毛永祥，刘 冀，何 晔，童维学
（1.昆明理工大学，云南 昆明 650000；
2.重庆铭信长兴科技有限公司，重庆 400000；
3.昆明煤炭设计研究院有限公司，云南 昆明 650000；
）
智慧矿山以数字化、信息化为前提，随着互联网＋兴起，人工智能的应用越来越广泛，Software as a Service（SaaS）就是其中之一。用户可根据自身管理需求，向SaaS 服务商购买有关软件服务，打造全新的矿山动态智能管理系统，实现管理科学化、智能化和精细化。
当前不少学者对智慧矿山信息化建设和管理做了一些研究，龙新征等研究了搭建信息服务平台的微服务框架，提出了分层结构和关键技术[1]；
王鹏针对智慧矿山存在数据孤岛及信息难以融合的问题，提出了智慧矿山安全管控大数据平台建设方案及架构体系[2]；
王雪妮等提出了智慧矿山安全生产管理系统，分析了该系统的硬件结构、软件结构、功能结构[3]；
孙世华提出了1 套建立在GPS、GIS 和现代通讯手段基础上的车辆管理系统[4]；
王丹介绍了车辆管理系统的功能模块设计理念[5]；
李刚阐述了煤矿企业智能化信息系统建设方案[6]；
张振对车辆信息管理系统的实际设计内容进行了介绍，包括总体设计、用户管理设计与实现、系统功能设计、数据库设计4 项内容[7]；
孙嘉龙介绍了矿井人员定位监测与管理系统在潞安集团公司的应用[8]。
1.1 系统平台原理
为了便于集中统一管理，将车辆系统、人员定位管理系统合并建设，使2 个系统在1 个平台下运行。平台总体架构可以分为物理层、系统层、数据层、服务层、接口层、传输层、组件层、应用层等8 个部分。
1）物理层。提供支撑平台所需的物理设备，如车载终端、PC、交换机、防火墙通信服务器、数据服务器、WEB 服务器、磁盘阵列等。
2）系统层。配套提供相应的服务器、数据库及客户端操作系统。
3）数据层。采集、存储从业人员、营运车辆等数据信息，并对它们进行分析、整理形成基础数据库。它还需要采集卫星定位平台、驾驶员安全教育培训、驾驶员行为规范系统、车辆安全技术设备等信息，形成主题数据库。
4）服务层。综合利用通信代理、通信数据解析服务、状态适配服务、指令服务、数据派发服务、平台接口服务等，为第三方监测平台提供信息通信服务。
5）接口层。利用WEB Service、Scoket、DCOM/COM＋等接口提供服务层和传输层之间的接口，为平台的开发应用提供统一的软件接口支撑环境。
6）传输层。配套建设有线/无线互联网、VPN 专线、企业内网提供数据传输服务。
7）组件层。提供数据操作组件、GIS 管理组件、GPS 管理组件、多媒体引擎、网络组件、接口管理容器、基础UI 组件、基础工具等组件服务。
8）应用层。根据管理业务和服务需求，开发服务于企业车辆管理、人员管理的应用系统。
1.2 关键技术手段
提出1 种分层的微服务架构，其主要关键技术包括了服务注册及发现、负载均衡、请求熔断、限流降级4 大项。微服务架构图如图1。
图1 微服务架构图
1）Eureka 服务注册和服务流程。Eureka 是服务注册和服务流程的组件分为服务器、消费者、提供者。服务消费者可向服务注册中心订阅需要的服务，经服务器搜寻后，向消费者提供服务提供方的注册信息，消费者与提供者通信并实现远程调用所需要的服务。Eureka 服务注册和服务流程如图2。
图2 Eureka 服务注册和服务流程
2）Ribbon 负载均衡。主要提供客户端负载均衡算法。若负载状态超出了设定阙值，则会请求调整到其他未超过负载的组件。通过Ribbon 负载均衡，可大大缓解网络压力，提升系统的可用性和可靠性。
3）Hystrix 请求熔断。请求熔断机制是出于保障系统服务可靠性而设置，可有效解决交互请求超时等问题。当发出的请求失败次数超过设定比例时，Hystrix 断路器会切换到开路状态，之后持续数秒钟，自动切换到半开路状态。这时会判断下1 次请求的返回情况，如果请求成功，断路器切回闭路状态，否则重新切换到开路状态。请求熔断过程工作示意图如图3。
图3 请求熔断过程工作示意图
4）限流降级。如果一段时间内侦测到许多类似错误，防止应用程序不断尝试执行可能失败的操作进而导致资源耗尽，这时会采用Hystrix 进行服务降级，通知后面的请求该服务暂时不可用，系统对应用程序进行诊断，错误得到修正后会再次尝试调用应用程序。
1.3 系统价值
系统旨在帮助矿山企业对车辆、人员的精细化管理，以提升综合管理水平，主要的系统功能为：
1）实时采集人车信息，合理进行调配。对人员、车辆实时监控、掌握整个作业面的人员、车辆分布情况，方便管理人员进行合理调配，增强调度科学化、智能化。
2）确保车辆行车安全，保障安全生产。可实现车载终端实时监控、对车辆超速行为自动报警，有效防止意外事故的发生，保证了运输系统的安全可靠度。
3）建立健全安全驾驶评价体系。对车辆路线实现稽查，具备车辆行驶轨迹记录回放，对司机的不规范行为监督，并对安全驾驶行为评价打分，帮助司机矫正其违规行为。
4）建立车辆信息库，提高决策能力。对于矿山企业而言，运输统计数据对于公司精细化管理十分重要。使用系统的报表统计功能，采集车辆行驶数据，包括分段里程、总里程、平均车速、分段平均车速等，可为大数据分析打下基础，大大提高企业的决策管理水平。
矿区车辆分为内部车辆和外部车辆，车辆管理系统应做到内部车辆运力合理，外部车辆有效监管。
2.1 内部车辆管理
1）实现车辆实时定位监控。能够在一张电子地图上同时显示所有入网车辆的当前位置及状态信息。可通过搜索车牌号针对某个车辆进行单独监控，查看该车的实时状态、司机信息、车辆报警、主动安全、实时拍照、语音播报、基础信息、终端信息、实时视频等信息。
2）运行状态图监控。路线运行监控图上显示路线双向各个车辆的运行轨迹，若运行车辆长时间滞留装卸点或靠近危险区域，系统会自动向后台调度人员报警。
3）实现数据信息互联互通。实现信息互联互通，如车辆动态信息、静态信息的交换，具备下发通知、指令信息接入车载终端平台的功能，具备标准数据共享接口，为企业其它横向部门或主管部门提供数据共享接口服务。
4）规范驾驶行为。规范不良驾驶行为，增加疲劳驾驶提醒和强制休息，及时、准确地掌握车辆运行情况、驾驶员操作情况，做到“事前预防告警、事中实时监控、事后取证分析”的全过程监管。
5）采集车辆运营和保修信息。可一键查询车辆耗油量信息、车辆保修信息，耗材信息等，实现车辆的数据化管理。
6）车辆智能调度管理。支持线路规划、语音播报、路径导航、实时路况等功能，基于系统大数据分析技术，实现车辆调度的智能化、科学化。
7）智能化数据分析。基于系统内车辆数据，综合运用GIS、GPS、GPRS、宽带多媒体网络及大数据分析技术，对车辆日常数据分析处理，自动生成统计报表，监管人员可分时段查看车辆报警统计、加油费用统计、行驶时长统计、维保情况、车辆利用率等。
2.2 外部车辆管理
外部车辆进入矿区需加装可拆卸4G 车载终端，系统对车辆线路监管（车辆超速、超时安全报警）、显示出入坑记录、称重、自动统计、远程实时数据查询，实现人、车、货匹配。车辆完成作业后，在出卡口的时候由工作人员回收临时车辆设备，并核对工单与车辆终端的信息。
人员管理系统的功能目标应包括实时人员定位监控、人员出入矿监测、考勤管理、实时轨迹跟踪、历史轨迹查看、人员超时报警、人员限制区域报警、超员报警、应急救援功能等。
1）实时精确监控。人员携带定位手环，周期性与附近基站通信，上报位置信息，基站将这些位置信息上传至管理平台进行解析并呈现，管理员可实时查看到人员的位置，对携卡人员出/入矿、出/入重点区域监测统计。
2）考勤管理。对个人进行考勤统计，并以班组、部门为单位形成报表打印，接入企业其它办公系统。
3）报警功能。形成电子围栏，当人员无权限进入或者超过授权时间，会触发自动报警，并传达至管理人员，以便形成快速反应，采取及时安全措施。当人体温度超出安全范围时会向后台发出预警信息。
4）实时轨迹跟踪。可对人员活动路线进行跟踪，实时记录人员行动轨迹，掌握其详细工作时间和路径，有利于提升人力管理水平。该功能还可在应急救援中提供关键的线索或证据。
5）应急救援功能。当人员遇险时，可触发“求救”按钮，并可查询显示是谁、在什么时间、什么地点发出的报警，在某区域有危险需要撤离人员时，在地面调度人员或系统管理人员可向危险区域人员群发紧急撤离通知，人员即可通过定位卡声音或指示灯及时收到“撤离”信号，能准确地统计全矿及某个区域（如：工作面）的人员数量。
基于微服务框架设计的露天煤矿车辆人员综合管理系统，实现了设备管理、车队统计、产量统计、数据分析、维护保养、人员管理6 大平台板块，每个功能模块单独微服务，并通过统一身份认证平台认证。经过系统内测，该系统运行稳定，对人员、车辆管理效率大幅提升。露天矿车辆人员综合管理系统平台功能如图4。
图4 露天矿车辆人员综合管理系统平台功能
通过搭建智慧矿山车辆人员综合管理系统，能够采集人员、车辆的数据，自动形成报表，并通过存储的历史数据，与系统数据有效整合，实现相关联业务数据的综合分析。该系统打破了现有管理模式的“信息孤岛”，实现资源共享、数据互通，为煤矿运营管理层对安全生产、经营决策提供了坚实的事实依据和支撑平台。通过对人员、车辆运营状况、安全事故进行统计，可为煤矿预防和处理各类突发事故和自然灾害提供有效手段，具有很好的推广应用价值。
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