基於情境的礦山服務方法及系統的製作方法

2023-10-29 09:43:47

專利名稱：基於情境的礦山服務方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及智能化服務技術，尤其涉及一種基於情境的礦山服務方法及系統。
背景技術：
近些年，我國在數字礦山方面的研究已經取得了長足發展，初步建立了以三維坐標信息及其相互關係為基礎而組成的信息框架，並在該框架內嵌入在煤礦地質勘探、規劃設計、建井施工、生產經營管理各環節中所獲得的信息。煤礦所能獲取的信息可劃分為固有信息和動態信息兩個層面，固有信息包括礦井原始數據(地質、測量、鑽孔)和煤層、圍巖、 井巷等地質體空間信息；動態信息包括採掘、通風、運輸、供電、給排水等生產系統網絡及其裝備信息，生產過程中產生的信息(設備狀態、環境、人員)，專業分析輔助決策信息，生產經營管理信息等。目前，隨著信息通信技術與傳感器技術的迅猛發展和廣泛深入的應用，地球上的萬事萬物逐漸變得可感知和互聯互通。網際網路和物聯網相結合能夠實現現實世界和信息世界的充分覆蓋與融合，為信息採集傳遞和服務決策提供了強有力的技術支撐。在這個背景下，數位化礦山開始逐漸向智慧礦山發展，不僅要實現礦山整體層面的信息化，包括資源與開採環境數位化、技術裝備智能化、生產過程控制可視化、信息傳輸網絡化、生產管理與決策科學化；還要對獲取的海量信息進行進一步的加工處理，並通過物聯網實現更透徹的感知(物聯化，Instrumented)，更全面的互聯互通(互聯化，Interconnected)，更深入的智能化(智能化，Intelligent)，使得信息服務不再局限於管理層面，而是能夠為每個礦工個體提供有效地信息服務。情境感知服務是在這些技術背景下產生的一種能夠極大改善人們生活工作的新服務方式通過傳感器採集/感知被服務對象的情境信息，根據情境信息分析判斷被服務對象當前的狀況，然後選擇並提供適當的業務服務。其目標是根據被服務對象的情境信息， 自動判斷當前所需的服務並予以提供。情境感知服務具有以下4個主要特點自動化情境感知服務由傳感器自動採集的數據觸發而並非人，因此除了能夠節省人們的時間精力外，更適用於夜間或危險環境等人們難以控制，或者睡眠、遺忘與喪失意識等無法進行自主行為以及公共區域等缺乏明確責任的情形。全天候/方位情境感知服務不受人工工作的作息時間限制，通過傳感器可以實現對被服務對象進行7^4小時全天候監控。隨著傳感器功能的進一步完善，可以實現對生產生活中的方方面面進行數據採集。即時/前瞻性情境感知服務的延遲僅受數據採集頻率、傳輸速度和服務響應時間影響，在正常情況下，這種延遲幾乎可以忽略不計而被視為即時服務。此外，情境感知服務也可對顧客的歷史數據進行分析處理，及時發現數據趨勢，通過前瞻性服務做到未雨綢繆或防患於未然。個性定製由於情境感知服務是基於服務對象的情境數據，因此這種服務是真正的個性化服務。此外，數據的採集配置、服務策略的制訂也可根據顧客的需求進行定製。
目前，煤礦已經投入運營了大量的信息系統用於提供情境信息與業務服務，主要分為3類一類是煤礦地質測量系統，從早期的矢量化成圖系統，逐步發展完善成具有煤礦專有功能的地質測量系統，有的還集成了一定的管理功能；其次是煤礦自動化系統，從早期的煤礦安全監測系統，發展到今天集成的全礦井綜合自動化系統，掌握礦井各生產環節的實時信息；第三類是煤礦信息管理，從煤礦辦公自動化、運銷、設備及勞資等管理模塊入手， 將煤礦各業務科室的管理流程信息化。由於這3類系統涉及煤礦不同的業務部門，各自所採取的技術路線、應用平臺千差萬別，造成目前各類系統難以整合、信息資源無法共享，很難形成統一的空間信息、實時信息和管理信息平臺。這就造成了情境信息與業務信息的分割，雖然信息資源很豐富，卻難以充分發揮其效用，難以根據具體的工作環境，為井下礦工提供實時的信息服務。

發明內容
本發明針對現有技術中存在的問題，提供一種基於情境的礦山服務方法及系統， 能夠將各類系統的信息資源與當前情境相關聯，使得各類信息資源得以充分利用。本發明提供了一種基於情境的礦山服務方法，包括採用終端設備或傳感器採集當前情境信息，情境信息包括ID、情境所屬類別、情境的獲取類型、情境取值的類型、情境的提供商信息以及情境的傳感器集合；根據所述情境信息以及推理規則，得到情境信息的取值；根據情境信息與業務服務之間的關聯關係，判斷在獲得所述情境信息取值的情況下是否需要提供業務服務；如果需要提供業務服務，則調用與所述情境信息取值相應的業務服務。本發明還提供了一種基於情境的礦山服務系統，包括情境信息獲取模塊，採用終端設備或傳感器採集當前情境信息，情境信息包括ID、 情境所屬類別、情境的獲取類型、情境取值的類型、情境的提供商信息以及情境的傳感器集合；情境信息推理模塊，用於根據所述情境信息以及推理規則，得到情境信息的取值；業務服務提供模塊，用於根據情境信息與業務服務之間的關聯關係，判斷在獲得所述情境信息取值的情況下是否需要提供業務服務；並在需要提供業務服務的情況下，調用與所述情境信息取值相應的業務服務。本發明提供的基於情境的礦山服務方法及系統，根據情境信息以及推理規則，推理得到情境信息的取值；根據情境信息與業務服務之間的關聯關係，判斷在當前獲得的情境信息的情況下是否需要調用業務服務。如果需要調用業務服務，則調用與該情境信息的取值相對應的業務服務。這樣，所調用的業務服務能夠與當前的情境信息取值相匹配，因而能夠避免情境信息與業務服務之間的分割，使得不同種類的業務服務能夠分別應用於相關聯的情境之下，使得各類信息資源能夠得到充分利用。


圖1所示為本發明所提出的情境感知服務系統的示意圖2所示為本發明基於情境的礦山服務方法的流程圖；圖3所示為本發明中情境信息採集的系統結構示意圖；圖4所示為本發明中終端設備的一種結構示意圖；圖5所示為本發明提出的一種情境信息處理框架的示意圖；圖6所示為本發明中調用業務服務的流程示意圖。
具體實施例方式本發明基於現有的礦山信息系統來提供業務服務和情境信息，構建出一個礦山智慧服務系統，將現有的業務服務與情境信息相結合，為井下礦工提供情境感知的信息服務。系統對於情境信息的獲取，主要是通過煤礦現有的人員定位系統，得到礦工所處的地理位置信息；然後通過與現有的業務系統相關聯，獲取該位置的各種業務信息，包括瓦斯濃度、安全隱患、距離最近的救生艙位置等等；最後，將業務信息發送到礦工隨身攜帶的終端設備上，滿足井下礦工信息服務定製化的個體需求。本發明所提出的情境感知服務系統如圖1所示，該系統通過配置模型定義建立情境信息與業務服務之間的鬆耦合關聯關係，然後根據監控的情境信息取值選擇相應的配置調用業務服務，進而實現情境感知服務。系統框架主要包括以下三個部分情境信息獲取模塊簡單、直觀的情境信息可以通過終端設備或傳感器直接獲取。 該模塊對情境信息本身進行管理，包括情境信息的表示、過濾、推理、存儲和查詢等，其目的是建立一個統一的、開放的環境模型以及環境信息的共享、使用和管理機制。例如，礦工的位置信息可以通過人員定位系統進行獲取，然後作為情境信息的數據進行存儲。情境信息推理模塊在獲得了第一手的、可檢測的情境數據後，一些抽象的複雜情境則需要綜合已知的情境進行推理判斷，然後才能得出顧客當前所處的完整情境。目前，根據情境模型的不同，主要的推理方法分為基於規則的方法和基於本體的方法兩類。例如，在獲取礦工位置之後，需要判斷是否與上一次保存的數據相同，只有在發生變化的時候再進行存儲，否則會導致數據量過大且無意義。業務服務提供模塊在建立情境感知服務時，除了要採集服務對象的情境信息之外，還需要建立不同情境信息與業務服務的關聯關係，說明在何種情況下(具體可以是指何種情境信息的取值滿足何種條件)，用戶需要哪種服務，然後根據感知的情境信息取值判斷當前服務對象的情境狀態，提供相應的服務。目前煤礦現有的各類信息系統，例如瓦斯監控、安全隱患辨識、應急指揮等，都可以封裝成業務服務，服務系統根據實地情境進行調用， 從而滿足客戶需求。如圖2所示為本發明基於情境的礦山服務方法的流程圖，包括步驟101、採用終端設備或傳感器採集當前情境信息，情境信息包括ID、情境所屬類別、情境的獲取類型、情境取值的類型、情境提供商的信息以及情境的傳感器集合。步驟102、根據所述情境信息以及推理規則，得到情境信息的取值。步驟103、根據情境信息與業務服務之間的關聯關係，判斷在獲得所述情境信息取值的情況下是否需要進行業務服務。步驟104、如果需要進行業務服務，則進行與所述情境信息的取值相應的業務服務的內容。
步驟101可以由圖1中的情境信息獲取模塊執行，步驟102可以由圖1中的情境信息處理模塊執行，步驟103-104可以由圖1中的業務服務提供模塊執行。下面通過具體的例子來說明本發明的實現過程。一、情境信息採集煤礦井下開採地域遼闊，如果僅採用局部的無線傳感網絡，而沒有一個高速可靠的主幹傳輸網支撐，則井下安全監控信息無法及時傳到地面調度中心。目前廣泛使用的各種監控系統基本是在工業乙太網或現場總線網絡上掛接監控分站方式，實現對地面和井下參數的採集和設備控制。從經濟、實用角度出發，情境信息的採集可以基於現有的礦井人員定位系統，如圖3所示為本發明中情境信息採集的系統結構示意圖，主要包括定位標籤、終端設備、定位基站、乙太網和服務系統5部分。當井下礦工經過定位基站的時候，其身上的標籤會將礦工的個人信息以無線傳輸的方式傳給基站，基站進行數據轉換和處理後通過乙太網傳輸到服務系統。服務系統分析數據後，若發現異常情況，立即向礦工隨身攜帶的終端設備發送警報信號，包括個人的位置信息、瓦斯濃度值、以及距離最近的逃生艙位置等。終端設備的外觀可以類似於電子手錶，可以戴在手腕上，如圖4所示為本發明中終端設備的一種結構示意圖，它主要包含RFID標籤、中央處理器(例如，可以是MPS430F149 單片機)、存儲器和顯示器等。MPS430F149單片機是16位單片機，具有A/D轉換電路，且有較高的轉換速率，抗幹擾能力比較強，特別適合大量數據的處理。現有井下人員定位系統的 RFID標籤被集成到終端設備中，用於標識礦工的個人信息。通過無線射頻電路從基站獲取的情景信息和業務服務信息，經MPS430F149單片機處理後，暫時存儲到相應的存儲單元。 顯示器主要為了煤礦工人能夠方便實時地了解自身所處位置的現場環境情況，如果有緊急情況，具有峰鳴或者震動功能，從而主動提醒用戶。MPS430F149單片機通過RS232/485串口與帶有TCP/IP協議的無線通訊模塊連接，數據經協議封裝打包後發送到無線數據網絡。無線模塊可以採用山東力創公司的 LQ-8100GRRS模塊，具有高穩定性，能夠實現無線數據實時傳輸，內嵌有TCP/IP協議，具有高傳輸速率，永遠在線的特點。該LQ-8100無線傳輸模塊具有標準的DB9針接口(包括電源接口，工作電壓5v)、SIM卡接口、標準RS232/485接口等，採用GSM900和GSM1800兩個頻段，可支持兩種工作模式電路交換模式CSD和分組交換模式。其功能是將現場採集數據通過與其連接天線發射出去，或接收遠端監控中心發送的數據，再將接收到的數據或命令進行相應的協議處理後，通過串行接口送入中央處理器進行處理。串行RS232/485接口起電平轉換和串口通信的功能。二、情境信息處理情境信息一般無法通過傳感器層直接獲取，而是需要根據與其它情境信息的關聯關係進行判定。根據情境感知服務的鬆耦合和觸髮式調用特徵，如圖5所示為本發明提出的一種情境信息處理框架的示意圖，該框架包括情境信息定義和情境推理引擎2個部分情境信息定義。由於傳感器層的情境信息來源差異很大，為便於情境感知引擎使用，框架通過設備信息訪問接口 DIA(DeviCeS Information Access)屏蔽下層各種情境信息來源，對上呈現出一個統一的情境數據訪問接口。情境的定義cxt = 其中ID是cxt的標識信息。
CType是cxt的所屬類別，類別可能具有層次結構，通常由領域專家定義，作為一種行業共識具有通用性。例如位置作為父類層次的情境信息，根據定位技術可以分為GPS、 BlueTooth 和 WiFi 等子類。OType是cxt的獲取類型，根據獲取方式的不同可分為採集型、讀取型和推理型三種。其中採集型是指能夠直接通過硬體設備採集的，具有直觀現實意義的情境信息，如溫度、時間、位置等；讀取型是指從無法通過硬體設備採集，而是從軟體系統內部讀取的情境信息，如各種狀態；採集型和讀取情境信息是從外界直接獲得，而推理型則是需要通過對相關的情境信息進行推理間接獲得的情境信息。VType是cxt的取值類型，情境的取值可以分為離散型和連續型兩類。離散型是指cxt的取值是個數有限的固定值，例如對象狀態、位置信息中的符號型表示等，連續型是指CXt的取值是無限的連續值，例如溫度、時間、位置信息表示中的坐標型表示等。 Provider 是 cxt 的提供商。SEN是cxt的傳感器集合，該集合只針對OType是採集型的cxt。情境信息推理。情境感知引擎是框架的核心，包括輪詢器、推理引擎、調用控制器和服務質量管理。輪詢器根據情境信息的採集頻率調用DIA接口獲取情境信息的取值，然後將值傳遞給推理引擎。情境感知引擎使用情境信息的推理規則，從而支持對業務服務的調用。以下詳細說明推理規則的設置與使用。定義1.取值條件 cv = ，關係條件 cr = ，其中(1) obj是對象；cxt是情境信息；v。xt是情境信息值；(2)relation是對象之間的關係。定義2.映射ρ的推理規則嚴=〈Λ巧，其中(I)A是前置條件集；S是後置條件集；(2) A與S滿足如下約束①對任意Α，如果有X本0，則必存在cv e A ；②對任意S，有$ ,且必不存在cr e S。前置條件集A可能由取值條件和關係條件共同組成，但必包含取值條件；後置條件集S僅由取值條件組成。以判斷井下礦工是否處於危險場所為例，假定礦工處於某條巷道中，該巷道的瓦斯濃度超標，那麼就推導出該礦工處於危險狀態。該例包含人、位置、巷道和瓦斯4個obj ； 瓦斯和巷道之間具有relation屬性locate-in;位置和安全狀態是人的cxt，濃度指標是瓦斯的cxt。上述內容可用如下推理規則描述A= {〈人，位置，巷道 >，，}S = {〈人，安全狀態，危險>}三、業務服務提供圖6所示為本發明中調用業務服務的流程示意圖。情境感知服務中的業務服務可以由煤礦現有的各種信息系統提供，例如安全隱患排查系統，提供煤礦生產中的安全隱患信息；應急救援系統，提供各種應急信息，例如救生艙的位置、逃生路線等；瓦斯監控系統， 提供井下各個位置的瓦斯信息；人員定位系統，提供礦工個人所處的位置信息等。信息系統的功能經過服務封裝之後，就可以被調用機制所調用。情境信息經過採集和推理後被送到調用控制器進行分析，判斷是否需要調用以及具體調用哪個業務服務向哪位用戶提供，這是服務系統的核心部分。服務系統將情境信息與業務服務分別定義，通過規則或配置進行關聯，根據情境信息取值觸發調用相應的業務服務。這種方式的關聯定義較為靈活，且支持情境信息重用。 由於用戶的行為是動態隨機的，情境信息的變化以及變化的時間難以預計。本發明採用輪詢一一調用的觸髮式調用機制進行業務服務調用，通常只在情境信息首次滿足條件時提供，即情境信息值變化時觸發調用。調用控制算法如下輸入配置模型集合、採集信息集合、緩存信息；輸出業務服務集合；主要步驟包括步驟1 初始化；步驟2 查找所有發生變化的採集值並更新緩存；步驟3 有變化時觸發控制調用；步驟301 查找受情境信息取值變化所影響的人員信息及其情境感知服務；步驟302 查找情境感知服務的所有情境信息的最新採集值；步驟303 查找所需調用的業務服務；步驟4:調用該服務。四、運行示例對於目前很多煤礦而言，都已經部署了井下人員定位系統，可以獲取到井下礦工的位置信息，同時通過瓦斯監控系統也可以了解到井下各個位置的瓦斯濃度值。但是，兩個系統目前並未發生任何關聯，井下礦工難以直接了解自身所處位置的瓦斯濃度值，無法充分利用這些信息的價值。這裡給出的例子，以「井下人員定位系統」為情境信息提供商， 負責提供情境信息「A-井下人員定位」；以「瓦斯監控系統」為業務服務提供商，註冊並聲明一個通過webservice發送簡訊報警的服務「f = SM"；以智慧服務系統為核心將二者聯繫起來，註冊並建立一個智慧服務「Alarm」，並為Alarm選擇情境「Α-井下人員定位」，以及業務服務「f = SM」。根據情境感知服務邏輯的需要，我們為Alarm增加一個情境信息，其中 Loc-state表示礦工位置的狀態，Sys-state是服務系統的工作狀態。根據表1的配置模型，智慧服務系統可以調用業務服務f-SM向顧客worker發送簡訊報警。表1配置模型
權利要求
1.一種基於情境的礦山服務方法，其特徵在於，包括採用終端設備或傳感器採集當前情境信息，情境信息包括ID、情境所屬類別、情境的獲取類型、情境取值的類型、情境的提供商信息以及情境的傳感器集合；根據所述情境信息以及推理規則，得到情境信息的取值；根據情境信息與業務服務之間的關聯關係，判斷在獲得所述情境信息取值的情況下是否需要進行業務服務；如果需要進行業務服務，則調用與所述情境信息取值相應的業務服務。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據所述情境信息以及推理規則，得到情境信息的取值後，還包括判斷所述情境信息的取值是否發生了變化；對於變化了的情境信息的取值，判斷在獲得所述情境信息取值的情況下是否需要進行業務服務。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，如果需要進行業務服務，則調用與所述情境信息的取值相應的業務服務，包括如果需要進行業務服務，則查找受所述情境信息取值變化影響的人員信息及其情境感知服務；查找情境感知服務的所有情境信息的最新採集值；查找所需調用的業務服務；並調用所需的業務服務。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在採用終端設備或傳感器採集當前情境信息之前，還包括建立不同情境信息與業務服務的關聯關係。
5.一種基於情境的礦山服務系統，其特徵在於，包括情境信息獲取模塊，用於採用終端設備或傳感器採集當前情境信息，情境信息包括ID、 情境所屬類別、情境的獲取類型、情境取值的類型、情境的提供商信息以及情境的傳感器集合；情境信息推理模塊，用於根據所述情境信息以及推理規則，得到情境信息的取值；業務服務提供模塊，用於根據情境信息與業務服務之間的關聯關係，判斷在獲得所述情境信息的取值的情況下是否需要進行業務服務；並在需要進行業務服務的情況下，調用與所述情境信息的取值相應的業務服務。
全文摘要
本發明公開了一種基於情境的礦山服務方法及系統，其中方法包括採用終端設備或傳感器採集當前情境信息，情境信息包括ID、情境所屬類別、情境的獲取類型、情境取值的類型、情境的提供商信息以及情境的傳感器集合；根據所述情境信息以及推理規則，得到情境信息的取值；根據情境信息與業務服務之間的關聯關係，判斷在獲得所述情境信息取值的情況下是否需要進行業務服務；如果需要進行業務服務，則調用與所述情境信息的取值相應的業務服務。本發明提供的方法和系統能夠避免情境信息與服務業務之間的分割，使得各類信息資源能夠得到充分利用。
文檔編號E21F17/18GK102438038SQ20111030317
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者張磊, 王永茂, 羅軍偉, 薛霄, 馬永強 申請人:河南理工大學