基于知识图谱策略的煤矿多源异构数据融合平台在南梁煤矿的应用

 基于知识图谱策略的煤矿多源异构数据融合平台在南梁煤矿的应用

李彦春

陕西南梁矿业有限公司 陕西，榆林，719000

摘要：南梁煤矿构建了基于知识图谱策略的煤矿多源异构数据融合平台，通过该平台，实现多源异构数据的标准化清洗，解决安全监控系统兼容性差、“信息孤岛”、数据集成难的问题。改变了以前绝大多数调度室只是接打电话，被动处理问题的局面，实现了煤矿安全管理大突破。

关键词：煤矿安全；知识图谱策略；多源异构数据

1引言

上世纪80年代，煤矿安全监控系统开始在煤矿使用，特别是2005年全面推广应用以来，推动了瓦斯、火灾等煤矿灾害治理，有效防范遏制了重特大事故，提升了煤矿安全管理的水平和能力，对保障我国煤矿安全生产发挥了巨大作用。

基于知识图谱策略的煤矿多源异构数据融合平台集中解决煤矿各个信息系统的关联性，通过煤矿企业安全监控系统数据统一采集，通过实现多源异构数据的标准化清洗，解决安全监控系统兼容性差、“信息孤岛”、数据集成难的问题；通过知识图谱策略建设系统融合联动平台，将多网、多系统与安全监控系统进行数据融合，建立应急联动响应机制，通过基于煤矿垂直领域的知识图谱策略为煤矿安全生产管理提供数据分析和决策手段，实现煤矿企业安全生产，最终实现企业安全生产管理的数字化、智能化、可视化、科学化。

2 南梁煤矿数据融合平台的构建

基于知识图谱策略的煤矿多源异构数据融合平台主要包含两个方面，一是解决多源异构数据融合的问题，二是通过构建知识图谱策略，对煤矿数据进行分析，实现煤矿多级预警、安全生产大数据分析、以安全监控系统为基础的多信息系统融合联动等智能决策的功能。

2.1煤矿垂直领域知识图谱策略的构建

通过建立煤矿领域专业化的词条数据库，结合煤矿现有多源异构数据模型对煤矿垂直领域的专有名词、实体、实体关系等内容进行梳理和总结，构建专业化的知识图谱策略。通过使用对煤矿业务相关的数据和网络公开抓取数据进行信息抽取，分析各个信息系统的关联性，使其更容易表达煤矿业务场景。

2.2数据集成

数据集成平台具有消息管理、队列管理、接受管理、数据解析、数据保存功能。实现接收矿井各个子系统的数据，以便实现信息系统联动，并为上一级或其他接入系统提供数据支持和接口。

2.3数据仓库

由于矿井各个子系统数据均以结构化数据为主，所以数据集成平台以数据仓库系统为基础，把各个系统的数据统一到安全平台上，建立大型的数据集成平台，对数据进行分析处理。

2.4通用数据访问接口

通用数据访问接口使用Web Service标准接口提供数据访问支持。安全监控系统融合联动管理平台通过Web Service定义了多样的数据接口，其主要功能是提供多种数据查询。包括各个接入系统的历史数据查询、统计。

2.5信息融合

通过数据采集组件采集到的数据，经过特征级融合，对来自传感器的原始信息进行特征提取，然后对特征信息进行综合分析和处理。系统主要采用目标状态信息和目标特性的融合方式。融合系统首先对传感器数据进行预处理以完成数据校准，然后实现参数相关和状态向量估计。应用模式识别的相应技术，对目标特征进行相关处理，把特征向量分类成有意义的组合。针对经营管理数据，采用决策级融合，利用大数据分析技术，为经营决策提供依据。

数据接收并经解析后，要根据数据特性标识以及系统的配置要求进行整编、再分析、清洗、归类、关联计算及相关转换处理，然后准备保存。数据整编主要指对经过解析检验的数据进行归类、按数据类型进行转换处理的过程，通过上述方式实现信息的融合整编。

2.6系统联动

系统联动是通过各个系统协调运作，使系统的集成实现了数据上的共享，便于统一分析处理，成功实现了多系统之间的协同工作，更大的发挥了单个子系统的作用，真正使多个子系统结合成一个有机整体。

2.7移动端系统

随着智能机的普及，提供移动端系统，对各个预警报警系统信息，通过移动端为远程用户实时展示，移动端用户可以实时获取现场信息，为管控、组织、协调安全生产、事故处理等工作，消除空间上距离障碍。同时，将专家在线提供移动端功能，方便现场人员与专家实时沟通，为管理者决策提供支持服务。

3 总体数据架构

根据南梁煤矿现有系统的划分，依托已有的信息资源，通过对各系统的数据采集、解析、整合，建立统一的数据仓库，实现对煤矿各系统的数据读取、整理、分析。

具体数据建设内容如下图所示。

图1总体数据架构示意图

4 平台优越性分析

4.1构建了符合多系统信息融合需求的智能信息管理平台

针对矿山感知网络系统中包含大量同构和异构传感器且矿井复杂环境的影响，系统使用物联网技术应用，保证全方位感知矿山安全的同时增加了信息表现形式。通过建设逻辑网络、支持STP（生成树协议）、支持VLAN、网络通道分离等技术实现公共集成平台架构，同时实现信息集成交换管理、基础实时资源管理、存储管理和平台资源动态监管等功能，最终构建多系统数据信息融合的信息管理平台。

4.2构建了基于标准化的多源异构数据融合仓库

通过使用基于D-S证据理论的加权模糊型数据融合框架，数据仓库通过数据选择、特征提取和统计的操作实现对数据集成、消除数据的异构性和差异性，决策支持度计算模块根据决策属性从数据仓库获取相关维度的数据。采用基于三角模糊数的支持度计算数据源对决策的支持度，确定OWA算子权重向量，根据各数据源可信度和支持度进行转换，根据OWA算子权重和转换后的支持度对数据进行融合，并计算出各决策的最终决策值，对数据进行多源异构融合。

4.3实现了基于煤矿垂直领域的知识图谱策略构建

通过对煤矿领域的业务问题进行定义，并通过煤矿对数据融合仓库的数据模型分析，实现知识图谱的设计，并将数据存入知识图谱。利用图中的实体之间语义网络联系，通过最短路径、关系交集、随机游走等图算法，深度挖掘煤矿业务领域实体键的复杂网络关系。

4.4实现了基于煤矿垂直领域知识图谱的煤矿安全生产数据分析

通过煤矿垂直领域知识图谱，对煤矿安全生产相关的数据进行提取，分析煤矿生产过程中产生的实时数据对安全生产的影响，从而对煤矿安全生产过程实时监控。

4.5实现了基于煤矿垂直领域知识图谱的统一警情决策处理模型

通过煤矿垂直领域知识图谱，对煤矿报警进行分级和决策处理。同时分析安全监控、主通风机、抽放水等系统的实时数据，对煤矿在一段时间内的数据变化进行分析，实现煤矿报警的预测功能。

4.6实现了基于煤矿垂直领域知识图谱的安全监控系统融合联动管理平台

通过煤矿垂直领域知识图谱，对煤矿子系统关系进行梳理，实现煤矿安全监控系统报警的融合联动管理，通过实时分析安全系统数据，在出现警情后对相关区域、相关人员实现差异化报警联动，实现煤矿安全监控系统融合联动。

5结束语

本系统推广后，可以改变目前绝大多数调度室只是接打电话，被动处理问题的局面。管理者利用本系统可以主动对矿井各种警情信息进行事前处置，基于系统对矿井各种监测监控系统的报警信息进行统一管理，预警-报警-联动-结果评估，形成闭环管理模式。使用本系统可以极大的提升矿井安全管理能力，和应急响应能力，提高矿井安全管理水平，具有较大的推广应用价值。系统基于标准化流程设计，可以直接被现有矿井采用，推广应用前景广阔。

参考文献

[1]田水承，景国勋：《安全管理学》，机械工业出版社，2009年8月出版。

[2]王观昌，《现代煤矿安全管理》，煤炭工业出版社，2010年9月1日版。

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