新疆煤田火灾监测预警系统探索与实现

魏军

摘 要：新疆煤田火灾规模大，危害严重，以往火区的监测主要依靠现场巡查的方式，随着煤田灭火工作新情况、新问题的出现，利用大数据、云计算、地理信息技术，建立新疆煤田火灾监测预警系统意义重大。文章探索分析了系统建设目标、建设内容、系统架构及建成效益，提出了建成新疆煤田火灾监测预警系统的实现途径。

关键词：煤田火灾；防治 ；监测预警；信息化；新疆

新疆煤炭预测资源2.19万亿吨，约占全国40%，居全国首位，同时也是我国煤田火灾最严重省（区）。新疆第五次煤田火区普查及补充勘查显示：截至2020年底，新疆有在燃火区40处和41处易煤火风险区，每年燃烧1200多万吨煤炭、排放近3000万吨二氧化碳，煤田灭火工作形势严峻、任务艰巨。

新疆煤田火灾规模大，危害严重，分布于全疆各地，相隔直线距离最远达1728km，大部分火区位于山区，通讯信号差，无电力供应，交通不便。同时，煤田灭火局信息化建设目前还处于起步阶段，数字化处理能力不足，目前并没有形成有效的监测火情动态变化的手段。因此，建立煤田火灾监测预警系统是加快新疆煤田灭火治理进度，完善早发现、早治理机制，提升新疆煤田火区防治水平的重要举措。

一、系统建设的目标

1.实现全面的动态监测体系

(1)覆盖全面：通过在全疆109个火区建立298个监测点，基本做到全疆火区无死角全天候的动态监测。

(2)数据有效：数据包括区域红外成像、定点测温、地面燃烧特征识别、人员行为、实时影像等，满足目前勘察技术所需要的数据依据。同时数据在空间密度、时机频度、精度上全面提升。

(3)功能完整：即包括动态数据的采集、传输、记录，也包括后续分析、预警等数据应用，形成完整的监测体系。

2.提高预测预警的效能

通过动态数据实时采集和对火区勘察数据的量化处理，形成了判断火情发展更为有效的数据依据，以此构建分析模型，细化威胁等级和处理预案，并辅以图形化，自动化处理，可以大大提高煤田火灾预测预警的标准化、准确性和时效性。

3.集中化管理

通过建立无人值守的动态数据采集终端和数据中心，相关人员能够以电脑、大屏、手机等多种终端完成远程监测和管理，做到人在任何地方都能全面掌控全疆火区发展情势，以此提升工作的效率和节省大量人力资源。

4.提升信息化管理水平

通过将积累的各种历史数据整体纳入管理，建立统一的火区综合信息管理系统，培养相关人员的信息化应用水平，带动整个新疆煤田灭火信息化建设迈上新的台阶。

二、系统建设的主要内容

1.广泛部署动态数据采集监测点

监测点采用6米铁塔为基座；采用双光谱摄像机作为主要数据采集设备，同时实现区域红外成像、定点测温，识别各种燃烧地面特征、监测人员行为，采用风光电系统解决电力持续供应问题；采用无线自组网设备解决远距通讯问题。在109处火区或火灾隐患区域共建设298个监测塔，基本实现全疆已纳入管理的火区无死角覆盖，做到火区动态信息自动化实时采集。

2.建立统一的火区综合信息管理系统

囊括火区勘测数据，工程数据，治理信息等历史数据，并与动态数据结合，构建统一的分析模型和信息检索机制，包括火区管理、区域监测、预警管理、设备管理等功能模块，建立起以预测预警为核心的统一的火区综合信息管理系统。

3.实现智能化、可视化数据分析

包括对数据的量化，数学建模，实现数据统计的图表化展示，火区火情的图形化展示，并结合人工智能技术实现智能化分析，提高预测预警的准确性和时效性。

4.建立分级自动化预警体系

利用强大的数据及分析能力，细化火情的威胁等级及对应措施，并提供以专家系统为支撑的自动化预警。

三、系统建设架构

1.总体架构

（1）动态采集模块

动态采集模块由风光电设备构成的电力系统，自组网技术构成的通讯系统和双光谱摄像机及其他可扩展传感器构成的探测系统组成，动态采集相关设备安装在6米铁塔，构成一个监测点，一个火区按面积地形等可以存在多个监测点。再辅以信号中继塔和信号接收相关设备，完成动态数据的采集和传输。

（2）数据库

包括动态数据和火区相关历史数据，统一进行数据建模并建立关联，形成完整的综合火区信息库。

（3）数据分析模块

勘察数据量化：火区勘察数据记录了地形图、火区边境、地面燃烧特征等数据，需要对其量化，以便和动态数据结合应用。

分析模型：火区相关原始数据需要进行一定数学处理，并结合使用，转化为更贴近业务，容易分析的数据。

图形化展示：包括全疆火情总览，区域火情图形化显示及各种数据统计结果的图表化。

预警专家系统：分级预警体系和结合人工智能技术的自动化预警。

（4）管理模块。业务及系统的相关管理。

2.监测点系统架构

以某火区为例，根据地形勘探，建立三个监测点，实现监测区域无死角覆盖。每监测点以6米铁塔为基座，安装风光电供电系统，安装云台双光谱摄像机，安装自组网节点设备，再在距离最近的移动基站安装自组网节点设备和5G调制解调器，用作信号接收和转发。如果距离5G信号覆盖区域15公里以上，则需要建立30米铁塔为基座的信号中继站。其他火区建立类似的系统，数据统一发送到数据中心。煤田灭火局本部或在外工作人员通过大屏，电脑，及移动终端访问监测中心平台。

3.监测中心系统架构

监测中心硬件设备包括服务器，网络设备，外部存储设备。整个系统由5大块组成，全部采用Linux系统，均衡负载采用HAProxy实现各应用服务群的工作负载分布提高性能和可靠性，应用服务采用Java语言开发，采用Spring，MyBatis等框架构建，通过Tomcat应用服务实现集群式部署，数据库采用Mysql通过分布式集群部署实现高可用和均衡负载。

四、系统建成后的效益

1.实现动态监测

系统投入使用后，可以极大提升新疆煤田火灾预防预警的能力，真正实现实现早发现、早治理，防患未然、防治并举，以最小代价扑灭煤田火灾的目的。从而节省了治理资金，保护资源，保护环境，具有较大的社会和经济效益。

2.扩大监管范围

预防预警技术手段的实施，使投入有限资源从而监管更多隐患火区成为可能，这样可以把有矿权的煤田等目前没有纳入管理范围的火灾风险区域也实施监测，扩大监管范围。

3.节省人力资源

系统实现远程集中监控，分析与预警智能化自动化，大量原先需要人工完成的工作可以由计算机系统自动完成，节省大量人力资源。

4.带动信息化建设

新疆煤田火灾监测预警系统不仅实现动态监测，也作为火区管理的综合信息系统，并带工作人员提高信息化应用能力，使煤田灭火信息化建设上一大台阶。

5.科技创新引领推广

新疆煤田火灾预防预警系统的实施至少在国内属于首创，属于科技提升生产力的典范案例，不仅能推广到全国其他省市用于防治煤田火灾，也能对其他行业用科技手段解决类似问题起到示范作用。