面在生產(chǎn)和檢修期間回采面瓦斯體積分?jǐn)?shù)大小。ZF211 是高瓦斯厚煤層綜放開采工作面，該工作面傾向長度150 m，走向長度1 670 m，已經(jīng)推采長度200 m。工作面開采煤厚9 m，割煤高度3 m，放煤高度6 m，采深625 m，煤層具有輕微沖擊傾向性，開采前已進(jìn)行瓦斯抽放。

該采煤工作面共有98 架支架，每個支架作為1個監(jiān)測站，每個監(jiān)測站布置3 個監(jiān)測點(diǎn)（從煤壁至采空區(qū)依次為測點(diǎn)Bi、Ci、Ai）?？v向共有3 條測線，測線A 位于支架尾端頂部，測線B 位于支架前端頂部，測線C 位于支架中部頂部。

生產(chǎn)期間3 位檢測員分別沿著A、C、B 3 條測線從下隅角至上隅角檢測瓦斯體積分?jǐn)?shù)，每次檢測要保證傳感器在測點(diǎn)停留至少20 s，20 s 后記錄該點(diǎn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)。由于1#～3#液壓支架上堆煤嚴(yán)重妨礙了檢測任務(wù)，因此檢測任務(wù)從4#支架開始，到98#支架結(jié)束，得到測線A、測線B 和測線C 瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化特征圖。生產(chǎn)班回采面瓦斯分布特征和變化規(guī)律如圖2。

由圖2 獲取了采煤工作面生產(chǎn)期間瓦斯分布特征：①瓦斯體積分?jǐn)?shù)從下隅角到上隅角慢慢上升，下隅角區(qū)域和中部區(qū)域呈現(xiàn)“臺階上升”方式，上隅角區(qū)域呈“漸變上升”方式；②以采煤機(jī)為分割點(diǎn)，采煤機(jī)前方瓦斯體積分?jǐn)?shù)明顯小于采煤機(jī)后方，這是因?yàn)槁涿寒a(chǎn)生的瓦斯被風(fēng)流從采煤機(jī)前方吹向后方，但落煤對采煤機(jī)前方也會造成影響，影響范圍大約20 m，如圖中藍(lán)色方框，采煤機(jī)后方都是落煤的影響范圍；③上隅角位置是采煤工作面瓦斯體積分?jǐn)?shù)最高點(diǎn)，佐證了“單點(diǎn)監(jiān)測”模式的有效性。

2.1.2 回采面瓦斯全覆蓋監(jiān)測方案

根據(jù)采煤工作面瓦斯分布特征確定ZF211 采煤工作面瓦斯2 段式監(jiān)測方案。下隅角區(qū)域和中部區(qū)域瓦斯以“臺階方式”上升，相鄰臺階之間瓦斯體積分?jǐn)?shù)落差最大值為0.04%，因此在下隅角區(qū)域和中部區(qū)域瓦斯傳感器間隔布置，臺階長度最短為10 m，最長為42 m，在確保瓦斯傳感器數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定的情況下，確定間隔距離為14 m，即每間隔6 個液壓支架設(shè)置1 個監(jiān)測站，每個監(jiān)測站安設(shè)3 個瓦斯傳感器，共布置10 個監(jiān)測站，此為第1 段監(jiān)測布置方案。上隅角區(qū)域瓦斯以“漸變方式”上升，以每個液壓支架為監(jiān)測站依序瓦斯傳感器，共布置5 個監(jiān)測站，此為第2 段監(jiān)測布置方案。

2.2 MEMS 瓦斯傳感器

以ZF211 工作面為例，則需要安設(shè)45 個瓦斯傳感器。目前煤礦廣泛使用催化燃燒式瓦斯傳感器，但是該傳感器具有標(biāo)校頻繁、功耗高、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，如果工作面安設(shè)45 個催化燃燒式瓦斯傳感器，一方面井下一個通用監(jiān)控分站不允許連接這么多傳感器，另一方面后期維護(hù)工作量太大[7]。MEMS瓦斯傳感器的研制為該問題的解決提供了思路。

MEMS 瓦斯傳感器集成了微機(jī)械和微電子功能，由硅基材料和半導(dǎo)體集成電路制造工藝制成，具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗低、高可靠性、強(qiáng)大的抗振動和沖擊性等優(yōu)勢[8-9]。MEMS 技術(shù)可以將功能類型不同或敏感方向不同的傳感器集成起來形成一個“智能傳感系統(tǒng)”。因此通過整合微功耗瓦斯感知模組、無線自組網(wǎng)模組、主動動態(tài)標(biāo)校感知模組、定位模組、自發(fā)電模組于一體，實(shí)現(xiàn)瓦斯傳感器的“免標(biāo)校、自定位、自供電、自組網(wǎng)”等功能。免標(biāo)校指瓦斯傳感標(biāo)校周期≥1 年；自定位指可以將傳感器位置信息作為監(jiān)測數(shù)據(jù)一起傳輸，為構(gòu)建瓦斯體積分?jǐn)?shù)場提供位置信息；自供電指自發(fā)電模組發(fā)電功率≥0.5 mW，配合可充電電池實(shí)現(xiàn)傳感器自供電和連續(xù)供電；自組網(wǎng)指通過無線基站，1#瓦斯傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)傳給2#，2#連同1#監(jiān)測數(shù)據(jù)傳給3#，3#連同1#、2#監(jiān)測數(shù)據(jù)傳給4#，…，最后1 個瓦斯傳感器將所有瓦斯傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)[6]。

3 數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸主要包括傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸、傳感器與邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)之間數(shù)據(jù)傳輸以及邊緣網(wǎng)關(guān)與邊緣服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。

1）傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸。對于回采面多個傳感器數(shù)據(jù)傳輸首選無線傳輸方式，通過功耗低、延時低、容量大的無線自組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)瓦斯傳感器信息交互和數(shù)據(jù)傳輸。井下常用無線接口包括WIFI、藍(lán)牙、4G、5G、Zigbee、UWB 和LoRa 模塊，WIFI、藍(lán)牙、4G 無線傳輸技術(shù)已經(jīng)在煤礦運(yùn)用多年；蜂窩移動通信5G 技術(shù)具備較低的網(wǎng)絡(luò)延遲和較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠滿足井下高速控傳輸?shù)臒o線需求；Zigbee 無線通信技術(shù)在人員定位系統(tǒng)中廣泛使用，適用于短距離和低速率下的無線傳輸；與Zigbee 相同，UWB 無線傳輸也應(yīng)用于人員定位系統(tǒng)中，但是精度要更高；LoRa 具備低功耗、多節(jié)點(diǎn)、低速率、成本低和抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠適用于井下遠(yuǎn)距離中低速通信和小數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸。不論采用那種無線方式，都應(yīng)滿足無線射頻模組功耗小于200 mW、通信距離大于10 m、單節(jié)點(diǎn)傳輸延遲小于0.4 ms和通信網(wǎng)絡(luò)自愈時間小于10 ms 的要求。

2）傳感器和邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸。傳感器和邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)可采用有線和無線結(jié)合的方式，無線傳輸方式如上所述。有線傳輸在井下應(yīng)用相當(dāng)成熟，并且通用監(jiān)控分站與傳感器之間有線傳輸已經(jīng)形成了一些通用標(biāo)準(zhǔn)接口，主要包括RS485、CAN 和以太網(wǎng)等通信接口，可以直接應(yīng)用。同時考慮到邊緣網(wǎng)關(guān)會接收較多異構(gòu)數(shù)據(jù)，建議增加PLC 接口和MiniPCIe 外擴(kuò)接口，包括UART、SPI 和I2C 等板級通信總線，用于擴(kuò)展其他必要的有線數(shù)據(jù)傳輸。

3）邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和邊緣計(jì)算服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。由邊緣網(wǎng)關(guān)至邊緣服務(wù)器之間系統(tǒng)復(fù)雜、傳輸線路紛雜、數(shù)據(jù)量龐大，建議選用適合遠(yuǎn)距離通信、抗干擾能力強(qiáng)的有線傳輸方式。

4 平臺應(yīng)用層

如何對大量的瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，最終生成可視化云圖和數(shù)字場的支撐數(shù)據(jù)組以及進(jìn)行視覺展示也是個難題。在現(xiàn)有的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，瓦斯傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)主動上傳至通用監(jiān)控分站，再由通用監(jiān)控分站上傳至地面計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)處理分析后下發(fā)控制指令給通用監(jiān)控分站實(shí)施斷電或復(fù)電功能?；蛘咄ㄓ帽O(jiān)控分站自主完成瓦斯超限聲光報警、斷電和瓦斯風(fēng)電閉鎖控制等功能[10-14]。可見，通用監(jiān)控分站僅具備與地面計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換以及簡單的控制功能，不具備數(shù)據(jù)的處理與分析、數(shù)字場的構(gòu)建以及可視化顯示等功能，應(yīng)尋找通用監(jiān)控分站的替代品。邊緣計(jì)算技術(shù)的發(fā)展為解決這一問題提供了有效途徑。

“邊緣計(jì)算”最初由美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室的RyanlaMothe 第一次提出，定義為“edge computing”，該定義已經(jīng)具備了云服務(wù)的下行和萬物互聯(lián)的上行[15]。美國韋恩州立大學(xué)施巍松教授團(tuán)隊(duì)給出了邊緣計(jì)算的正式定義[16]：邊緣計(jì)算是指在網(wǎng)絡(luò)邊緣執(zhí)行計(jì)算的一種新型計(jì)算模型，邊緣計(jì)算操作的對象包括來自于云服務(wù)的下行數(shù)據(jù)和來自于萬物互聯(lián)服務(wù)的上行數(shù)據(jù)，而邊緣計(jì)算的邊緣是指從數(shù)據(jù)源到云計(jì)算中心路徑之間的任意計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源，是一個連續(xù)統(tǒng)。與云計(jì)算相比，邊緣計(jì)算具有2 個明顯優(yōu)點(diǎn)[17-18]：①直接在數(shù)據(jù)源端處理大量數(shù)據(jù)，不必全部上傳云端，減輕了網(wǎng)絡(luò)帶寬和數(shù)據(jù)中心功耗的壓力；②在靠近數(shù)據(jù)源端做數(shù)據(jù)處理，不需要通過云計(jì)算中心的響應(yīng)，大大減少了系統(tǒng)延遲，增強(qiáng)了服務(wù)響應(yīng)能力。

由此可知，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)屬于嵌入式設(shè)備，其具備工業(yè)場合常用的通信能力，可接入?yún)^(qū)域內(nèi)的實(shí)時數(shù)據(jù)，能夠在數(shù)據(jù)源附近處理大量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，可以有效減小計(jì)算系統(tǒng)的延遲和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?。為此在邊緣?jì)算網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌數(shù)據(jù)處理模型、單點(diǎn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)異常波動判別模型，完成瓦斯數(shù)字場的構(gòu)建、瓦斯動態(tài)云圖的顯示和瓦斯異常涌出的捕捉。

4.1 構(gòu)建回采面瓦斯體積分?jǐn)?shù)場及視覺展示

采煤工作面45 個瓦斯傳感器，每分鐘將產(chǎn)生接近27 000 個監(jiān)測數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)通過數(shù)值插值算法生成可視化云圖的支撐數(shù)據(jù)組，實(shí)現(xiàn)井下實(shí)時構(gòu)建瓦斯數(shù)字場、生成瓦斯動態(tài)云圖。

以ZF11 工作面監(jiān)測數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說明：①步驟S1：獲取瓦斯傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)；②步驟S2：根據(jù)瓦斯傳感器的位置信息以及瓦斯體積分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)生成三維數(shù)據(jù)（x，y，z），x 方向指瓦斯傳感器在選定支架中的橫向位置排序（從采空區(qū)至煤層剝落區(qū)方向），y方向是指瓦斯傳感器所在的選定支架的縱向位置排序（從下隅角到上隅角方向）；③步驟S3：利用二維三次樣條插值算法對三維數(shù)據(jù)進(jìn)行插值運(yùn)算，得到的采煤工作面的瓦斯體積分?jǐn)?shù)分布特征云圖如圖3。由圖3 可以獲知回采面瓦斯逐步的臺階上升和漸變上升的波動特征。

圖3 生產(chǎn)班回采面瓦斯分布特征和變化規(guī)律Fig.3 Distribution characteristics and changing laws of methane on coal face in production squads

圖3 數(shù)據(jù)插值過程及回采面瓦斯體積分?jǐn)?shù)場云圖Fig.3 Data interpolation process and cloud diagram of methane concentration field in mining face

4.2 回采面瓦斯涌出異常判定

通過構(gòu)建回采面瓦斯體積分?jǐn)?shù)云圖，實(shí)時展現(xiàn)回采面瓦斯流場分布特征，從宏觀角度獲取了瓦斯變化規(guī)律；捕捉瓦斯異常還應(yīng)該建立數(shù)據(jù)異常判別模型，從微觀角度判定瓦斯的異常波動行為。通過構(gòu)建單點(diǎn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)異常波動識別模型對時間序列內(nèi)單點(diǎn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)的異常起伏進(jìn)行判定。

1）時間序列內(nèi)單點(diǎn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)涌出異常的判定。由ZF211 綜放工作面回采期間瓦斯體積分?jǐn)?shù)曲線可知，瓦斯體積分?jǐn)?shù)最大值Tmax=0.35，瓦斯體積分?jǐn)?shù)均值T=0.2,瓦斯體積分?jǐn)?shù)最小值Tmin=0.15，說明瓦斯體積分?jǐn)?shù)浮動的正常范圍是0.05～0.15。根據(jù)以上分析制定判定單點(diǎn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)為異常數(shù)據(jù)的規(guī)則，以ZF211 工作面為例，工作面共安裝45 個傳感器，傳感器定義為T1、T2、…、T45，現(xiàn)對傳感器Tx（1≤x≤45）的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行判定。系統(tǒng)每隔30 s 從數(shù)據(jù)庫讀取傳感器Tx（1≤x≤45）的1 個監(jiān)測數(shù)據(jù)，該數(shù)值為30 s 周期內(nèi)的最大值。第1 個數(shù)據(jù)記為t1，第i記為ti（1≤i≤960），1 個生產(chǎn)班共讀取960 個數(shù)據(jù)，對960 個數(shù)據(jù)作如下分析：①獲取上一班次傳感器Tx瓦斯體積分?jǐn)?shù)最高值tmax與均值t，作為本班次Tx單點(diǎn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)是否異常的判斷標(biāo)準(zhǔn)；②任意時刻本班次傳感器Tx瓦斯體積分?jǐn)?shù)值為ti（0＜i≤960），若ti＜tmax，則判定ti為正常數(shù)據(jù)，令i=i+1，依次對數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，若i＞960，則本班次傳感器Tx瓦斯體積分?jǐn)?shù)未出現(xiàn)異常，進(jìn)入下一班次對瓦斯體積分?jǐn)?shù)值進(jìn)行判定；③任意時刻本班次傳感器Tx瓦斯體積分?jǐn)?shù)值為ti，若ti＞tmax，且ti-tmax＞tmax-t，則判定ti為異常數(shù)據(jù)，標(biāo)記為第1 個異常數(shù)據(jù)a1，記j=1；④接著判斷ti+1，若ti+1＞tmax，且ti+1-tmax＞tmax-t，則判定ti+1為異常數(shù)據(jù)，標(biāo)記為第2 個異常數(shù)據(jù)t2，記j=j+1；⑤在6 min 內(nèi)，若j≥8，則認(rèn)為傳感器Tx瓦斯體積分?jǐn)?shù)異常波動，采取相應(yīng)處置措施。

2）回采面瓦斯異常判定。通過單點(diǎn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)異常波動判別模型判定了時間序列內(nèi)某個傳感器Tx的瓦斯涌出是否異常，回采面共計(jì)45 個瓦斯傳感器（以ZF211 工作面為例），通過模型對每個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，則獲得45 個結(jié)果且均勻分布，這不利于結(jié)果整合。依據(jù)回采面瓦斯體積分?jǐn)?shù)分布狀態(tài)，將回采面劃分成3 個區(qū)域：瓦斯低體積分?jǐn)?shù)區(qū)、瓦斯體積分?jǐn)?shù)上升區(qū)、瓦斯高體積分?jǐn)?shù)區(qū)。瓦斯低體積分?jǐn)?shù)區(qū)內(nèi)甲烷傳感器為A1、B1、C1；瓦斯體積分?jǐn)?shù)上升區(qū)內(nèi)甲烷傳感器為A2、…、A10，B2、…、B10，C2、…、C10；瓦斯高體積分?jǐn)?shù)區(qū)內(nèi)甲烷傳感器為A11、…、A15，B11、…、B15，C11、…、C15；各個區(qū)域內(nèi)，只有有1 個傳感器瓦斯涌出異常，則認(rèn)為該區(qū)域瓦斯涌出異常?；夭擅嫱咚巩惓Ｆ鸱卸ǚ椒ㄈ鐖D4。

圖4 回采面瓦斯異常起伏判定方法Fig.4 Judgment method of abnormal methane fluctuation in working face

5 結(jié) 語

回采工作面瓦斯單點(diǎn)監(jiān)測模式已在煤礦實(shí)施多年，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)超限報警功能，但是不能展現(xiàn)瓦斯流場分布狀態(tài)以及捕捉瓦斯異常起伏行為。鑒于此，以“環(huán)境感知層-數(shù)據(jù)傳輸層-平臺應(yīng)用層”3 個關(guān)鍵問題為主線，論述了基于邊緣計(jì)算技術(shù)的瓦斯災(zāi)害智能感知方法。

1）在環(huán)境感知端，通過分析回采面瓦斯變化特征和分布規(guī)律，設(shè)計(jì)了回采面瓦斯全覆蓋監(jiān)測方案，提出了傳感器“間隔布置”和“依序布置”2 種布置方式，借助“免標(biāo)校、自定位、自供電、自組網(wǎng)”MEMS 瓦斯傳感器實(shí)現(xiàn)了回采面瓦斯全覆蓋監(jiān)測布置系統(tǒng)。

2）在數(shù)據(jù)傳輸層，提出了傳感器之間采用無線傳輸方式，傳感器與邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)之間采用有線和無線相結(jié)合方式，邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和邊緣服務(wù)器之間采用有線傳輸方式。

3）在平臺應(yīng)用層，用邊緣網(wǎng)關(guān)替代通用監(jiān)控分站，使其不僅具備了通信能力，還具有一定的運(yùn)算能力和高級判斷功能；邊緣網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌數(shù)據(jù)處理模型、單點(diǎn)瓦斯?jié)舛犬惓２▌优袆e模型，能夠在井下實(shí)時構(gòu)建瓦斯數(shù)據(jù)場、形成空間云圖、捕捉瓦斯涌出異常行為，實(shí)現(xiàn)礦井回采面瓦斯動態(tài)云圖可視化和災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警。