作者：张勇、郝生武、蔡辉 著
出版社：化学工业出版社
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安全信息工程——以煤矿和交通安全监控为例试读：
前言
安全是关乎人民生命财产和幸福生活的头等大事。安全为了生产，生产必须安全。
安全信息工程是计算机技术、电子信息技术、网络与通信技术等在安全领域的具体应用。近年来，随着科学技术的进步，安全信息工程学科得到了长足的发展。但由于它是一门非常年轻的学科，涉及与众多学科知识的交叉融合，在学科建设上又面临一定的滞后性。如何既能充分利用现代化的信息技术手段，又要满足不同安全领域的发展要求，是安全信息工程学科建设面临的重要课题。
安全信息工程涵盖的领域非常宽广。除了安全专业知识外，还包括了信息领域的设计。如硬件设计，包括模拟电子技术、数字电子技术、单片机、DSP、ARM等；软件设计，包括程序设计、数据库、网络通信、算法等内容；最近风起云涌的大数据理论、云计算、移动互联技术、无人驾驶技术 ，将会给安全信息工程领域带来一场前所未有的革命。
本书共分为11章，具体内容安排如下。
第1章，安全信息工程概述。本章阐述安全、信息、安全信息工程的基本概念与原理，安全信息工程建设的主要内容，安全信息工程的实例。结合近年来快速发展的大数据理论、云计算、移动互联技术，给出了安全信息工程的发展趋势。
第2章，安全信息工程的体系结构。本章以煤矿三大安全系统为例，进行论述。首先对系统进行分析，确定设计范围和主要内容，进而给出系统设计原理、监测监控的手段及方法、通信的原理，给出了整个系统的完整解决方案。
第3章，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。矿用乳化液矢量自动配比装置是针对当前煤矿的生产要求来开发和设计的。系统采用了先进的超声波技术和变频调速技术，运用主流单片机对装置进行了设计。系统软件运用结构化设计思想，采用C51编程，进行了模块化设计，建立了矢量控制算法，并验证了该模型在实际生产过程中的正确性和可靠性。
第4章，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。本章针对2015年7月26日，曲阜星村煤矿发生的一次冲击地压事故为例，进行论述。3302工作面震动受构造应力与自重应力影响较为显著。工作面顺槽同时面临深部采动与矿震双扰动，变形大，有较强的冲击地压发生倾向。本章针对3302工作面发生事故的原因、机理，结合当时各个监控系统监测参数的预警分析进行探讨。为保证生产安全，预防冲击地压的发生，给出了掘进期间冲击危险监测方案、掘进期间冲击危险防治方案设计及卸压解危方案、回采期间冲击危险监测方案、回采期间冲击地压防治方案设计、回采期间监测危险区域处理措施等。
第5章，煤矿安全监测大数据平台的开发与设计。本章介绍了数据库设计、软件设计的原理，给出了软件运行界面，并列出了部分源程序。应用安全监测大数据平台，对顶板和冲击地压数据进行传输、收集、存储，通过大数据平台，对算法进行提炼。应用大数据理论，把微震监测系统、综采压力系统、电磁辐射系统、钻孔应力系统，包括钻屑法等环节获得的数据进行信息融合，运用平台的并行运算处理能力，对算法进行仿真和优化。找出顶板运动、冲击地压等运动变化的规律性，满足煤矿企业瞬息万变的井下环境数据处理能力，实现高效的预警分析，对指导企业的安全生产起到积极的推动作用。
第6章，大数据系统分析方法及在安全预警中的应用。常用的大数据分析方法有：分类、回归分析、聚类分析、关联规则、神经网络方法、Web 数据挖掘、支持向量机、随机森林等。本章从3308工作面所获得的200多天的数据着手，进行分析。通过聚类、支持向量机分析，和现场的工程实践进行比较，以期获得和工作面相符的结论，更好地指导工程实践。
第7章，辐射剂量实时监测与预警系统。本章运用已有的煤矿监控系统，嵌入了辐射剂量传感器，并入煤矿井下监测分站，经光纤传入地面监控系统；能对矿井辐射环境中的X、γ射线进行不间断检测。对长期在复杂环境工作的人员所受的辐射剂量进行连续跟踪和风险评估；通过传感器获得井下实时数据，运用SQL数据库对数据进行存储、统计、分析，对超标的辐射环境进行预警，并提醒决策部门、工作人员采取必要的防护措施。
第8章，吊管机智能监控仪的设计。本章论述了监控仪的设计原理，包括传感器、通信协议、硬件设计、软件设计、LCD显示原理及设计，给出了部分源程序。该监控仪具有吊重、吊杆角度、爬坡角度、车体倾斜角度、吊高、工作幅度、力矩百分比等参数显示及报警功能，最后给出了仪器的抗干扰措施。
第9章，煤矿水文监测系统的设计。本章给出了水文监测系统的整体结构、系统组成与工作原理。以煤矿的实际需要为例，给出了详细的设计方案、设备规格明细。
第10章，煤矿安全信息工程实例。本章以济宁鹿洼煤矿的人员定位系统和矿井水文监测系统为例，说明监控系统在企业的应用。这些系统的应用为煤矿的现代化生产、管理起到了保驾护航的作用，也是对第2章和第9章内容的进一步探讨。
第11章，安全信息工程在交通智能管理系统中的应用研究。本章从出租车的智能管理总体方案入手，对终端整体结构进行了设计，明确了终端要实现的具体功能，完成了车载智能终端硬件电路设计——主控模块、液晶屏显示、无线通信模块、语音模块以及接口电路等。软件设计部分实现了Linux嵌入式开发环境和Qt GUI开发环境的搭建、根文件系统以及QT等源码的编译与移植。在嵌入式Linux系统下成功编写了基于AM1808 Linux Qt下的车载智能终端整套嵌入式程序，在QT图形化框架下编写了智能车载终端界面程序，此程序能显示平台的各种通知、文本等信息，还可显示终端本身的各种状态指示，可以通知用户终端的最新动态数据。
本书编写得到国家安监局项目（项目编号：2013097，shandong-0016-2015AQ，shandong-0028-2015AQ）、山东省安监局项目（项目编号：LAJK2013-139，2014-59，2014-94，2015-58，2016-62）资金资助，在此表示感谢。
本书出版之际，感谢我的博士生导师、山东科技大学原副校长宋扬教授；感谢我的硕士生导师闫相宏教授、黄自伟教授；感谢泰山医学院放射学院院长刘林祥教授，孟庆建书记，科研处长李建民教授、刘建波教授；感谢山东省安监局刘桂法处长；感谢山东省济宁鹿洼煤矿的刘岭书记，李浩建工程师，曲阜星村煤矿原副矿长马学春、郑玉友高级工程师，蔡辉工程师；感谢中国矿业大学窦林名教授、王连国教授；感谢北京科技大学姜福兴教授；感谢山东科技大学宋振骐院士、谭云亮教授、杨永杰教授、吴士良教授、林晓霞副教授；感谢山东农业大学朱红梅副教授等。要感谢的人太多，恕不一一列出。
本书在编写过程中得到了闫相宏、张东升、张德新、袁文超、程运福、翟代庆、游敏娟等的帮助，在此对他们的付出表示真诚的感谢。
由于水平和时间所限，以及所述内容的复杂性、多样性，故难免有不妥之处，恳请读者批评指正。 著者 2018年7月 于泰山脚下 1 安全信息工程概述
安全信息工程是安全科学与工程专业中一门崭新的学科，是计算机技术、电子信息技术、网络与通信技术等在安全领域的具体应用。近年来，随着科学技术的进步，安全信息工程学科得到了长足的发展。但由于它是一门非常“年轻”的学科，涉及与众多学科知识的交叉融合，在学科建设上又面临一定的滞后，如何既能充分利用现代化的信息技术手段，又要满足不同安全领域的发展要求，是安全信息工程学科建设面临的重要课题。1.1 安全信息工程概述1.1.1 安全的基本概念
安全：为预防生产过程中发生人身、设备事故，形成良好劳动环境和工作秩序而采取的一系列措施和活动。无危为安，无损为全。根据现代安全系统工程的观点，安全即是通过人、机、物料、环境的和谐运作，使生产过程中潜在的各种事故风险和伤害因素始终处于有效控制状态，切实保护劳动者的生命安全和身体健康。众所周知，在人类生产过程中，没有100%的绝对安全，将系统的运行状态对人类的生命、财产、环境可能产生的损害控制在人类能接受水平以下的状态，即为安全状态。安全生产，预防为主。安全为了生产，生产必须安全。
2018年4月16日，中华人民共和国应急管理部正式挂牌。考虑到我国灾害多发频发，很多灾害事故又有着复合成因、牵涉多个方面，把生产事故、火灾、地震、水旱灾害等综合协调统一管理，从健全公共安全体系出发，整合优化应急力量和资源，进而提高防灾减灾救灾能力，提升应急管理的灵敏度，是推进国家治理体系和治理能力现代化的必需。应急管理部的主要职责是，组织编制国家应急总体预案和规划，指导各地区各部门应对突发事件工作，推动应急预案体系建设和预案演练；建立灾情报告系统并统一发布灾情，统筹应急力量建设和物资储备并在救灾时统一调度，组织灾害救助体系建设，指导安全生产类、自然灾害类应急救援，承担国家应对特别重大灾害指挥部工作；指导火灾、水旱灾害、地质灾害等防治；负责安全生产综合监督管理和工矿商贸行业安全生产监督管理等。可见，安全和广大人民群众的生产、生活密切相关。
安全涉及社会运行的方方面面。从具体行业来讲，包括的种类就更多了，如矿业安全、建筑安全、化工安全、交通安全、环境安全、核安全、食品安全、机械安全、核安全等。本书涉及的是和工业生产紧密关联的信息安全问题。
安全事故源于生产过程中大量的不安全行为和不安全状态。由于我国人口基数大，安全生产制度落实不健全，部分人法制观念淡漠，安全事故频发，给国家和人民的生命财产造成了重大损失。据国家安全监管总局通报，2016年上半年，全国共发生各类安全生产事故23534起，死亡14136人，比去年同期分别下降了8.8%和5.3%。其中，较大事故发生了311起，死亡1180人，同比分别下降了12.4%和14.4%；重特大事故发生15起，死亡198人，同比分别下降了25%和23.9%。
从2012年到2015年死亡10人以上的重特大事故，已经从59起降到38起，但平均每起事故造成的死亡人数是同比上升的，同期每一起重特大事故造成的死亡人数由15.6人上升到20.2人。重特大事故发生地区较为集中，非法违法行为导致的较大以上事故比例仍居高位，安全生产形势依然严峻。下面举几个典型的案例：
① 2013年11月22日凌晨，中石化位于青岛经济技术开发区的东黄复线原油管道发生破裂，导致原油泄漏，部分原油漏入市政排水暗渠。当日上午10时25分，市政排水暗渠发生爆炸，导致周边行人、居民、抢险人员伤亡的重大事故。本次事故共造成62人死亡，136人受伤。
② 2014年8月2日，江苏省苏州市昆山市昆山经济技术开发区的昆山中荣金属制品有限公司抛光二车间发生特别重大铝粉尘爆炸事故，事故造成97人死亡，163人受伤，事故报告期后，经全力抢救医治无效陆续死亡49人，直接经济损失达3.51亿元。
③ 2014年12月31日23时35分，上海市黄浦区外滩陈毅广场东南角通往黄浦江观景平台的人行通道阶梯处发生拥挤踩踏，造成36人死亡，49人受伤。
④ 2015年8月12日，天津滨海新区瑞海公司所属危险品仓库发生爆炸。事故共造成165人遇难，8人失踪，798人受伤，304幢建筑物、12428辆商品汽车、7533个集装箱受损。截至2015年12月10日，依据《企业职工伤亡事故经济损失统计标准》等标准和规定统计，已核定的直接经济损失为68.66亿元。
⑤ 2015年12月20日，深圳光明新区的红坳渣土受纳场发生滑坡特大事故，事故造成73人死亡，4人下落不明，17人受伤，33栋建筑物被损毁、掩埋，90家企业生产受影响，涉及员工4630人。事故造成直接经济损失为8.81亿元。
上述事故充分暴露了安全生产监管体制机制、法制上存在的漏洞，暴露了基础工作的薄弱，对安全工作落实的不到位，教训尤为深刻。1.1.2 信息的基本概念
我们生活在信息时代，并且是大数据信息时代。各种数据充斥在周围，令人目不暇接，但并不是所有的数据都对人们有用。信息是经过加工的、有一定含义的、对决策有价值的数据。信息反映着客观世界中各种事物的特征和变化，是可以借助某种载体加以传递的有用知识。信息化是当代人类创造的最活跃的生产力，是衡量一个国家现代化水平和综合国力的重要标志。信息具有可度量、可识别、可转换、可存储、可处理、可传递、可再生、可压缩、可利用、可共享等基本特征；并且，信息具有时效性，过时的信息可能就褪变为无用的信息。1.1.3 安全与信息的关系
安全信息是劳动生产中起安全作用的信息集合，包含生产过程中所产生的监测监控信息、警示信息、分析与决策信息、统计信息、管理信息、安全标志、安全信号、安全法规和标准、安全设备和装备、满足生产要求的基础信息等。现代安全管理就是借助大量的安全信息进行管理，其现代化水平决定信息科学技术在安全管理中的应用程度。只有充分地发挥和利用信息科学技术，才能使安全管理工作在社会生产现代化的进程中发挥积极的作用。安全信息的获得和利用，能最大限度地提高工作效率，避免伤亡事故、减少工作损失，提高企业的安全生产管理水平，更好地为企业服务。总之，安全信息的合理有效利用，对生产的平稳推进，保证人民群众的生命财产安全，具有深远的意义。1.1.4 安全信息工程的应用
安全信息工程是安全科学与工程专业一门重要的专业课，是计算机技术、电子信息技术、网络与通信技术等在安全领域的具体应用。其目的是通过安全信息系统的构建，更好地监测、监控、管理、预测安全生产中的事务，保障生产的安全和工作人员的生命健康，提高生产效率，取得良好的经济效益和社会效益，促进社会的和谐发展和进步。
国家高度重视安全信息工程的发展。早在安全生产“十一五”规划和安全科技“十一五”规划中，就把安全生产信息系统建设列为重点工程。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》中，首次将“公共安全”列为重点领域，将“重大生产事故预警与救援”确定为优先主题，这给安全信息工程的发展指明了方向。与此同时，安全信息工程的学科也得到了快速发展。
安全信息工程与现代科学技术的发展密切相关，但新技术的应用必须服务于本领域的安全需要，因此必须重视本领域的基本理论的学习，注重与学科密切相关的安全知识的积累。以煤矿顶板动态监测为例，众所周知，煤矿开采是一个极其复杂的、动态的过程，影响工作面稳定的因素众多。在采场支护过程中，由于围岩运动不断发展，支架上的工作阻力、超前支承压力、巷道顶板离层的位移量或下沉量等处于不断变化之中，这些量从不同的侧面反映顶板的运动状态，其变化规律在时间先后顺序和采场推进位置上具有本质的联系。这就必须熟悉矿山开采中周期来压的特点，找出各变量之间的有机联系，否则就不能真正理解从矿井收集来的信息，也不能理解信息的真正含义，收集数据的价值就大打折扣。1.2 安全信息工程建设
安全信息工程一般要经过信息的收集、传输、存储、建模、加工、整改、反馈、重新建模、安全评估等过程。
安全信息工程的基本建设内容为安全监控系统的构建，这样的系统不胜枚举。例如盐化工安全监控系统、数字化城市小区智能安防系统、火灾预警系统、瓦斯监控系统、煤矿顶板动态监控系统、煤矿综合数字化平台、数字工业电视系统等。
以矿业安全为例，早先的信息获取以手工为主，随后被机械式或电子式装置所代替。近年来，随着高产、高效煤矿的建设，采深的不断增加，矿井的现代化程度也日益提高。通过构建全矿区甚至整个集团公司的计算机实时监控系统，人们能及时了解井下瓦斯的浓度、顶板动态参数的变化、大型采煤机械的运行状况、人员位置等，为保障煤矿的安全生产，减少安全事故的发生发挥了越来越大的作用，数字矿山也应运而生。数字矿山是基于信息数字化、生产过程虚拟化、管理控制一体化、决策处理集成化为一体，将当今的采矿科学、信息科学、人工智能、计算机技术、3S技术（遥感技术、地理信息系统、全球定位系统）、虚拟技术的发展高度融合。它将深刻改变传统采矿生产活动和人们的生活方式。
再如停车场抓拍系统。车牌抓拍系统采用高清网络摄像机对进入停车场的车辆进行抓拍，上传计算机处理车牌信息，引导车辆进入，并保存入场记录；在停车场出口通过高清网络摄像机对驶出的车辆进行图像抓拍，经计算机自动识别，与数据库中车牌信息对比，对固定车自动放行，对于临时车根据停车时间进行管理，实现车辆的进出监控、收费和管理。
当然，对每一个领域来说，由于需要检测的参数不尽相同，所需的传感装置也不尽相同，再加之各测量参数之间的直接或间接的关联，必须对有用的信息进行提取，找出各个参数间本质的联系，发掘监控系统的固有规律，才能对安全生产和决策提供科学的指导。
安全信息工程在应用中逐渐发展和完善，一些理论和算法也在不断优化之中，没有十全十美的监控系统。安全信息系统是整个安全领域的一个组成部分。要服务于这个大系统。技术是手段，不是目的。在一切系统工程之中，人是决定因素。若没有发挥好人的主观能动性，再好的安防系统也有失效的时候，也有死角。1.2.1 安全信息工程建设的主要内容
安全信息工程建设的主要内容包括对生产现场进行数据采集、硬件与网络的建设、数据的集成、软件分析与预测算法的实现、管理软件的编制等。即通过传感器或安全检测装置收集数据，通过传输网络按时间间隔要求对数据自动记录、计算、存储、备份与恢复。在传输过程中要考虑硬件和软件冗余，确保网络的安全。根据专业知识分析收集的数据。如对各相关数据进行单项分析、多项分析、关联分析；通过一定的数据融合算法，找出各个变量参数之间的有机联系，挖掘各个变量之间发展变化的规律性，提供近、中、远期的预测预报，达到“预测、预报、预警、预案”的目的，从而更好地指导企业的安全生产。另外，管理软件的编制使企业的运行更加规范和富有效率。当建设的内容非常复杂时，可以通过UML对系统进行分析和建模，以提高代码质量，加快系统的开发进程。
安全信息工程结构框图如图1.1所示。图1.1 安全信息工程结构框图1.2.2 安全信息工程的硬件设计
安全信息工程检测和监控的基础是传感器的选用和安装。传感器的种类繁多，如温度、压力、流量、位移、浓度、成分、速度、加速度、倾角、光学、图像等。传感器检测的信号经变送器转化成标准的信号。这其中普遍涉及单片机、ARM或DSP等方面的软、硬件知识。网络的构建可以使各个独立的自动化系统有效集成和有机整合，实现相关联业务数据的综合分析。网络的拓扑结构通常有总线型拓扑、星形拓扑、环形拓扑以及它们的混合型。常使用的总线类型有RS-232、RS-485、CAN、Ethernet、LonWorks等。计算机安全监控系统的体系结构有常规安全监控、集散控制系统、现场总线控制系统、PLC控制系统、工业以太网控制系统、无线传输控制系统等。因此，构建经济、合理的硬件监测系统是安全信息工程所面临的重要课题。1.2.3 安全信息工程的软件设计
安全信息工程的软件设计主要涉及三个方面，即下位机的软件编程、上位机的编程（包括网络通信和远程访问）、数据库的建立和维护。下位机的编程软件有汇编语言和C语言等。上位机的编程可用C、C++、VB、Delphi、Java、C#、Python、R等。网络数据库的建立和维护是安全信息工程涉及的非常重要的内容。目前常见的数据库有SQL SERVER、ORACLE、ACCESS、MySQL等。通过对安全监控系统的相关信息进行实时采集、录入、修改、查询、统计、输出报表、预测、预报等，可实现生产系统、安全系统、管理系统的有效集成，达到安全测控的目的。网络的通信原理，以SQL SERVER为例，目前主要有ODBC、OLE、ADO、ADO.NET等多种数据库应用程序接口。如何遵循工业标准（如OPC技术），设计富有效率的安全信息工程的交互式界面对软件工程师来说是一个极大的考验。1.2.4 安全信息工程的预测与决策算法
安全信息系统的预测与决策算法有很多种，如常见的有加权平均、统计回归、方差分析、时序分析、模糊数学、灰色系统、神经网络、混沌理论、非线性分析、FLAC软件分析、专家系统、多传感器信息融合技术、小波分析、人工智能深度学习算法等。预测与决策算法是安全信息工程的灵魂。算法不一定越复杂越好。简单、实用、适合现场应用的算法，比较受操作人员的欢迎，系统的维护也相对容易。1.3 安全信息工程举例1.3.1 尤洛卡（精准信息）煤矿顶板动态监测系统
尤洛卡KJ653煤矿顶板动态监测系统结构图如图1.2所示。图1.2 尤洛卡KJ653煤矿顶板动态监测系统结构图（1）系统功能
① KJ653煤矿顶板动态监测系统主要用于实时、无线监测综采支架工作阻力、巷道围岩和顶板的松动离层量、锚杆/索工作载荷、超前支撑应力及单体支护工作阻力等矿压参数。
② 实时监测和评价回采工作面支架对顶板运动的适应性及巷道现有支护参数的合理性，研究顶板的活动规律和采场防控措施，并对现有矿压监测手段提出可行性改进意见，为确保矿井的安全生产提供依据。
③ 系统传感器层级采用GFSK无线网络技术进行无线自组网通信，内嵌ULKmesh1.2协议，无线组件含有16个通信信道，由组件CPU自动侦测选择信道路由。各无线传感器测点检测相应数据信息，然后根据路由协议将数据传送给网络内的无线数据传输分站。
④ 各传感器测点之间可以自由通信。当网络内部某个无线传感器测点出现故障时，其他测点可以进行网络自组织，选择另外的传输链路，实现网络通信的可靠性。（2）主要技术特点
① 系统采用国内首创的“433M无线路由自组网模式”。各传感器测点采用的是一种完全分布式、对等的无线自组网。
② 采用多径路由协议，充分利用网络中路由的冗余，使得网络具有优异的自愈性、稳定性和极佳的数据吞吐量，即使在移动的组网环境下也能轻松应对。
③ 多频信道可配置，1个基本信道和1～16个辅助信道；使用时可以随意增减传感器个数；可以移动、互换传感器安装位置。
④ 路由的选择综合考虑信号质量、传感器供电电池电压以及距离等诸多因素。
⑤ 某个节点损坏不会影响整个通信链路。1.3.2 KJ95N 型煤矿综合监控系统
KJ95N型煤矿综合监控系统是天地科技股份有限公司的产品，经过多年的开发，技术逐渐成熟，其框架如图1.3所示。该系统采用先进的计算机网络技术、ARM 嵌入式技术和EMC 抗干扰技术，可实现矿井上、下各类环境参数、生产参数及瓦斯抽放过程的监测与显示、报警与控制，广泛应用于大中小各类矿井。系统具有以下功能。图1.3 KJ95N 型煤矿综合监控系统框架
① 监测、显示瓦斯、风速、负压、一氧化碳、烟雾、温度、风门开关等环境参数，并实现故障闭锁和报警、就地和异地超限断电、风电瓦斯闭锁；
② 监测、显示煤仓煤位、水仓水位、压风机风压、箕斗计数、各种机电设备开停等生产参数，并实现故障报警；
③ 监测、显示瓦斯抽放过程；
④ 系统软件具有参数设置、控制、页面编辑、列表显示、曲线显示、柱状态图显示、模拟图显示、打印、查询等功能。1.3.3 河南义马煤矿工业视频监控
义马煤矿工业电视系统地面部分设备布置图如图1.4所示。图1.4 义马煤矿工业电视系统地面部分设备布置图
煤矿在地面及井下全面采用数字网络视频技术，所有视频集中管理、存储和Web浏览，视频服务器支持转码流，将网络中的高清晰图像转换为一般质量的图像，方便某些特定场合。该技术具有视频转发机制和管理能力，能解决信息浏览视频的带宽问题，具有网络组播实施策略，具有用户权限优先级控制机制。视频服务器的每路输出带宽可调，可限制带宽占用，系统的摄像点全部采用光缆传输，系统利用数字矩阵切换器进行视频切换，利用控制软件对云台、镜头控制；系统采用流媒体方式发布，各授权用户可实时调看所有工业电视信号。通过该系统可以实现远程监视、分组切换、视频网络浏览、用户管理、日志管理等。系统主干为千兆高速工业以太环网，核心交换机支持冗余协议，具有网络防火墙和反入侵监测功能。
综合自动化网络系统分三层结构：信息层、控制层、设备层。信息层采用快速以太网交换结构。控制层采用冗余工业以太网技术，带宽1000M，采用环形光纤以太网形成井上、井下的信息高速通道。设备层则通过硬件接口实现子系统和主干网的连接，通过软件接口连接，形成统一的通信协议，实现数据信息的互通。系统健壮、抗干扰能力强，具有优良的安全验证体系，支持系统的安全性恢复，支持数据备份，保证系统安全可靠。
通过工业以太网实现了数据流、视频流、音频流同网传输，可以进行实时查询各种传感器数据、生产设备的在线状态，能综合分析、报警或故障分析，能自动生成系统报表、历史曲线，对区域生产作业环境进行评价或辅助决策。该系统自动化、管理信息、视频高度集成，实现了信息资源共享；提高了管理信息系统数据的准确性、实时性，提高了煤矿的安全生产管理水平，形成集成调度和远程监测监控的作业体系，生产监控数据和管理信息的整合，打通了管控之间的缝隙；统一信息化架构，建立信息集成管理规范，真正实现了“管控一体化”，达到“减员增效”和现代化示范矿井的目标。
另外，海康威视公司生产的智能化安全监控云平台和上述监控系统有着相似的工作原理。1.3.4 安全监控组态软件
安全监控组态软件用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/XP等操作系统。
使用安全监控组态软件的目的是快速构造和生成上位机监控系统，提高软件的开发效率。国内安全监控组态软件有MCGS、三维力控和紫金桥等。图1.5是由亚控科技Kingview组态软件生成的煤矿综合自动化监控系统的架构图。图1.5 煤矿综合自动化监控系统的架构图1.3.5 安全管理信息系统
用于管理方面的信息系统就是管理信息系统。设计一个管理信息系统，通常要经过系统规划、系统分析、系统设计、系统实施、系统运行、系统维护六个阶段。管理信息系统有五个基本部分：人员、管理、数据库、计算机软件和计算机硬件系统。随着现代化政府、企事业制度的构建，管理信息系统的环境、目标、功能、内涵等均发生了很大的变化。管理信息系统通常包括人员、财务、生产、销售、库存、计划、预算、工作安排、采购、调度、绩效考核、决策支持系统、业务支持系统、知识库等，它需要强大的数据库系统作为支撑。例如：安全管理信息系统涉及本单位、本行业的基本信息，如单位信息、人员信息、管理文件、安全检查、隐患筛查等，设计时应严格遵循国家法律、法规和安全生产管理监督部门制定的相关规章、标准。安全管理信息系统的有效运行可以为安全生产管理部门开展安全生产检查、落实、监督等工作提供便利的服务。
图1.6为安全管理信息系统的框图。图1.6 安全管理信息系统的框图1.4 安全信息工程的发展趋势
安全信息工程随着“互联网+”的发展，迎来了前所未有的发展机遇，表现为传统监测、监控、安全管理和新技术的高度融合。新技术的进步主要体现在以下几个领域。（1）大数据
大数据（big data），或称巨量资料，指的是所涉及的资料量规模巨大到无法通过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。在维克托·迈尔·舍恩伯格及肯尼斯·库克耶编写的《大数据时代》中指出，大数据是指不用随机分析法（抽样调查）这样的捷径，而采用对所有数据进行分析处理的新的数据处理方式。与传统的数据分析相比，大数据分析能力更强，处理速度更快，更适用于互联网时代下，各行业对海量数据快速分析、处理的需要，因而近年受到全球重视。大数据通常包含四个特点：大量（volume）、高速（velocity）、多样（variety）、价值（value）。
近年来，大数据在众多领域得到了应用。例如，在医学领域，通过对DNA测序、医学影像、健康档案、医学文献等典型实例大数据的分析和建模，实现疾病的人工智能诊断。通过对大数据时代生物多样性信息学的关键技术以及典型应用，提出学科发展的趋势和挑战。北斗组网技术的成熟，将智慧城市、智慧交通的发展引入了快车道。通过对智慧城市的大数据分析系统，能合理调度城市的交通运行状况，及时掌握城市治安状况，有利于平安中国的建设；通过对春运人口的大数据统计分析，能综合掌握人们出行的趋势，合理加开临时列车，及时进行人员疏导、分流。
当然，与大数据在众多领域中的应用相比较，大数据理论在煤矿企业的成熟应用还有待提高。这和煤矿煤炭资源储存条件复杂，煤矿企业的经营现状等有很大的关系。事实上，大数据技术的战略意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对这些含有意义的数据进行专业化数据处理、分析、挖掘，在于提高对数据的“加工能力”，通过“加工”实现数据的“增值”，有利于企业的安全管理，为企业的安全生产保驾护航。
以煤矿企业为例，在安全生产过程中，每天都要产生众多的大数据。例如：监测监控、人员定位、供水施救、压风自救、通信联络、紧急避险六大避险系统；对于其中的子系统来说，具体有工业电视系统、井下皮带运输系统、调度室大屏幕显示系统、提升系统、瓦斯抽放系统、综采工作面压力检测系统、矿震检测系统、冲击地压预报系统、地面筛分系统、井下供电系统、井下皮带运输集控系统、通风机在线监测系统等，不胜枚举。
矿井综合自动化平台将需要接入的各子系统信息通过标准的数据交换方式与综合监控中心进行数据存取，并将各子系统的信息进行综合处理。矿井综合自动化系统将实时、历史及综合分析后的信息提供给系统中的用户。如何及时处理海量的大数据，对监控系统来说，是一项巨大的挑战。
对于大数据处理的研究是计算机领域研究的热点之一。其常规软件工具是Hadoop，它是分布式文件系统，具有高容错性的特点，并且设计用来部署在低廉的硬件上；它提供高吞吐量用于访问应用程序的数据，特别适合那些有着超大数据集的应用程序，可以以流的形式访问文件系统中的数据。Hadoop的框架最核心的设计就是：HDFS和MapReduce。HDFS为海量的数据提供了存储，而MapReduce为海量的数据提供了计算。（2）云计算
随着IT规模越来越大，数据规模呈几何级数增长，已经超出了传统技术方法所能解决的范畴。通过云计算来实施海量数据处理解决方案，实现以更小的成本来处理更大规模数据的目标。云计算表现了强大的解决问题的能力和海量的数据存储与处理能力。如阿里云，2017年“双十一”每秒钟处理32.5万个订单请求，对比2016年增加了15万个订单。支付宝在峰值时，每秒处理25.6万笔交易，较2016年水平提高了41%。菜鸟网络当天数据显示，系统处理物流订单量达8.12亿件，超过90%的包裹在四天内发货完毕。无论是德国的“工业4.0”，还是“中国制造2025”，都需要云计算来突围。工业云计算的成功运用案例是三一重工。该企业的树根互联平台已接入30万台设备，实时采集一万个过程参数。通过建立大数据分析预测模型，为客户提供精准的大数据分析、预测、运营支持及商业模式创新服务。移动云的普及使我们用手机实时监控工业现场的运行状态成为可能。煤矿企业已实现了这一应用。（3）人工智能
近年来，人工智能引爆了全世界。从深蓝到AlphaGo，深度神经网络得到了应用，机器学习日益成熟。无人机、无人驾驶技术得到了突飞猛进的发展，三维高精地图得到进一步优化。人工智能加速了物联网的普及。中国测控网认为，数据分析是推动智能工厂发展的重要引擎。在制造企业的车间，生产系统不断产生大量的实时数据，如运动轴状态（电流、位置、速度、温度等）、主轴状态（功率、转矩、速度、温度等）、机床运行状态数据（温度、振动、PLC、I/O、报警和故障信息）、机床操作状态数据（开机、关机、断电、急停等）、加工程序数据（程序名称、工件名称、刀具、加工时间、程序执行时间、程序行号等）、传感器数据（振动信号、声发射信号等），对这些状态信息的采集可以让企业对出现的任何异动进行分析和诊断。将来，人工智能必将在安全信息工程领域得到越来越广泛的应用。1.5 安全信息系统的可靠性
安全信息技术中数据的可靠性包括检测的可靠性、数据传输的可靠性、数据接收的可靠性及分析预测的可靠性等。例如：数据库的安全性主要包括用户管理、身份验证和存取权限控制等方面。数据库备份的内容分为系统数据库和用户数据库两部分。通过在企业内部网与 Internet之间构筑防火墙，可监测、限制、更改跨越防火墙的数据流，实现网络的安全保护，来防止Internet的用户对企业内部信息的窃取以及外界病毒的侵入。
总之，安全信息工程学科的构建不是一蹴而就的，需要多学科知识的积累和融合。相信随着安全信息工程的不断发展和完善，其内容和方法会日臻成熟，在安全技术及工程领域中会发挥越来越重要的作用。2 安全信息工程的体系结构
本章以康家湾矿为例，从用户需求的角度，对矿山“三大安全系统”（人员定位、无线通信、监测监控），特别是井下人员定位系统进行分析。人员定位系统可以实时查询井上、井下人员的详细信息，显示井下区域环境的状态、人员分布，实现人员的考核、调度、避险、短信收发、精确定位、工作时间统计、非法入侵信息等功能。系统以网络交换机或光纤交换机、计算机组成网络平台，在井下设立无线通信分站，根据矿井需求数量和通信距离进行安装布置。2.1 系统分析
系统分析，首先针对工程提出问题，分析理解问题，提出问题的数学模型、方案，优化最终方案，并确定最终实施方案的过程。2.1.1 需求分析
以煤矿井下人员定位系统为例，系统必须具备的功能如下：
① 对井下工作人员、设备、车辆进行实时跟踪和定位；
② 调度室广播、井上与井下、井下与井下人员的通话、工作路线或活动轨迹；
③ 安全管理、考勤、报表；
④ 统计井下人数、当前位置、相对位置；
⑤ 危险场所调度、预警、安全提示；
⑥ 根据井下巷道规划图，安排人员撤离及逃生路线；
⑦ 井下被困人员的定位与营救。2.1.2 系统设计的原则
系统设计应遵循以下原则：
① 实用性；
② 可靠性；
③ 可扩充性；
④ 符合国家标准。
设计中应充分考虑应用当前较为先进的射频技术、GIS地理信息系统、通信技术、计算机算法、数据处理技术等。2.2 设计方案2.2.1 设计范围
根据康家湾矿目前的生产情况，主要生产中段的9～13中段为重点设计，康家湾矿生产布置情况如下：（1）井下
出入井通道为副井竖井、斜坡道；井下作业范围有4～13中段，其中4～8中段都是从斜坡道进入各中段，且无作业，系统只需对斜坡道内各中段出入口处进行设计，9～12中段为康家湾矿主要井下开采作业范围。（2）地面
出入井口及办公室、调度室等场所有副井出入井口、斜坡道出入井口；办公室、调度室有矿办公室区域、工区楼区域、供应科楼区域、堆矿坪等四大区域范围；需要将现有的通信系统和监控系统整合到新的系统中。（3）主要设计范围
① 以主要生产中段9～13中段为重点设计，需对5个中段的整个开采作业范围进行设计；4～8中段为基本设计，只需对进入各中段出入口的整个斜坡道进行设计即可。
② 系统信息控制中心建设。
③ 现有监控系统和通信系统整合到人员定位、无线通信、监测监控（简称定位、通信、监测监控）“三大系统”。2.2.2 主要内容
① 监测监控系统（包括斜坡道车辆监控）。
② 人员定位系统。
③ 通信联络系统（新建井下100门程控交换机系统）。
④ 系统整合：将已有的监控系统、通信联络系统、尾矿库在线监测系统并入安全系统平台，实现统一控制管理。
⑤ 系统融合控制平台设计。2.2.3 设计原则
康家湾矿安全“6+1”系统建设遵循以下设计原则。（1）规范性
根据矿山的实际情况，依据国家规范要求和相关行业标准设计。（2）实用性
满足公司矿山安全生产的需求，实现各系统信息收集、处理、查询、统计、分析等功能，系统简单实用，易于掌握，人机界面友好。（3）可靠性
在硬件选型、网络设计、支撑环境、应用系统的建设过程中，尤其是网络系统设计中，必须充分体现可靠性原则，必须提高网络运行的容错性，保证系统在一个节点出现意外时整个系统仍能运行。系统采用冗余备份设计，保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便、修改灵活。（4）经济性
系统建设要充分考虑经济性，多系统共用传输平台和数据平台，充分利用现有资源，在保证系统完整性、可靠性的前提下最大限度地为客户节约成本。（5）先进性
充分利用飞速发展的计算机和自动化网络技术，全面准确地体现用户的管理思想及操作方式，建立一个符合金属非金属矿山标准的、开放的、易于管理的综合信息系统。（6）开放性
要在符合通用标准的前提下，兼容多种标准的接口，实现子系统最大限度的信息共享。系统结构合理，便于今后的功能拓展。2.2.4 设计依据
① 《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发〔2010〕23号）。
② 《国务院安委会办公室关于贯彻落实<国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知>精神进一步加强非煤矿山安全生产工作的实施意见》（安委办〔2010〕17号）。
③ 《金属非金属矿山安全规程》（GB 16423—2006）。
④ 《金属非金属地下矿山监测监控系统建设规范》（AQ 2031—2011）。
⑤ 《金属非金属地下矿山人员定位系统建设规范》（AQ 2032—2011）。
⑥ 《金属非金属地下矿山通信联络系统建设规范》（AQ 2036—2011）。
⑦ 《工业电视系统工程设计规范》（GB 50115—2009）。
⑧ 《视频安防监控系统工程设计规范》（GB 50395—2007）。
⑨ 《安全防范工程技术标准》（GB 50348—2018）。
⑩ 《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB 50198—2011）。《矿山安全标志》（GB 14161—2008）。《公用计算机互联网工程设计规范（附条文说明）》（YD/T 5037—2005）。《1000Mbit/s以太网标准》（IEEE 802.3）。《矿用一般型电气设备》（GB 12173—2008）。《电力通信运行管理规程》（DL/T 544—2012）。《矿山电力设计规范》（GB 50070—2009）。《转发<国家安全监管总局关于切实加强金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”建设的通知>》（湘安监非煤函〔2011〕176号）。2.2.5 整体方案
矿山“三大安全系统”采用三网合一的整体集成方案，一体化设计的理念，人员定位、无线通信、监测监控（定位、通信、监测监控）三网合一，三大系统间是一个相对独立而又相互融合的环网大系统，网与网之间的联络都是通过环网交换机来实现的，将新建的井下程控交换机系统与现有的有线程控交换机系统、视频监控系统（康家湾矿和选矿厂）、尾矿在线监测系统通过地面指挥监控中心的网络交换机融合于“三大安全系统”之中。
矿井先建立工业环网网络平台，以最合理的工程建设费用来进行主干环网的设计，满足公司矿山安全生产的需求。井下无线基站通过光缆或网络接口就近接入井下交换机，井下无线基站可作为人员定位系统、监测监控系统、通信联络系统的接收分站，通过工业环网平台将数据上传至地面数据中心，通过通信控制终端对井下设备进行集中管理，通过人员定位/监测服务器对人员（斜井内车辆运行）定位和监测数据进行存储和查询显示。
建设从选矿车间到康家湾矿控制室的主干传输光缆（现有的线路与其他系统共用）；建设从矿山控制室机房至矿山井下各中段的环网主干光缆，做成回路传输网络。从环网铺设支干光缆至相应的中段主巷，建设井下中段传输网络，所有系统的数据传输均使用同一网络传输。
实施标准为采用矿用阻燃光缆，主干传输网络形成环网回路，所有网络传输根据资源开采实际情况做合理的容量预留；各种信息系统数据传输采用同一网络，不再重复建设新的传输网络，光纤网络在各中段设置一个信息基站接口，为各中段传输作数据接入。2.3 系统设计
系统的设计原理如下。
① 人员随身携带的标识卡，采用ZigBee技术。读卡器接收到标识卡，通过读卡分站，上传至井上计算机。
② 信息平台设计是建立一个“三大安全系统”指挥控制中心系统，设置一套广播系统。
③ 康家湾矿调度室建设安全监控指挥中心，通过系统的网络交换机将获取生产作业场所的相关信息，如视频图像、人员物资调度部署情况、实时监测数据等汇集整合并利用电视墙、投影幕等形式呈现；指挥中心通过实时收集的数据，能在第一时间内迅速、准确地掌握本区域的安全生产动态情况，达到生产指挥、后勤保障、应急调度等功能。2.3.1 系统平台设计原则
① 在满足安全系统建设规范的基础上，坚持实用、可靠、简练、经济的原则。
② 主干环网的设计，采用千兆工业以太环网交换机数据传送为主体，通过千兆光缆将井下、地面的交换机衔接起来，建立井下、地面的千兆环网高速信息传输平台。
③ 在充分分析和研究现代通信技术的基础上，选择数据传输、语音通话和人员定位三网合一的通信技术和媒介，建立系统可靠、技术先进的综合信息平台。
④ 设备选型采用通过安全认证的设备和技术产品，使系统建设满足《金属非金属矿山安全规程》的相关规定。2.3.2 系统平台主要技术要求
设计以有线程控交换机系统为主，无线通信为辅的井下通信系统，同时通过建设人员定位、无线通信、监测监控三网合一的井下环网系统，在指挥监控中心将有线程控交换机系统融合为一体，建立起稳定可靠的井下、无线、有线互联的立体通信网，并具备良好的可扩展性。
完全基于TCP/IP架构，采用光纤作为综合基站之间的通信介质，在拓扑结构上灵活多样，可以完全按照井下巷道的树形、星形结构搭建网络传输体系。系统具有WiFi性能，使其可以作为无线信号覆盖源，在其上可以实现无线数据传输和VOIP（即IP电话）功能。
地面调度中心机房，实现双机热备份。所有系统主机和备机备用电源达到2h以上。矿井下使用设备与产品，必须具有矿安认证标志，满足相关专业领域的规范和要求。2.3.3 系统平台总体布置
设计采用三合一的无线基站，井下无线基站是井下人员定位、通信系统、监测监控等数据传输的转换、中继接入设施，设计无线基站的安装与分布的覆盖范围，为井下的各生产中段及人员活动大巷和重要场所提高安全保障。2.3.4 康家湾矿井下拟建信号覆盖区域分析
康家湾矿井下生产系统主要集中在9～12中段，13中段还没有进行采矿生产。4～8中段基本没有作业。康家湾矿下井人数为850人左右，主要分布在9～12中段。
康家湾矿井下重要设备设施分布状况表见表2.1，井下每班最大下井人数及分布表见表2.2，主要井口人员出入情况表见表2.3。表2.1 康家湾矿井下重要设备设施分布状况表 表2.2 井下每班最大下井人数及分布表 表2.3 主要井口人员出入情况表
本实施方案主要以所要监测监控的重点设备、区段、硐室和人员活动区域为对象，拟建信号覆盖上述的重点监测监控点的分布区域及人员活动区域。2.3.5 系统总体布置及主干环网设计
图2.1为井下环网网络连接结构图。在主干环网基础上，以交换机为起点，将井下各个中段子区的基站连接成一个一个环，构成小的冗余环网，以提高综合信息平台的可靠性。对每个子区，根据需要网络通信和无线信号覆盖的范围，每隔一定距离，在巷道岔口或重要监测地点附近安装一台基站，基站之间以支线光纤连接。图2.1 井下环网网络连接结构图（图中粗线为干线光纤环网，细线为支线光纤）2.3.6 光纤线路和基站布置
主干线光缆第一路敷设从调度室→副井井筒中→12中段，中间敷设至所经由9～12中段的各个站。
第二路敷设从调度室经过斜坡道敷设至4中段→5中段→6中段→7中段→8中段→9中段，经由以上各中段的分站再敷设至本中段的各站。
两路光缆经过线路：9中段→9—10中段下山→10中段→10—11中段下山→11中段→11—12中段下山→12中段→12中段副井井口，在9中段或者12中段进行衔接，通过地面交换机形成环网。2.3.7 平台部分千兆交换机中段布置
地面2台（其中副井和斜坡道出入口各设置1台），监控指挥中心设置1台，井下接入层共15台，合计18台。2.3.8 大屏拼接显示系统
指挥监控中心设计采用LCD液晶拼接墙技术或者近年来的最新技术产品，大屏拼接显示系统由中央显示系统和两边液晶监视器两大部分组成。（1）中央显示系统
中央显示系统，大屏拼接墙显示系统，可选购自市场最新产品。（2）两边液晶监视器
① 现有监视点位64个，拟增设22个点位，合计86个（并入选矿监视系统及尾矿库监控系统监视系统）。
② 根据康家湾的实际监视点位与拟增设的监视点位，并考虑生产持续发展的需求余量，每个屏设计4个显示画面，两边由2×5×2共20块液晶监视器组成。
③ 指挥监控中心机房的建设设计，根据基建工程设计。
④ 大屏拼接显示系统尺寸
a.中央拼接显示系统由3×3共9块46寸液晶拼接屏组成，实际需要尺寸为：长： 3×1025.7=3077.1（mm）高： 3×579.8=1739.4（mm）
b.两边由2×5×2=20块液晶监视器组成，实际需要尺寸为：长： 2×658×2=2632（mm）高： 5×412=2060（mm）
c.指挥监控中心房间尺寸为：宽12m；长8m；高4.5m。2.4 监测监控系统2.4.1 系统设计要求
监测监控系统建设应符合AQ 2031—2011《金属非金属地下矿山监测监控系统建设规范》的要求。
① 通风系统监测、有毒有害气体监测、视频监测的内容，符合设计方案和国家规范要求。
② 监测监控系统，按照国家规范来设计矿区实际监测监控位置。
③ 监测监控终端设备应按规范要求的点位进行布置安装。
拟设计新增一套监测监控系统，实现通风系统监测、有毒有害气体监测、视频监控。将现有的视频监控系统（康家湾矿和选矿厂）、尾矿在线监测系统通过地面指挥监控中心的网络交换机融合于“三大安全系统”之中。2.4.2 系统主要监测监控方案
安全监控系统由监控主机、监控软件、传输接口及传输通道、UPS电源、打印机、分站及电源、各种传感器（如一氧化碳、温度、风速、设备开停、馈电状态等）及断电器、执行器、电缆和接线盒等组成。2.4.3 监测监控的技术要求及达到的功能
采用A/D（模/数）转换技术，将一氧化碳、温度、风速等传感器检测的各种电模拟量通过A/D模块转换成数字量输入至综合基站，再通过系统工业以太网络传送至中心站进行监测监控。具体来讲：
① 监控主机。主机选用工控微型计算机、双机备份。
② 传输接口。将计算机非本安的RS-232口的信号转换成可与分站进行运算及通信的本安RS-485或其他信号。
③ 传感器。传感器是监测系统的感觉器官，它将风速、一氧化碳、温度、设备运行状态等物理量转换成标准的电信号供分站采集，传感器的工作电源通过分站提供，也可由电源直接提供。
④ 本安电源。本安电源将井下工业用电转换成本安直流电源输出，给分站及传感器提供电源，并具有维持电网停电后，正常供电不小于2h的蓄电池。
⑤ 断电器。用矿用电缆与分站相连，根据分站输出的控制信号控制被控开关馈电或断电。2.4.4 主要监测监控设备
在监测监控系统设计过程中，对4～13等9个中段进行分析，根据实际生产情况，分别对9～13等5个中段设计了监测网络，监测监控位置，汇总了上述监测网络布置情况。监测监控系统设备情况可参见表2.5。2.5 通信联络系统2.5.1 系统设计要求
通信联络系统建设应符合AQ 2036—2011《金属非金属地下矿山通信联络系统建设规范》要求。
本设计采用三合一的无线基站，井下无线基站是井下人员定位、通信系统、监测监控等数据传输的转换、中继接入设施。设计无线基站的安装与分布的覆盖范围，重点聚焦在井下的各生产中段及人员活动巷道和重要场所，其他场所无须覆盖。此外，井下还设置了一套广播系统。2.5.2 系统设计方案
设计以有线程控交换机系统为主、无线通信为辅的井下通信系统，同时通过建设人员定位、无线通信、监测监控三网合一的井下环网系统，在指挥监控中心将有线程控交换机系统融合为一体，建立起稳定可靠的井下、无线、有线互联的立体通信网，并具备良好的可扩展性。
设计新增一套完整的通信联络系统。有线通信（康家湾矿区已设置的有线程控交换机系统，通过地面指挥监控中心的网络交换机融合于“三大安全系统”之中）与无线通信两种通信联络方式同时设计。有线通信分设两条线路进入井下。建立井下有线通信联络系统，在井底车场、马头门、井下运输调度室、主要机电硐室、井下变电所、井下各中段采区、主要泵房、主要通风机房、提升机房、井下爆破器材库、装卸矿点等处安装有线固定通信电话。
矿井无线通信联络系统实施方案中，要求下井管理人员和作业工人配备矿用WiFi手机或安装有WiFi语音通信程序的智能手机，同时在综合信息平台上接入IP语音网关（路由器）、SVP SERVER等硬件设备。
在语音服务器上安装通信管理软件，可以实现手动或自动地进行电话录音、储存备份通信历史记录并可进行查询的功能。专用的WiFi手机或安装有WiFi语音通信程序的智能手机，支持对讲、群呼、一键求助、强插、强拆功能，同时因手机采用WiFi方式，可以根据所在的热点，确定其在井下的位置，辅助队组或人员的定位功能。
有线与无线通信联络系统，合并进入综合数字信息平台集中管理，实现由控制中心发起的组呼、全呼、选呼、强拆、强插、紧呼及监听功能。
根据需要增加无线通信联络方式，新增无线联络WiFi手机30部。2.5.3 主要有线通信设备
根据康家湾矿井下通信联络系统布置情况确定设备位置和数量，系统设备情况见表2.5。2.6 人员定位系统2.6.1 系统设计要求
井下人员定位系统建设应符合AQ 2032—2011《金属非金属地下矿山人员定位系统建设规范》的要求。
拟设计新增一套人员定位系统。以主要生产中段9～13中段为重点设计，4～8中段为基本设计。在井口安装读卡分站，实现人员出入井定位功能。在副井乘罐区、斜坡道出入口分别设置一套人员定位的门禁与人脸识别系统。
① 依据国家规范及设计方案，定位信号覆盖范围有窿口、主巷、作业面、机电硐室、马头门、运输巷、巷道分支路口等，盲区不大于10m。
② 为所有下井人员配备符合要求的定位标识卡。2.6.2 人员定位系统功能实现
① 携卡人基本信息：登记携卡人的基本个人信息，例如姓名、卡号、身份证号、出生年月、职务或工种、所在单位等信息。
② 人员实时定位：定位系统根据读卡分站传回的数据，可以准确地记录每个人的实时坐标，当管理者需要查询某个人员的具体位置时，可实时定位查找。
③ 行动轨迹回放：定位系统完整记录每人的运行轨迹，管理者可以对某个人员的历史运行轨迹进行查询并回放。
④ 重点区域监测：定位系统可以让管理者设置几个区域作为重点监测的区域，当有人进入该区域时，系统会立即发出报警信息通知管理者。
⑤ 井下人数统计：定位系统可以实时统计当前井下的人员数量，并可分区域进行统计，方便管理者对生产作业的人员情况进行跟踪与了解。
⑥ 下井时间统计：定位系统能够对所有人的下井时间与次数进行统计，并可以导出或打印。
⑦ 未升井人员提醒：根据预先设置的井下工作时长，当某个人员下井后超时未升井，系统自动统计，并可以通过系统内置的提醒功能，将异常信息发送给管理者。
⑧ 井下报警求救：识别卡具备报警功能，一旦发生事故或需要地面救助时，工人只需按下报警按钮，地面控制中心就能立即显示定位基站所在位置的人员数量、人员信息等情况，大大提高抢险效率和救护效果。
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