煤矿职业危害数据采集与存储技术研究

吴京朋+程诚

摘要：为解决煤矿企业职业病危害监管中数据处理速度慢，数据模糊的问题，本文针对煤矿职业危害监管系统采集的煤矿职业危害数据的特点，通过采用北斗卫星通信链路进行数据采集，设计煤矿职业危害监管系统分布式数据库进行数据存储，以提高数据处理的速度和准确性。

关键词：煤矿职业危害；数据采集；数据存储

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）09-0039-02

1 引言

如今伴随着我国经济水平的飞速发展，煤矿企业也随之增多，但是煤矿工人的生产条件和作业条件依旧相对较差，急需解决的不足和问题依然较多。伴随着职业健康安全评估系列标准（OHSAS）及相关标准OHSAS18001：2007、OHSAS18002：2007[1]全球范围内实施，呼吸性粉尘、噪声、高温、有毒有害物质等职业病危害的监管受到各国的广泛重视。

但我国煤矿生产者大多侧重于使用相对独立的粉尘、噪声、温湿度等监测系统，再加上我国现有的煤矿监管系统对数据处理速度相对较慢，日积月累，收集了大量的历史信息数据。因而利用传统对数据分析的方法来处理这些数据是远远不能够满足实际需求，而且通过人工获得的信息误差较大，甚至是模糊数据。就煤矿职业病危害的监管而言，如何采用新的数据处理技术提高数据采集和存储的处理速度和准确性显得尤为重要。

本文主要针对煤矿职业危害监管系统采集的煤矿职业危害数据的特点，采用北斗卫星通信链路作为数据采集系统通信链路，设计煤矿职业危害监管系统分布式数据库的数据存储模式，以提高数据的处理速度和准确性。

2 煤矿行业职业危害数据特征分析

煤矿行业职业病危害是指在生产劳动过程及其环境中存在或产生的，对职业人群的作业能力、安全和健康可能造成不良影响的一切要素或条件的总称。煤矿职业危害因素主要包括：粉尘、振动、高温、噪声和硫化氢气体等。

参照《中华人民共和国国家职业卫生标准》[2]中有关工作场所化学有害因素职业接触的限值。以粉尘浓度职业危害接触限值为例，部分接触限值如表1所示。

呼吸性粉尘：按呼吸性粉尘标准测定方法所采集的空气动力学直径均在7.07μm以下，空气动力学直径5μm粉尘粒子的采样效率为50%的可进入肺泡的粉尘粒子，简称为呼尘。

3 煤矿职业危害数据采集与存储技术的总体设计

煤矿职业危害数据采集与存储技术主要分为数据采集和数据存储两大部分。数据采集技术研究部分通过使用北斗卫星的通信链路实现工矿企业职业危害数据的传输汇总，以解决煤矿职业危害监管不能覆盖全国和数据传输时间较长等问题。

数据存储技术研究部分采用基于面向对象设计的思想，设计煤矿职业病危害监管系统的分布式数据库，以形成统一的一套国家、省、市/集团与煤矿四级管理的水平分布+垂直分布的煤矿职业病危害监管系统。

4 煤矿职业危害数据采集技术的详细设计

根据北斗卫星通信的优点，结合煤矿职业危害监管系统要求对全国范围内的煤矿职业危害状况进行监管的特点，本系统选择具有我国自主知识产权，信号全覆盖的北斗卫星通信链路作为系统通信链路。

设计基于北斗卫星短报文通信的无线通信终端及网关，能够通过以太网同地面监控系统通信，获取矿井下的职业危害数据，并按照北斗短报文通信协议将数据通过北斗卫星中继站发送到远端的北斗无线通信网关。北斗无线通信网关接收到数据后，将数据按照TCP/IP协议封装成可在英特网上传输的数据，通过英特网转发给云端的煤矿职业危害数据采集与存储系统。设计的地面监控站呼吸性粉尘浓度采集、处理及通过北斗卫星转发职业危害数据实验实物图，如图1所示。

煤矿职业危害数据采集部分采取B/S网页服务器的方式，支持用户远程登录访问职业危害监管系统，选用C#[3]作为开发语言来进行煤矿职业危害监管系统的界面设计。

为了满足用户对于安全性的需求，煤矿职业危害数据采集系统应具有用户登录模块与管理模块，用户登录系统前需要输入用户名及密码以核实身份，只有身份核实通过的用户才有权限修改煤矿职业危害的数据参数，以保证系统的安全性；系统具有远程数据接收模块，保存由北斗网关通过英特网转发过来的数据；系统数据处理模块，对接收到的煤矿职业危害数据进行分析处理并显示，通过初始化煤矿职业危害数据的报警值和预警值参数判断设备是否正常的运行。系统的历史记录查询模块，能查询到煤矿职业危害监管的历史数据、与历史数据对比功能、提供图表显示数据以往的变化趋势等功能。职业危害监管系统数据中心功能模块如图2所示。

5 煤矿职业危害数据的存储技术的详细设计

本系统采用SQL Server的分布式数据[4]库作为存储的数据库，存储采集到的大量职业危害数据，构建适合于我国煤矿职业危害监管现状的基于云+端的职业危害扁平化监管系统，依据我国煤矿的特点，构建国家、省、市/集团与煤矿四级的水平分布+垂直分布的分布式数据库系统。

水平分布部分：在监管最底层煤矿第四级管理部分设计成若干不相交的数据子集，每个矿区各自为独立的不相关的子集，每个子集又为整体关系的一部分，与上一级集团公司相关联。系统采用链接服务器和分布式分区视图的方法构建水平分布式数据库。基本思想为将表按照分区键划分为两个或两个以上更小的字段，而分区键通常使用一个经常被用来选取特定范围的数据字段，以得到较高的分区效率，将划分好的分区表分布在多个场地的服务器上，最后通过创建分区视图的方法合并所有分区表，实现对整个数据集的访问。

垂直分布部分：设计基于云+端的职业危害监管系统将完全采用一体化集中管理、分布式数据处理模式构建的实施方案，形成统一的一套国家、省、市/集团与煤矿四级管理的煤矿职业病危害监管系统。系统采用存储过程的方法实现分布式数据库的垂直分片。基本思想是使用链接服务器和存储过程相结合的方法，将用户提交的全局操作转变为对多个场地的垂直分片表的局部操作。使用存储过程保证了分布式事务的ACID特性，存储过程是存储在服务器上的预编译好的SQL语句集，使用存储过程将多个场地的垂直分片表的操作放在一个分布事务内，实际操作中要么全部提交，要么全部退回，这样很好的保证了数据的一致性。

混合式数据分布部分：由于分布式数据库系统必须以最小的代价保持各冗余副本的一致性，即对一个数据库的逻辑对象的修改，必须将该对象的所有副本做出相同的修改。该系统通过使用SQL Server数据库复制技术来解决这一复杂的问题，从而保持各冗余副本的数据一致性。

6 结语

本文将传感器采集到的煤矿职业危害数据通过北斗卫星的通信链路传输，大大地减少了数据传输时间；数据传输至计算机后，通过设计好的煤矿职业危害分布式数据处理系统对数据自动进行分布式数据存储。通过实际的验证表明，本文设计的煤矿职业危害分布式数据处理系统能够快速、准确、有效地采集和存储煤矿职业危害数据，其数据的处理结果准确度完全达到了煤矿安全规程标准中对煤矿职业危害的监管要求。以上述工作为基础，对系统的完善进行下一步的展望，如针对系统数据应用较为完善的分析方法等。

参考文献

[1]王爽.数值模拟方法在受限空间粉尘职业危害定量评估中的应用[D].南京工业大学，2012.

[2]中华人民共和国卫生部发布.中华人民共和國国家职业卫生标准[M].人民卫生出版社，2006.

[3]沃森， K.）.C#入门经典（第6版）[M].清华大学出版社，2014.

[4]朱沙沙.分布式数据处理系统的研究与应用[D].南京邮电大学，2013.endprint