安全信息工程:以煤矿和交通安全监控为例

作者多年经验的总结 实例出自真实案例 真实性，可靠性高

本书是作者及其所在团队多年来工程技术实践的总结。全书较为详细地论述了安全信息工程的基本原理、体系结构，阐述了在工业监测、监控过程领域中的设计方法、设计思路，并给出了设计实例。内容主要包括：安全信息工程概述；安全信息工程的体系结构；安全信息工程的设计方法——矿用乳化液矢量自动配比装置研究；安全信息工程的监测监控系统——冲击地压的监测监控与事故分析；煤矿安全监测大数据平台的开发与设计；大数据系统分析方法及在安全预警中的应用；辐射剂量实时监测与预警系统；吊管机智能监控仪的设计；煤矿水文监测系统的设计；煤矿安全信息工程实例；安全信息工程在交通智能管理系统中的应用研究。 本书可作为矿业工程、安全科学与工程、电子信息科学与技术、测试计量技术及仪器、计算机应用技术等领域的工程技术人员和高等院校师生的参考用书。

张勇，齐鲁医科大学（筹）放射学院/泰山医学院，教授，1988-1992 青岛化工学院 生产过程自动化专业 本科 学士 2002-2005 山东科技大学 计算机应用技术 研究生 硕士 2006-2009 山东科技大学 安全技术及工程 研究生 博士 主要从事计算机应用和智能控制、安全技术及工程等方面的教学和科研工作。硕士期间，导师为闫相宏教授、黄自伟教授，两位导师为首的团队，创建了山东尤洛卡自动化仪表股份有限公司（现为精准信息），为煤炭安全保驾护航，并成功在创业板上市。博士生导师，为山东科技大学原副校长、俄罗斯外籍科学院院士、中国煤炭工业劳动保护科学技术学会顶板防治专业委员会主任委员宋扬教授。 本人近年来多次主持省部级项目。本专著的部分内容为国家安全生产监督管理局年度项目的研究成果。教学上，主要承担《电路原理》、《计算机在化学化工上的应用》、《电子技术》、《医用电子线路设计与制作》等课程的教学任务。发表论文20余篇。

1安全信息工程概述1 1.1安全信息工程概述1 1.1.1安全的基本概念1 1.1.2信息的基本概念2 1.1.3安全与信息的关系2 1.1.4安全信息工程的应用3 1.2安全信息工程建设3 1.2.1安全信息工程建设的主要内容4 1.2.2安全信息工程的硬件设计4 1.2.3安全信息工程的软件设计5 1.2.4安全信息工程的预测与决策算法5 1.3安全信息工程举例5 1.3.1尤洛卡（精准信息）煤矿顶板动态监测系统5 1.3.2KJ95N型煤矿综合监控系统6 1.3.3河南义马煤矿工业视频监控6 1.3.4安全监控组态软件8 1.3.5安全管理信息系统8 1.4安全信息工程的发展趋势9 1.5安全信息系统的可靠性11 2安全信息工程的体系结构12 2.1系统分析12 2.1.1需求分析12 2.1.2系统设计的原则12 2.2设计方案13 2.2.1设计范围13 2.2.2主要内容13 2.2.3设计原则13 2.2.4设计依据14 2.2.5整体方案14 2.3系统设计15 2.3.1系统平台设计原则15 2.3.2系统平台主要技术要求15 2.3.3系统平台总体布置15 2.3.4康家湾矿井下拟建信号覆盖区域分析16 2.3.5系统总体布置及主干环网设计16 2.3.6光纤线路和基站布置16 2.3.7平台部分千兆交换机中段布置17 2.3.8大屏拼接显示系统17 2.4监测监控系统18 2.4.1系统设计要求18 2.4.2系统主要监测监控方案18 2.4.3监测监控的技术要求及达到的功能18 2.4.4主要监测监控设备19 2.5通信联络系统19 2.5.1系统设计要求19 2.5.2系统设计方案19 2.5.3主要有线通信设备20 2.6人员定位系统20 2.6.1系统设计要求20 2.6.2人员定位系统功能实现20 2.6.3定位卡总数及分配21 2.7项目评分表21 2.8建设工程项目工程量清单22 3安全信息工程的设计方法——矿用乳化液矢量自动配比装置研究24 3.1概述24 3.1.1问题的提出及研究的目的和意义24 3.1.2国内外概况及技术发展趋势24 3.1.3研究工作的设想25 3.2总体研究方案26 3.2.1系统实现的功能26 3.2.2系统的总体设计说明27 3.2.3系统的硬件设计28 3.2.4系统的软件设计28 3.3系统硬件模块设计及研究29 3.3.1传感器简介29 3.3.2单片机系统设计31 3.3.3A/D转换电路的设计32 3.3.4D/A转换电路的设计35 3.3.5变频调速电路的设计36 3.3.6液晶显示电路设计37 3.3.7键盘电路40 3.3.8控制输出及自动闭锁电路41 3.3.9电源电路设计42 3.4系统软件设计43 3.4.1单片机C语言简介43 3.4.2单片机软件设计45 3.4.3矢量控制45 3.4.4PID控制46 3.4.5编程举例48 3.5安全可靠性分析与设计49 3.5.1硬件抗干扰技术49 3.5.2软件抗干扰设计50 3.5.3防爆措施53 3.6系统功能的进一步扩展54 3.6.1分布式乳化液自动配比系统的组成54 3.6.2分布式乳化液自动配比系统接入矿井以太网的应用方案57 4安全信息工程的监测监控系统——冲击地压的监测监控与事故分析60 4.1星村煤矿3302工作面概况60 4.1.1矿井及工作面概况60 4.1.2冲击地压危险性分析61 4.1.3冲击危险指数评价63 4.1.4冲击地压危险区域划分64 4.2冲击地压监测监控的手段和方法65 4.2.1微震监测65 4.2.2冲击地压在线应力监测67 4.2.3钻屑法检测72 4.2.4电磁辐射法监测标准73 4.3冲击地压的发生过程75 4.3.1冲击地压事故基本情况介绍75 4.3.2监测系统的数据表现75 4.3.3事故分析75 4.4掘进期间冲击危险防治方案设计及卸压解危方案78 4.5回采期间冲击危险监测方案79 4.6回采期间冲击地压防治方案设计80 4.6.1工作面超前预防卸压80 4.6.2回采期间监测危险区域处理措施81 5煤矿安全监测大数据平台的开发与设计83 5.1煤矿检测大数据应用平台的基本架构83 5.2数据库设计83 5.2.1对象浏览器83 5.2.2数据库结构举例86 5.3软件应用环境89 5.4程序设计90 5.4.1程序启动90 5.4.2数据查询举例92 5.5源程序设计举例100 6大数据系统分析方法及在安全预警中的应用116 6.1数据来源116 6.2常用数据挖掘工具131 6.3聚类分析在安全预警中的应用132 6.3.1聚类分析的一般步骤132 6.3.2距离的定义132 6.3.3K-means（K均值）算法133 6.3.4围绕中心点的划分133 6.4支持向量机在安全预警中的应用135 6.4.1基本原理135 6.4.2支持向量机建模137 6.4.3结果与讨论137 7辐射剂量实时监测与预警系统140 7.1概述140 7.1.1辐射的基本概念140 7.1.2辐射对人体的影响140 7.1.3射线探测理论141 7.2辐射探测器的类型142 7.3煤矿辐射剂量监测要实现的基本功能143 7.3.1仪表分类143 7.3.2煤矿辐射剂量检测项目简介144 7.4辐射剂量监测的基本原理144 7.4.1系统要实现的基本功能144 7.4.2辐射剂量传感器145 7.5硬件设计145 7.6软件设计146 7.7软件运行界面147 8吊管机智能监控仪的设计151 8.1吊管机简介151 8.2吊管机需监控的技术性能指标152 8.2.1主要实现的功能152 8.2.2技术性能指标152 8.2.3工艺要求153 8.3系统组成与结构153 8.3.1技术特点153 8.3.2工作原理153 8.4主要传感器简介154 8.4.1吊重传感器154 8.4.2角度传感器155 8.4.3拉力传感器155 8.4.4位移传感器155 8.5硬件设计155 8.5.1主机硬件设计155 8.5.2显示、操作单元硬件设计156 8.5.3传感器与接收单元156 8.5.4主机系统的工作原理157 8.6软件设计159 8.6.1主机部分159 8.6.2显示部分159 8.7关键问题及解决方法159 8.8源程序示例160 8.8.1初始化文件，定义变量160 8.8.2A/D 转换程序162 8.8.3液晶显示器初始化程序163 8.9系统可靠性设计167 9煤矿水文监测系统的设计168 9.1水文监测系统简介168 9.2水文监测系统的整体结构168 9.3系统组成与工作原理169 9.4方案设计171 10煤矿安全信息工程实例175 10.1煤矿人员定位系统举例175 10.1.1井下人员位置监测系统简介175 10.1.2人员位置监测系统工作原理175 10.1.3软件运行界面176 10.2矿井水文监测系统应用实例180 10.2.1系统简介180 10.2.2应用界面180 11安全信息工程在交通智能管理系统中的应用研究187 11.1出租车智能管理系统功能需求187 11.2出租车智能管理系统总体结构189 11.3出租车车载智能终端方案设计190 11.3.1出租车车载终端整体方案190 11.3.2计量功能方案设计190 11.3.3定位功能方案设计191 11.3.4汽车行驶记录方案设计191 11.3.5无线互联功能方案设计192 11.3.6车载故障诊断功能方案设计193 11.3.7电子支付方案设计193 11.3.8驾驶员管理方案设计194 11.4出租车车载智能终端的硬件设计194 11.4.1出租车车载智能终端核心模块设计195 11.4.2出租车车载智能终端主控板的设计196 11.4.3出租车车载智能终端卫星定位模块设计198 11.4.4出租车车载智能终端移动网络模块设计199 11.4.5出租车车载智能终端计量功能模块设计201 11.4.6出租车车载智能终端汽车行驶记录模块设计203 11.4.7出租车车载智能终端OBDII模块设计203 11.4.8出租车车载智能终端射频卡支付模块设计203 11.4.9出租车车载智能终端驾驶员管理模块设计206 11.4.10出租车车载智能终端整体设计206 11.5出租车车载智能终端的软件设计207 11.5.1嵌入式软件开发简介207 11.5.2Qt编程基础及开发环境搭建208 11.5.3系统界面程序设计211 11.5.4智能终端程序设计215 11.6结论217 参考文献218