王曙東

（徐州科瑞礦業(yè)科技有限公司，江蘇 徐州 221008）

1 研究背景、現(xiàn)狀及意義

1.1 研究背景

智慧化調(diào)度指揮已經(jīng)成為煤炭行業(yè)發(fā)展的一大趨勢(shì)，促使數(shù)字礦井的概念應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字化有助于提高指揮調(diào)度的水平，但煤礦環(huán)境復(fù)雜，調(diào)度軟件模型復(fù)雜多變?；瑒?dòng)視頻樣例的訓(xùn)練過程容易因局部極小值而影響訓(xùn)練過程，以偏概全，得不到全局最優(yōu)解。此外，訓(xùn)練過程中計(jì)算量大、訓(xùn)練次數(shù)多、學(xué)習(xí)效率低以及收斂速度慢。隨著煤礦企業(yè)數(shù)字化的不斷推進(jìn)，人臉識(shí)別和行為識(shí)別檢測(cè)等在煤礦指揮調(diào)度上獲得發(fā)展[1]。

1.2 研究現(xiàn)狀

將智慧云運(yùn)用在煤礦企業(yè)中，使得平臺(tái)中的軟件能及時(shí)調(diào)用設(shè)備和進(jìn)行指揮管控，保障了礦井的安全生產(chǎn)。智慧云項(xiàng)目是將軟件與硬件相結(jié)合，達(dá)到了統(tǒng)一接口規(guī)范、信息化系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)以及數(shù)據(jù)共享的目的。

1.3 研究意義

智慧云調(diào)度指揮管理服務(wù)平臺(tái)包括自動(dòng)監(jiān)控、報(bào)警以及遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備狀況等功能，能夠幫助企業(yè)更好地觀察設(shè)備數(shù)據(jù)和監(jiān)控各區(qū)域情況，保障礦井安全生產(chǎn)。礦井的各個(gè)區(qū)域有不同的設(shè)備處理不同的工作。遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警功能能夠?qū)崟r(shí)查看礦井的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，減輕了企業(yè)壓力[2-4]。

2 需求分析與研究?jī)?nèi)容

智慧云調(diào)度指揮管控服務(wù)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱智慧云平臺(tái)）是為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)和高效管理而打造的管理服務(wù)平臺(tái)。融合安防和智能化的前沿技術(shù)以及專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，集視頻、門禁、可視對(duì)講、融合通信、動(dòng)力環(huán)境、安全管控、作業(yè)管控、智能巡檢以及輔助決策等多個(gè)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)為一體，是一款高效、開放以及靈活的平臺(tái)軟件產(chǎn)品，可為客戶提供設(shè)備安全、環(huán)境安全、生產(chǎn)安全以及作業(yè)安全的綜合智能解決方案。通過對(duì)傳統(tǒng)調(diào)度指揮管控服務(wù)平臺(tái)的研究和對(duì)目前技術(shù)的了解，根據(jù)煤礦的現(xiàn)狀詳細(xì)設(shè)計(jì)智慧云平臺(tái)的總體框架，構(gòu)建智慧云平臺(tái)的功能模型。

3 智慧云平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

3.1 智慧云平臺(tái)的模塊組成

智慧云平臺(tái)由智慧云監(jiān)測(cè)預(yù)警子系統(tǒng)整合和統(tǒng)一管理采集的告警信息，通過視頻監(jiān)控和通信等功能與之融合，實(shí)現(xiàn)告警信息聯(lián)動(dòng)展現(xiàn)、通信互聯(lián)以及協(xié)同顯示3大功能，滿足預(yù)警監(jiān)測(cè)、快速處置以及協(xié)同作戰(zhàn)等安全管控業(yè)務(wù)需求，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程[5,6]。智慧云平臺(tái)功能模塊如圖1所示，根據(jù)功能將用戶設(shè)置為超級(jí)管理員、管理員、操作員以及移動(dòng)用戶4類角色。功能分為基礎(chǔ)功能、人臉識(shí)別、報(bào)警、知識(shí)圖譜、可視化對(duì)講等。

圖1 智慧云平臺(tái)功能模塊

3.2 總體架構(gòu)

設(shè)計(jì)與開發(fā)智慧云平臺(tái)，確定系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，平臺(tái)主要實(shí)施應(yīng)用軟件、調(diào)度指揮平臺(tái)服務(wù)以及基礎(chǔ)設(shè)施3方面內(nèi)容。

3.2.1 智慧云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施

建設(shè)智慧云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施的過程中，基于本地云計(jì)算中心的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施以及其對(duì)應(yīng)的相關(guān)技術(shù)，建設(shè)對(duì)應(yīng)的智慧云調(diào)度管控服務(wù)云計(jì)算基礎(chǔ)。根據(jù)實(shí)際需要布置相關(guān)的設(shè)備和數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)操作控制軟件、煤礦信息數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及運(yùn)行環(huán)境，為客戶提供先進(jìn)的云服務(wù)系統(tǒng)。利用虛擬技術(shù)建設(shè)相關(guān)的調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施有效管理，有助于降低系統(tǒng)的整體運(yùn)行成本，提高運(yùn)行效率和質(zhì)量[7]。

3.2.2 調(diào)度指揮管控平臺(tái)服務(wù)

建設(shè)云資源管理平臺(tái)，有利于實(shí)現(xiàn)智慧云調(diào)度指揮管控服務(wù)的實(shí)踐效果。利用對(duì)數(shù)據(jù)的搜索和訪問、對(duì)系統(tǒng)元數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)、對(duì)引擎的有效維護(hù)以及對(duì)醫(yī)療服務(wù)界面的開發(fā)和維護(hù)等，為用戶提供對(duì)用戶權(quán)限的管理、對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)營的管理等支持。利用智慧云平臺(tái)建設(shè)為客戶提供智能化服務(wù)的信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各種煤炭資源的有效整合和優(yōu)化配置，設(shè)計(jì)最佳的資源調(diào)度方案。

3.2.3 應(yīng)用軟件

智慧云平臺(tái)框架如圖2所示。智慧云平臺(tái)采用人工智能S-T視頻分析技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建煤礦井下智慧云數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)分析框架，實(shí)現(xiàn)煤礦井下人員、設(shè)備以及環(huán)境數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，抑制信息孤島現(xiàn)象，創(chuàng)造一個(gè)適合未來智能化煤礦發(fā)展的服務(wù)平臺(tái)。總體框架自上而下分為設(shè)備接入層、數(shù)據(jù)交互層、基礎(chǔ)支撐層、基礎(chǔ)應(yīng)用層、應(yīng)用服務(wù)層以及業(yè)務(wù)表現(xiàn)層6層。業(yè)務(wù)表現(xiàn)層包含瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）客戶端、客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server，C/S）客戶端、App移動(dòng)端以及小程序等，可滿足用戶不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

圖2 智慧云平臺(tái)框架

4 智慧云平臺(tái)特點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景

4.1 智慧云平臺(tái)特點(diǎn)

智慧云平臺(tái)是以信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化為建設(shè)核心，基于智能物聯(lián)的綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái)軟件，具備強(qiáng)大的后臺(tái)服務(wù)能力，具有接口規(guī)范、多信息化系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、高度的數(shù)據(jù)共享以及可最大限度交互等優(yōu)勢(shì)，滿足客戶不同應(yīng)用端的使用需求。

4.2 智慧云平臺(tái)創(chuàng)新點(diǎn)

4.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型

采用FcaNet頻率通道注意力網(wǎng)絡(luò)和YOLOv5網(wǎng)絡(luò)模型，在YOLOv5的基礎(chǔ)上構(gòu)建煤礦井下人臉應(yīng)用邊緣處理模型Fca_YOLO。通過構(gòu)建包含隱含層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以更少的單層參數(shù)與更深的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)煤礦井下人臉識(shí)別、布控、以圖搜圖以及人體車體特征等應(yīng)用，確保高準(zhǔn)確率和高效率。

4.2.2 輕量級(jí)工作流設(shè)計(jì)思想

“可視化界面”即定義排查工作流程界面，根據(jù)要求將其轉(zhuǎn)變成機(jī)構(gòu)模型和信息模型中所闡釋的關(guān)系模型結(jié)構(gòu)，建立完備的工作流引擎的數(shù)據(jù)模型。工作流引擎應(yīng)用框架如圖3所示。

圖3 工作流引擎應(yīng)用框架

4.3 系統(tǒng)應(yīng)用前景

傳統(tǒng)的調(diào)度指揮管控服務(wù)平臺(tái)在建設(shè)理念、系統(tǒng)架構(gòu)以及業(yè)務(wù)功能擴(kuò)展等方面存在諸多弊端。該項(xiàng)目對(duì)煤礦的調(diào)度指揮管控服務(wù)平臺(tái)重新進(jìn)行思考和定位，打造智慧云平臺(tái)，解決了目前煤礦運(yùn)營時(shí)效性低下、生產(chǎn)過程中應(yīng)對(duì)緊急情況的掌控力弱以及無法及時(shí)響應(yīng)井下突發(fā)事件的情況，全面提升了應(yīng)用系統(tǒng)的使用效率與體驗(yàn)。

5 結(jié) 論

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國的煤礦企業(yè)不斷壯大。構(gòu)建一個(gè)行之有效的智慧云平臺(tái)十分必要，契合了一個(gè)企業(yè)不斷向信息化轉(zhuǎn)變的需要，逐步完善了企業(yè)在新發(fā)展形勢(shì)下的管理制度。為應(yīng)對(duì)煤礦企業(yè)對(duì)智慧云調(diào)度系統(tǒng)的需求，智慧云調(diào)度平臺(tái)需具備以下功能。

第一，智慧云調(diào)度平臺(tái)能夠幫助業(yè)務(wù)人員快速、直觀、全局地掌握廠區(qū)的安全狀況。

第二，構(gòu)建智慧云調(diào)度平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)安全管控、安全監(jiān)測(cè)、人員定位、知識(shí)圖譜、實(shí)時(shí)預(yù)覽、動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)、門禁業(yè)務(wù)、人臉應(yīng)用、可視對(duì)講、作業(yè)管控、智能巡檢以及輔助決策等功能。

第三，較為全面地明確智慧云調(diào)度平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的具體功能模塊、各分支模塊以及平臺(tái)的性能需求，提高安全管控各環(huán)節(jié)的溝通效率，降低由于通信不暢和層級(jí)煩瑣造成的損失。

第四，智慧云調(diào)度平臺(tái)在人臉識(shí)別系統(tǒng)部分重點(diǎn)闡述了人臉識(shí)別的工作流程、人臉識(shí)別算法、基于FcaNet頻率通道注意力網(wǎng)絡(luò)和YOLOv5網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下人臉識(shí)別、布控、以圖搜圖等應(yīng)用。