摘要：近年来，以物联网为代表的新一代信息技术在煤矿中广泛应用，实现了对煤矿安全生产相关的环境信息、人员信息、设备运转信息的实时提取。与此同时煤矿安全管理者也面临着大数据所带来的困扰，即无法在短时间内快速准确地掌握安全问题，更谈不上对各类安全问题进行及时处理。基于此，本文主要以三道沟煤矿工业场地至风井场地35KV架空线路通道可视化为背景进行分析探讨。
关键词：认知负荷；煤矿安全；可视化；作用机理
前言
随着国民经济的高速发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对供电部门提供电力供应的质量（稳定性、不间断性及伴随服务）要求也越来越高，因此远距离高压输电线路的电网运行的安全性显得尤为重要。为此以信息可视化为基础的可视化管理理念应运而生并开始在煤炭企业中有所应用，旨在用直观方式阐释抽象的数据信息。
1 煤矿安全可视化管理
所谓可视化是通过建立各类图像、动画等媒体来使讯息的交流沟通更为便捷的方法或技术。通过将可视化技术融入到煤矿安全管理，强调管理的直观性、可见性，形成煤矿安全可视化管理。煤矿安全可视化可以分为管理工程和管理信息可视化两大部分。管理过程可视化就是通过模拟或者监控等手段实现对煤矿生产的监测、记录或者控制。安全管理信息可视化就是对企业生产系统产生的有关信息或者人工记录进行分析处理。由于煤矿安全管理涉及的对象种类繁多、生产过程复杂、位置分散通信不便等原因，实现的难度比较大。可视化管理具有直观、高效的特点，将其引入煤矿安全管理，可以有效地改善煤矿安全管理状况。
2 煤矿安全可视化作用机理
根据以上对安全信息认知加工过程和安全可视化内涵及特征的分析，安全可视化之所以能够提高煤矿安全管理水平，其作用机理是它能够降低安全管理人员的内在和外在认知负荷，提高有效认知负荷，进而提高煤矿安全管理效率，促进煤矿安全管理科学化。
2.1 图像数据采集压缩编解码技术
本项目采用H.264+优化压缩编码技术、单卡4G/3G/GPRS通道传输技术、网络编码自适应技术等技术；支持双向语音传输，支持高清视频传输，支持图片实时抓拍，解决超远距离无线图像传输的问题。其主要包括：H.264+优化后压缩编码技术；多线程处理等技术；网络编码自适应技术；流媒体转发技术；数字模糊算法模型技术等。
2.2 4G/3G/GPRS无线数据传输技术
4G/3G/GPRS无线网络要比单跳网络更加稳定，这是因为在数据通信中，网络性能的发挥并不是仅依靠某个节点.在传统的单跳无线网络中，如果固定的AP发生故障，那么该网络中所有的无线设备都不能进行通信.而在4G/3G/GPRS网络中，如果某个节点的AP发生故障，它可以重新再选择一个AP进行通信，数据仍然可以高速地到达目的地。从物理角度而言，无线通信意味着通信距离越短，通信的效果会越好.因为随着通信距离的增长，无线信号不但会衰弱而且会相互干扰，从而降低数据通信的效率。而在4G/3G/GPRS网络中，是以一条条较短的无线网络连接代替以往长距离的连接，从而保证数据可以以高速率在节点之间快速传递。
2.3 传感器探测技术
传感器是“输电线路视频在线监测装置”的首要部件，是能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器应准确的和快速地响应被测量的各种各样的变动，主要通过其两个基本特性——静态特性和动态特性来反映被测量的这种变动性。
2.4 信号处理及诊断技术
对传感器采集道德信号进行处理分析的目的是抑制干扰和提取信号特征，其方法可分时域分析、频域分析等。诊断技术的发展趋势是传感器的精密化和多维化、诊断理论与诊断模型的多元化、诊断技术的智能化。其中，智能诊断方法有模糊逻辑、神经网络、进化计算和专家系统等；以特征量性质的诊断方法有阀值诊断、时域波形诊断、频域特征诊断和指纹诊断等。
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2.5 监控中心服务器软件管理技术
控制中心的设计相对于监测站的设计开发来讲较为简单，硬件设计少，除了普通微机（或工作站、工控机）外，还需要网络接入设备（若无线通信采用自行设计的模块实现，则须开发专用的无线网卡插入微机主板的预留总线插槽中）。控制中心的设计开发主要集中在应用软件的设计开发上，一般是基于Windows操作系统的。当前用于此类软件开始、调试的工具较多，且功能强大，给控制中心软件的设计带来便利。
3 统功能特点
3.1 统高稳定性，保证设备正常运转
远程数据图像采集器主机芯片国外进口，所有器件采用工业级、低功耗、高稳定性的ARM嵌入式处理器设计；在软件上使用稳定的、精简的嵌入linux操作系统内核版本和具备写平衡的文件系统，使得系统具备性能稳定、安全可靠的高效特性，满足长时间、不间断工作而免维护的需求。
3.2 高清晰数字视频及图片即时获取
在无线4G/3G/GPRS传输网络的条件下，能即时获取远端现场高清晰数字视频及图片。通过视频可以监视：（1）监视塔基角钢被人为偷盗、破坏的威胁；（2）监视林区高树成长对高压输变电线路的威胁；（3）监视冬季林区积雪下，无法人工巡线条件下，高压输变电线路的安全；（4）监视挖沙对塔基的威胁；（5）安装塔基高处巡视线路、绝缘子、树木压线、下方偷盗情况。
3.3 具有杆塔外力破坏监测功能
当有外力告警时，三鉴红外探测器及时探测，并启动喇叭进行现场告警，同时联动摄像机将拍摄的视频、图像信息上传到监控中心。
3.4 远端可拍，近端可控
监控客户端连接互联网后，可通过监控服务器的中转实时向远程数据图像采集器发送摄像头变焦、云台角度偏转等指令，对摄像机进行控制。
3.5 便捷的供电方式及电源管理功能
视频监测装置主机采用12V高性能电池供电，一次充电可连续工作一星期以上，如果使用太阳能充电系统，可以长期在野外使用。
视频监测装置主机带有电源管理功能，可以根据需要切断外部摄像头、云台的供电以延长蓄电池的工作时间。
3.6 监控容量大
系统可支持多达上千台的视频监测主机装机容量和上千个客户端用户数量。一个客户端可同时监控多台视频监测主机，但任一时刻一台远程数据图像采集器只能被一个客户端访问。
3.7 用户的权限管理
监控客户端对视频监测主机进行访问需要进行用户身份的验证，系统定义了两种用户身份：管理员用户和普通用户。管理员用户可以设置修改监控的配置参数，普通用户只能进行图像的浏览。
3.8 完善的视频、图片管理、外力报警功能
监控客户端可实现对历史图像数据的存取、检索、图像数字处理、对比分析及异常情况预警，可扩展微气象监测、杆塔倾斜监测等功能。按系统设备的技术要求对其产品的性能和配置进行测试检查，安装方将提供测试计划、测试过程、完成测试中使用的测试数据及测试报告，并建立用户档案及跟踪用户使用信息，以备在维护时调阅。
结语
综上所述，通过煤矿安全可视化处理，实现了安全数据直观透明化、深度互联化和信息处理智能化，降低了安全管理人员外在和内在的认知负荷，提高了有效认知负荷，使有限的工作记忆得以充分利用，最终表现为煤矿安全管理水平的提高。
参考文献：
[1]谭章禄.李光达.煤矿可视化集成管理平台的研究与设计[J].中国煤炭，2016，08：64-68.
[2]张长鲁.谭章禄.基于认知负荷的煤矿安全可视化作用机理[J].安全与环境工程，2015，01：131-134+147.
论文作者:张仰行1,王宪涛2,姬鹏飞3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/11
标签：技术论文; 煤矿安全论文; 煤矿论文; 图像论文; 认知论文; 视频论文; 信息论文; 《电力设备》2017年第27期论文;