浅议云计算技术在煤矿安全监控中的应用
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【摘 要】在简单介绍云计算的概念、原理及特点的基础上，对云计算在煤矿安全监管信息系统中的应用和基于云计算的煤矿井下安全视频监控系统进行了介绍。
云计算的出现大大降低了知识普及的成本，使信息技术更容易被人们获取和使用。随着煤矿现代化脚步的加快，视频监控服务被引用到煤矿企业，云计算也逐渐被应用到煤矿安全监管信息系统里。
1 云计算的概念及其原理
目前IT 界对“ 云计算”（Cloud Computing）还没有确切、统一的定义。一般认为，“ 云计算”是一种新兴的共享基础架构的方法，是此前IT领域几项重要理念与技术___分布式处理、并行处理和网格计算的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。
云计算的基本原理是，通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。云计算是分布式计算技术的一种，是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。透过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“ 超级计算机”同样强大效能的网络服务。
2 云计算的主要特点
2.1 超大规模
“ 云”具有相当的规模，Google云计算已经拥有100 多万台服务器，Amazon、IBM、微软、Yahoo等的“ 云”均拥有几十万台服务器。企业私有云一般拥有数百上千台服务器。“ 云”能赋予用户前所未有的计算能力。
2.2 虚拟化
云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“ 云”，而不是固定的有形的实体。应用在“ 云”中某处运行，但实际上用户无需了解、也不用担心应用运行的具置。只需要1 台笔记本或者1 个手机，就可以通过网络服务来实现用户需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。
2.3 高可靠性
即使用户的个人计算机崩溃了，其所有的数据仍然在云里，仍然可以访问。
2.4 通用性
云计算不针对特定的应用，在“ 云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一个“ 云”可以同时支撑不同的应用运行。
2.5 极其廉价
由于“ 云”的特殊容错措施可以采用极其廉价的节点来构成云，“ 云”的自动化集中式管理使大量企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本，“ 云”的通用性使资源的利用率较之传统系统大幅提升，因此用户可以充分享受“ 云“ 的低成本优势。
3.1 云计算的架构
云计算对虚拟资源统一管理和调度。分为基础设施即服务、平台即服务以及软件即服务3 个层次。每一层为用户提供信息服务的同时也为上一层提供服务。其中1 个云管理平台和3 个逻辑层构成了云计算的架构。
3.2 关键技术
在基于云计算的煤矿安全监管信息系统中，其关键技术为：煤矿及井下信息资源的虚拟化、矿井监测及数据信息的分布式管理、煤矿信息的海量存储、煤矿地上控制中心的并行编程模式以及云平台的管理。
（1）煤矿及井下信息资源的虚拟化技术
煤矿及井下信息资源的虚拟化技术作为该系统云计算的基础，替换了物理资源。用接口的虚拟资源替代了用户所利用的物理资源，但是与物理资源的功能相同。用户只需使用，并不需要了解虚拟资源是建立在一个物理资源上还是多个物理资源上。其中存储虚拟化、操作系统虚拟化和应用虚拟化是煤矿及井下信息资源的虚拟化的具体分类。
（2）矿井监测及数据信息的分布式管理
矿井监测及数据信息的分布式管理保证了在多节点并发执行环境中系统能够正常运行。关键点是系统状态同步的重要因素，当关键点出现问题时，矿井监测及数据信息系统就需要将服务迁移。其分布式资源管理技术中的锁机制能够保证数据操作一致，协调多任务对于资源的使用。
（3）煤矿信息的海量存储
在煤矿海量信息的存储方面，云计算采用分布式存储来保证井下实时的监测信息、地质结构、瓦斯浓度监测信息等，它的优点是经济、可靠性高、可用性高。其可靠性是用冗余存储来保证的，由于廉价计算机的硬件不可靠性，云计算则采用可靠的软件弥补方式来保证。此外，设立在云下的多台服务器解决了单台服务器不能满足存储量的需求，同时增加了可靠性。存储的井下信息资源能通过云管理软件实现统一管理。
（4）煤矿地上控制中心的并行编程模式
煤矿企业的云计算资源是高效的，这与它的编程模式是分不开的。编程人员和用户必须完全了解云计算的任务周期和后台复杂的并行执行。MapReduce编程模型是煤矿地上控制中心使用的云计算分布式计算模式，它的特点是许多细粒度的子任务从大任务中分割出来，然后将这些子任务分配给各个节点上的计算机执行，最后将子任务汇总完成的一个海量数据处理过程。
（5）云平台管理技术
云计算的神经网络也就是云平台管理技术，它使得海量的服务能够协同作业。此外，云平台管理技术能够快速的诊断和修复云计算系统故障，并且方便的分配任务和管理各个节点计算机。在煤矿安全监管信息系统中，云平台软件被安设在地上控制中心，井下的实时信息传递、各工作面的安全监控以及各个节点计算机的工作分配和纠错处理都由云平台来完成。
4 基于云计算的煤矿井下安全视频监控系统
井下视频监控系统集合了各个工作面的视频感知设备，而且要求有历史记录。海量的视频图像信息存储，再加上对这些井下视频信息加以智能化分析、搜索、数据挖掘等运算，传统的视频监控系统是不能满足的。云计算强大的数据处理能力、高效的计算能力、以及海量的存储能力为井下视频监控系统带来前所未有的改变。况且各种计算服务的动态性也要由云计算来完成。基于云计算的井下视频监控系统可分为采集层、传输层、支撑层和应用层。
4.1 采集层
采集层负责将井下各个监测点的视频信号收集并做图像格式压缩转换处理，视频监控即服务将各个摄像头的信号统一接入平台，连接的平台的互联网用户能够轻松的访问。
4.2 传输层
传输层负责将采集层压缩转换的视频信号交互汇集到一起，然后进行传输。
4.3 支撑层
支撑层主要包括支撑平台运行的基础资源、基础软件系统、基础管理、视频数据的分布式存储以及数据挖掘、分析等内容。其中虚拟资源和物理资源构成了基础资源，这些资源以云存储方式存储并可以为用户提供浏览服务。像系统数据库、网络服务、应用程序以及网络消息服务都属于基础软件。像入井人员管理、视频资源管理、各节点计算机任务分配管理、数据安全管理、监控终端管理等都属于基础管理。支撑层主要对外提供平台即服务和基础设施即服务。
4.4 应用层
应用层属于一个子系统，它将不同用户的需求收集并组成各种服务，该层具有完整性和适应性特点。在井下视频监控系统的云结构中，应用层主要为用户提供井下各个工作面的视频监控服务。由于用户的多样化要求，使得传统的视频服务往往会遇到视频格式问题，应用层有效的解决了这一问题。用户可以很方便快捷的将视频监控信息调用。
5 结束语
云计算的逐步发展解决了传统的煤矿安全监管系统的难题，比如说视频处理及分析、海量存储问题、资源共享问题。在煤矿安全监管信息系统引入云计算，使得该系统能够快速有效的为煤矿服务。
参考文献
[1]张向阳.基于“云计算”的教学资源平台构架与应用功能研究[J].煤炭技术，2012（1）.
[2]梁晓晖，赵滨.基于云计算架构解决煤矿检测系统信息采集关键问题[J].煤炭技术，2011（5）.
作者简介：
李培文，山西大同人，男，1980年3月出生，大专学历，在大同煤矿集团雁崖煤业有限公司安监站从事煤矿安全工作。