煤炭在我国一次能源构成中占比高达70%以上，对国家的经济建设起着至关重要的作用。但频繁发生的煤矿安全事故却给国家带来了恶劣的社会影响及巨大的经济损失。目前虽然我国煤矿安全六大系统基本建设完毕，但在实际应用中却存在监控设备覆盖不全面、系统智能化程度低、监管分离、信息处理手段落后等问题。
针对煤矿安全监管系统现状，本文从数据处理的角度出发利用综合化、一体化的设计方法对煤矿安全监管系统进行分析设计，引入数据挖掘技术完成对系统性能的优化拓展使其满足实际应用要求。数据挖掘技术则可以帮助系统从大量的历史数据中分析挖掘出有用的潜在信息帮助安全监管工作开展。
本文的重点是系统中数据库及数据分析模块的设计与实现，首先根据对煤矿安全综合监管系统的需求分析给出系统的整体结构设计，将整个系统分成数据采集层、数据处理层及显示管理层三个部分，并对各结构层功能进行了详细分析。然后对系统的数据处理方案进行了论证，主要包括:程序设计方法、数据库管理系统、数据分析算法的分析与选择。接着对系统的主要功能进行了分析介绍，在此基础上完成了数据库的设计（主要包括数据流图、E-R关系模式、数据表的设计）及优化工作包括：数据库分区、索引的优化设计。接着对数据分析模块进行设计并实现，主要包括数据仓库的结构设计、数据转换与导入的设计、数据立方的构建，对经典的分析关联Apriori算法针对项目应用要求进行了改进，对改进后的性能进行评估并利用算法对历史环境数据进行分析挖掘，得到了相应的结论。最后为验证设计的正确性对本文中所做的工作进行了测试分析，测试结果表明，系统能够正确稳定地运行并且功能符合设计要求，达到设计目标。
本文设计的煤矿安全综合监管系统在功能上仍然存在许多需要完善和改进的方面，全文的最后对所做工作进行总结，并提出展望。
关键词：煤矿安全，监管系统，数据挖掘，数据库
Abstract
Coal constitutes the disposable energy in the proportion of up to 70% .Which plays a important role in the development of the national economic. However, the coal mine accedents occurred frequently, which caused huge losses to the whole country and bad social influence.although our mine safe. The six systems have been established now.But there are still such problems as Low intelligence、inpendence of monitor and management.
Considering the current situation of the mine monitoring system this thesis will accomplish the Analysis and design of the consolidated supervision software applying the ideas of comprehensive, integrated and the optimization expand of the system using the technology of Data Mining to make it works more efficient in the using of practice. Data mining can help the system find the useful imformation from the numerous of data which play a important role in the work of safe supervision.
The focus of this thesis is the design and Implementation of the database and the data analysis module of the system.First the design of the whole structure is posed based on the demand analysis of the mine monitoring system dividing the whole system into three sections, the data acquisition layer, the data proess layer, and the displaying layer. Then the detail of every layer is analyzed and the data processing programme which including the choice of the programming methods, dbms and the association algorithm is demonstrated. The degsin and optimization of database is completed which includes the designs of the data flow diagram, E-R, data sheet, data partition and index. Then the design of the data analysis module is posed which includes the structure of the data warehouse and ETL.The Apriori algorithm is improved for the demand of the project and the algorithm improved is used in the mining of the history data in mine. The performace of the algorithm improved is evaluated simultaneously. Finally, to verify the correctness of the design, we set the work done for testing and analyzing, the results show that the system can operating correctly and stably, the functions meet the design requirements and achieve the desired designing goals.
The integrated coal mine safety supervision software designed in this thesis still needs improving. Finally the work done in this thesis is summarized and prospects are proposed.
Keywords: coal mine safety, monitoring system, data mining, database
目录
图录 VII
表录 IX
注释表 XI
第1章 引言 1
1.1 论文研究背景 1
1.2 我国煤矿生产安全现状 2
1.3 煤矿监管系统国内外现状 4
1.3.1 国外研究现状 4
1.3.2 国内研究现状 5
1.4 论文研究的目的与意义 5
1.5 论文主要研究内容 5
1.6 内容组织结构 6
第2章 煤矿安全综合监管系统研究与分析 8
2.1 煤矿安全监控系统现状分析 8
2.2 煤矿安全综合监管系统总体分析 9
2.2.1 煤矿安全综合监管系统结构分析 9
2.3.2 数据处理流程分析 11
2.3.3 数据处理方式分析 12
2.3.4 系统软件架构分析 13
2.4 本章小结 15
第3章 煤矿安全综合监管系统总体方案设计 16
3.1 煤矿安全综合监管系统需求分析 16
3.1.1 系统功能需求 16
3.1.2 系统数据需求 17
3.1.3 系统性能需求 18
3.2 煤矿安全综合监管系统方案设计 18
3.2.1 数据采集层介绍 20
3.2.2 显示处理层介绍 20
3.2.3 显示管理层介绍 21
3.3 数据处理方案论证 21
3.3.1 程序设计方法的分析与选择 21
3.3.2 数据库管理系统的分析与选择 22
3.3.3 关联分析算法的分析与选择 23
3.4 本章小结 24
第4章 煤矿安全综合监管系统数据库设计与实现 25
4.1 系统功能模块分析设计 25
4.2 数据库逻辑设计 26
4.2.1 数据流图的设计 27
4.2.2 E-R模式的设计 29
4.2.3 数据关系表的设计 33
4.3 数据库物理设计与性能优化 40
4.3.1 数据库存储结构分析 40
4.3.2 数据库分区使用 41
4.3.3 索引的选择 43
4.4 数据库的连接与调用 46
4.4.1 数据库的连接操作 46
4.4.2 功能模块对数据库的调用 47
4.5 本章小结 51
第5章 数据分析模块设计与实现 52
5.1 数据分析模块的结构设计 52
5.2 数据仓库的设计 53
5.2.1 数据仓库主题分析 53
5.2.2 数据仓库概念设计 53
5.2.3 ETL的设计与实现 53
5.3 数据立方体的构建与多维分析 55
5.3.1 多维立方体的构建与优化 55
5.3.2 多维分析 56
5.3.3 OLAP数据的更新处理 57
5.4 数据挖掘功能的分析与实现 58
5.4.1 关联规则的定义与分析 58
5.4.2 经典Apriori算法分析 58
5.4.3 对Apriori算法的改进 60
5.4.4 改进算法的效果评价 62
5.5 本章小结 63
第6章 系统测试与结果分析 64
6.1 测试方案介绍与选择 64
6.1.1 黑盒测试 64
6.1.2 白盒测试 65
6.1.3 测试目标与方案选择 65
6.2 测试平台的搭建 66
6.3 测试内容及结果分析 67
6.3.1 系统管理功能测试 67
6.3.2 报表管理功能测试 69
6.3.3 预警功能测试 70
6.3.4 人员定位功能测试 72
6.3.5 数据分析功能测试 73
6.4 本章小结 75
第7章 总结与展望 76
7.1 全文总结 76
7.2 展望 77
参考文献 78
附录A 引用代码段 81
致谢 85
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果 86
图录
第1章
图1.1 2004～2013年中国与美国煤矿死亡人数对比 错误!未定义书签。
第2章
图2.1 煤矿安全综合监管系统整体结构 10
图2.2 系统数据处理流程图 12
图2.3 煤矿安全综合监管系统软件体系架构 15
第3章
图3.1 系统整体结构图 19
图3.2 喷泉模型结构图 22
第4章
图4.1 第一层数据流图 27
图4.2 第二层数据流图 28
图4.3 第三层数据流图 28
图4.4 基本信息数据库E-R模式图 29
图4.5 生产数据库E-R模式图 31
图4.6 事故故障数据库E-R模式图 32
图4.7 集团数据库E-R模式图 33
图4.8 用户管理功能流程 47
图4.9 数据列表显示实现流程图 49
图4.10 模拟量日报表实现流程图 50
第5章
图5.1 数据分析模块结构图 52
图5.2 ETL开发流程图 54
图5.3 煤矿历史环境监测数据立方体 57
图5.4 Apriori算法流程图 59
图5.5 改进后的算法流程图 61
图5.6 算法性能对比图(a) 62
图5.7 算法性能对比图(b) 62
第6章
图6.1 测试环境网络拓扑结构 66
图6.2 监管系统登录输入界面 67
图6.3 用户登录成功提示界面 68
图6.4 新建员工信息界面 68
图6.5 员工信息查询 69
图6.6 模拟量报警日报表主表 69
图6.7 模拟量报警日报表附表 70
图6.8 预警曲线显示窗口 71
图6.9 预警信息公布窗口 71
图6.10 预警信息公布窗口 72
图6.11 考勤管理界面 73
图6.12 待挖掘实验数据列表 74
图6.13 处理后的待挖掘数据列表 74
表录
第2章
表2.1 OLTP与OLAP的比较 12
表2.2 C/S架构和B/S架构的优缺点 14
第3章
表3.1 系统功能需求分析表 16
表3.2 数据库管理系统对比分析 23
第4章
表4.1 瓦斯浓度监测表 34
表4.2 粉尘浓度监测表 34
表4.3 顶板压力监测表 35
表4.4 员工信息表 36
表4.5 用户信息表 37
表4.6 设备信息表 37
表4.7 安全检查表 38
表4.8 事故隐患表 38
表4.9 员工违章作业表 39
表4.10 安全事故表 40
表4.11 Staff选择性表 43
表4.12 BranchMine选择性表 44
表4.13 Equipment选择性表 45
表4.14 Login表 48
第6章
表6.1 系统测试硬件应用环境 66
表6.2 测试系统应用环境 67
注释表
英文缩写 英文全称 中文全称
E-R Entity Relationship Diagram 实体—联系
OLAP Online Analytical Processing 联机分析处理
RFID Radio Frequency Identification 射频识别
CAN Controller Area Network 控制器局域网络
OLTP OnLine Transaction Processing 联机事务处理
C/S Client/Server 客户端/服务器
B/S Brower/Server 浏览器/服务器
SQL Structured Query Language 结构化查询语言
DM Data Mining 数据挖掘
DBMS Database Management System 数据库管理系统
DCOM Distributed Component Object Model 分布式组件对象模型
SAW Surface Acoustic Wave 声表面波
XML Extensible Markup Language 即可扩展标记语言
I/O Input/Output 输入/输出
DTS Data Transformation Service 数据转换服务
UI User Interface 用户界面
IP Internet Protocol 因特网互联协议
TCP Transmission Control Protocol 传输控制协议
DW Data Warehouse 数据仓库
第1章 引言
1.1 论文研究背景
煤炭作为我国主要能源构成的主体，在我国经济建设中占据着重要的地位。伴随着我国经济和科学技术的高速发展，煤矿产量也迅速增加。煤矿作为重要的基础能源和原料在今后很长时期内都将在我国一次能源消费结构中占据第一的位置[1]。由此看来煤炭工业承载着我国经济建设、社会发展和民族振兴的历史重任。但与此同时矿下安全事故却频频发生，给矿井工作人员的生命安全及国家财产安全造成了极大的威胁。据统计，2013年煤矿的百万吨死亡率为0.28，造成了极大的经济损失和恶劣的社会影响。因此，煤矿安全一直受到党中央、国务院的高度重视。
煤矿工业的持续、稳定、健康发展，直接关系着我国能源安全和全面建设小康社会目标的实现。与欧美国家相比，目前国内煤矿生产的安全性还存在相当大的差距，我国煤矿多为井下采掘，并且随着开采深度的不断增加，开采强度的不断增强，井下情况变得更为复杂[2]。到目前为止我国以六大系统为基础的煤矿体系已经基本建设完毕，其中煤矿安全监控系统是整个体系的重要组成部分。虽然在国家安全监管总局和国家煤矿安监局的监督下，我国绝大多数煤矿都安装了煤矿监控系统，且各系统在控制安全事故的发生方面也起到了非常明显的作用，但是仍然很难达到国家相关部门的规定目标。主要存在设备类型不全、设备数量不够、设备老化明显、监测量单一、兼容性差、实时性差等问题，在实际的运用阶段中常常出现因安装区域不合理而产生的误测误报现象，无法及时获得相应环境参数以至于不能在第一时间采取相应的救援工作。同时对长期积累的历史数据无法完整的保存以及缺乏对其蕴含的丰富信息的分析挖掘也极大地限制了对整个灾害的预防工作的开展。
虽然我国煤安全管理工作面临的挑战依然严峻，但信息时代的来临，在大数据的背景下伴随着物联网技术、计算机软件技术、数据库技术、数据挖掘技术的飞速发展，为煤矿行业的安全生产信息化提供了有力的技术支持。因此实施对现有煤矿安全监管系统的更新换代成为国家实施安全生产的迫切需要，开发综合性能好、处理能力强、稳定性好的煤矿安全监管系统具有非常重要的现实意义。
1.2 我国煤矿生产安全现状
我国的煤矿开采量居世界首位，但与此同时煤矿事故以及伤亡人数也高居世界第一，事故死亡的人数大约占到世界煤矿事故总死亡人数的五分之四左右。如美国和德国这样的煤矿开采大国均经历过事故多发期，然而上世纪80年至今，欧美主要产煤国的煤矿生产安全状况明显改善，其煤炭百万吨死亡率在上世纪80年代末已降到1人以下[3]。
近年来随着我国对于煤矿安全生产重视程度逐步提高，出台了一系列针对于规范煤矿安全生产的法律法规[9]。同时在煤矿下生产与监控技术的不断发展的背景下，我国煤矿事故发生率有了很大程度的降低，但是死亡人数仍然处于千人以上，这严重地制约着我国煤矿产业安全化进程的发展。
与西方发达国家最新的煤矿安全监管技术相比较，我国的安全生产水平尚具有很大差距。自2002以来的十年中美国的年生产煤炭量均在10亿吨左右，与此同时，其百万吨死亡率仍然保持在10%以下。而作为世界第四大产煤国和第一煤炭出口国的澳大利亚的百万吨死亡率仅为大约0.014[10]。在最近十年里美国因煤矿事故死亡的人数最多的一年中仅有47人，而在2009年的死亡人数只有18人。2004年至2013年我国与美国煤矿死亡人数对比如图1.1所示。
图1.1 2004～2013年中国与美国煤矿死亡人数对比
从图中可以清晰地看出虽然我国的煤矿死亡人数正在逐年递减，但是仍然是以美国为代表的西方发达国家人数的数十倍，从而说明我国的安全生产水平仍处于相对落后的状态，而其中问题主要集中在以下几点：
1. 煤矿事故类型多样
在我国的煤矿生产中主要事故包括瓦斯爆炸、水灾、顶板坍塌事故、火灾、运输事故、设备故障事故等，其中无论从事故死亡人数还是造成的后果严重程度来说，瓦斯爆炸都是矿下安全事故中最值得引起注意的。根据2005年至2009年这5年的煤矿事故数据可以得出由瓦斯引起的事故伤亡人数占总数的47%[4]，居各项事故之首，而发生次数也仅次于顶板事故，带来了巨大的生命财产损失。
2. 设备改造、技术革新滞后
由于煤矿市场长期不景气导致大多数中小型煤矿负债累累，从而大大削减煤矿安全经费的投入。根据相关部门统计，我国重点煤矿安全欠账已达到680余亿人民币，致使设备改造及技术革新无法得到有效保证，部分技术设备老化、落后，抗灾害能力大大降低。
3. 生产人员专业知识匮乏
根据相关数据统计在我国煤矿安全事故中，由人为因素引起的事故占到总数的60%。主要原因是在煤矿生产的不断发展的过程中吸纳了大批农民合同工，其专业知识相对匮乏且安全意识淡薄，在生产过程中的不规范操作大大增加了事故的发生率。
综上所述，煤矿安全监控系统已经成为保证煤矿安全的重要手段。我国每年煤矿事故死亡人数的减少也正是因为煤矿安全监控系统的广泛应用。由于煤矿安全监控系统并没用被应用于每个煤矿中，整体煤矿事故伤亡人数依然很高。目前国家正在采取一系列措施进行整顿，例如近几年国家开始整顿小煤矿，2011年全国关闭不具备安全生产条件的小煤矿429余处，但我国小煤矿数量多、分布广、煤矿整顿关闭阻力多，煤矿产业结构调整难度大，煤矿工业粗放型增长方式不可能在短时间内发生彻底改变[3]，小煤矿还将长期存在。
从而为了最大程度上减少煤矿安全事故的发生率，最有效的方法是研发出功能完善、操作简易、采购成本低廉，适用于大多数中小型煤矿的安全监管系统。
1.3 煤矿监管系统国内外现状
煤矿安全监测监控系统最早起源于生产系统的遥控、遥信等技术，一步步发展至今。继五十年代采煤机械化的出现，引起煤炭工业第一次技术革命之后从六十年代初期，国外就已经对环境参数的监测进行了研究，至今已经有四代产品[3]。
1.3.1 国外研究现状
国外煤矿监控系统起步于六十年代中期，当时主要采用空分机制来传输信息，以英国煤矿的运输机控制和日本的固定设备控制为代表。七十年代波兰的CMC-1也是运用的该技术，其具有128个测点可以收集瓦斯、一氧化碳、风速、温度等参数。此时的系统工作环节相对固定，测试对象比较单一，因此系统的容量不大。随着科学的不断进步煤矿监控系统也不断升级其间经历了以Siemens公司的TST系统和F＋H公司的TF200系统为代表的以信道频分技术为基础的第二代系统、以MINOS煤矿监测系统为代表的以时分制为基础的第三代煤矿监测系统和以分布式微处理机为基础的第四代煤矿监控系统，其中具有代表的是美国MSA公司的DAN6400系统[9]。
近几十年来，世界主要采煤国家先后开发了多种系统，如CTT-63/40u（法国）、TF-200（德国）、森透里昂（加拿大）、SCADA（美国）以及KJ（中国）等[10]。随着信息化水平的提高，信息程度和网络化在煤矿行业的不断发展，电子技术的创新应用以及安全生产信息化的高速发展将安全生产技术和监测技术推到了一个新的高度。整个煤矿监管系统朝着融合通信、计算机、传感器技术为一体化的方向，从单一的生产监控到综合的多体化监管系统发展。
欧美发达国家在对安全生产高度重视的基础上配合领先的高新技术、大量的资金投入在井下人员定位、安全监测、隐患预测、设备故障排查领域不断突破创新，管理者可以通过先进的监管设备对井下工作人员进行实时跟踪指导，在保证整个开采工作安全有序进行的前提下大大提高了工作效率，真正实现了现代化管理。
1.3.2 国内研究现状
与国外相比，国内关于监控技术的研发相对落后，在八十年代通过对欧美的一些产品（如DAN6400、TF200等）的学习和改进以后先后研发出了包含环境安全监控、皮带监控、煤矿生产监控、瓦斯抽放泵站监控和信息管理等功能的监控监测系统如KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92[4]。这些系统虽然在整个国内通信监控系统的发展工程中起到了至关重要的作用但却随着科技以及对安全生产要求的不断提高遇到了技术瓶颈，大多数还停留在集散式监控的水平上，存在如系统兼容性低、可扩展性差、数据共享难、系统稳定性不足、维护成本高、环境影响较大、智能化低等不足，这些问题严重地制约了产业的发展，本文将计算机软件技术、物联网关键技术、数据库技术、数据挖掘技术应用到煤矿安全综合监管系统中，试图在增强系统综合性、稳定性、智能化的同时降低系统的开发及运行成本。
1.4 论文研究的目的与意义
本论文将对煤矿安全综合监管系统及其数据处理技术进行研究和探讨。以中小型煤矿作为主要研究对象，展开阐述煤矿安全综合监管系统的设计与实现。本文取材于重庆市科技攻关重点项目:《基于声表面波技术的煤矿安全综合监管系统》，基于物联网环境，应用数据挖掘技术，针对国内中小型煤矿特点，深入分析目前安全监管系统存在的问题并提出解决方案，研发出更具综合性、扩展性、智能化的煤矿安全综合监管系统。
1.5 论文主要研究内容
本课题研究目的是完成针对中小型煤矿通用型安全监管系统的设计，该系统主要应用于煤矿生产行业中，借助计算机软件技术、物联网技术以及数据挖掘技术为煤矿生产工作的安全高效的开展提供帮助。在对国内外的煤矿监管系统的比较研究的基础上，结合中小型煤矿的具体需求，制定系统整体设计方案。课题的研究重点为数据的存储、分析模块的设计与实现。具体工作内容包括以下几个方面：
1. 煤矿安全综合监控系统市场调研工作；
2. 在深入了解煤矿监管系统的发展及存在问题的基础上，结合需求制定系统设计的整体设计方案；
3. 完成本系统的数据库的设计与优化，完成各个功能模块与数据库的连接，在此基础上建立以环境监测数据为主题的数据仓库并完成OLAP即联机分析处理(Online Analytical Processing)，的设计；
4. 深入研究数据挖掘技术特点及应用，对其重要分支-关联分析展开研究，针对本系统的需求在对经典Apriori算法分析的基础上，对其进行改进并对改进前后的算法性能进行比较分析，在此基础上完成对井下环境历史数据的挖掘分析；
5. 参与完成系统的测试工作，验证系统的正确性与完整性；
1.6 内容组织结构
本论文不仅介绍了煤矿安全综合监管系统以及相关技术的基本理论知识，同时重点分析了相关算法以及相关技术的研究、程序代码的设计与实现等过程，文章具体组织结构如下：
第1章：引言。阐述了煤矿安全监管系统的背景和发展过程，介绍了该系统国内外研究现状，结合数据处理技术提出了课题的研究背景、意义和主要研究内容。
第2章：煤矿安全监管系统研究与分析。首先介绍我国煤矿生产安全现状，然后对现存的煤矿安全监管系统进行了分析，在此基础上分别从系统结构、数据处理流程与方式以及系统架构等几个方面对本系统进行了总体分析。
第3章：煤矿安全监管系统总体方案设计。在系统总体分析的基础上结合根据需求分析给出了系统的总体结构设计，并对系统的各层功能进行了分析，接着对程序设计方法、数据库管理系统以及关联分析算法进行了分析与选择。
第4章：煤矿安全监管系统数据库设计与实现。首先给出了系统主要功能模块的分析与设计，在此基础上分别给出了数据库的逻辑设计包括数据流图的设计、E-R即实体—联系(Entity Relationship Diagram)模式的设计以及数据关系表的设计，然后给出了数据库的物理设计及性能的优化。在此基础上完成了数据库的建立与连接。
第5章：数据分析模块设计与实现。首先给出了数据分析模块的结构设计，接着完成了以井下监测环境参数为主题的数据仓库的设计与构建以及相关数据的装载，在此基础上完成了多维立方体的设计与构建，并在对关联分析算法分析的基础上对传统Apriori法进行了改进并给出改进前后的算法性能的比较。
第6章：系统测试与结果分析。在搭建测试平台并对测试环境进行介绍后，结合系统主要模块的运行情况验证数据库是否能正常工作并与各功能模块正常连接，相关的模块是否能够正常运行。
第7章：总结与展望。对本文所做工作进行了总结，并对综合监管系统的发展方向以及下一步工作进行了展望。
第2章 煤矿安全综合监管系统研究与分析
本章将首先对煤矿安全监控系统现状进行分析，提出其存在的缺陷，然后分析本系统为了解决其存在的问题将会在哪些方面进行改进，从而引出本项目中所设计的煤矿安全综合监管的总体结构分析。
2.1 煤矿安全监控系统现状分析
煤矿安全监测系统是集计算机科学技术，计算机、通信网络技术，监查监控技术和程控调度技术、信息管理技术、复杂性科学于一体，实现对于目标矿井上、井下各类生产及安全参数和环境参数、电力参数、人员信息等进行监控，连接管理多个生产和安全环节子系统。主要监测对象包括瓦斯、一氧化碳、硫化氢、风速、温度、粉尘、通风率、负压、烟雾等环境参数，水仓水位以及其他各种机电设备开停等生产参数、人员基本信息、工作状态、实时位置等信息，以便面临突发情况时能够在第一时间做好人员撤离，设备转运，及时高效地实施救援行动，同时建立分析决策系统对于历史数据进行挖掘分析，为以后的事故防范提供理论依据。从而实现对于整个矿区的综合性监测和管理。
目前我国所有煤矿的六大系统基本建设完毕，但在实际应用过程中，各系统之间都还是相互独立运行，数据无法共享，煤矿安全监测依然处于低水平、单一化的现状，存在许多不足，具体表现在以下几个方面：
1. 无法实现煤矿安全监测的全覆盖
目前安全监管系统的传感器绝大部分都是固定式安装，由于成本限制和布线难度等原因，不可能在煤矿所有地点都安装传感器，因此只能实现特定区域的监测，必然会存在监控盲区。同时由于新巷道的开拓以及老巷道的废弃，导致煤矿巷道变化较大，原来固定式传感器的检测方式不能很好的满足井下监控全面覆盖的要求，实际中耗费了大量人力、物力对传感器进行位置移动以适应煤矿安全生产的需要。
2. 智能性差、监管分离
目前已经有部分煤矿安装了动态巡更管理、人员定位等系统，但系统功能简单，监测量比较单一，监控系统缺乏智能化，监控系统往往只能起到对单一环境量进行监测报警，而无法涉及集团如员工管理、报表生成、设备信息更新等其他日常工作，从而不得不对这些问题采取人工处理方式，这样不仅产生了大量额外的人力资源同时还可能因为工作中产生的一些人为错误严重影响安全工作的开展。
3. 信息处理手段落后、传感器地点设置不合理
目前大多数煤矿监测系统仅仅是对采集的数据进行简单地统计后便单独存储，数据之间结构独立，系统中存在着大量游离额数据信息需要检查和处理,当紧急事件发生或是需要对历史数据和信息进行分析时，大量的数据往往使操作人员难以适从[12]。同时大多数煤矿传感器数量少、并随着开采活动的不断进行出现设置地点不尽合理、设置时间相对滞后,以及监测信息不够全面等问题,给生产工作带来大量安全隐患[13]。
2.2 煤矿安全综合监管系统总体分析
针对以上问题本系统中将利用无源的SAW RFID读卡器、标签来进行环境监测数据的采集，帮助解决监测设备覆盖范围不全的问题，同时在系统设计时在监测的基础上加入管理分析功能来解决监管分离的问题，而针对传统安全监测系统智能化程度低等问题主要是通过加入数据分析模块来实现智能化管理。
2.2.1 煤矿安全综合监管系统结构分析
本项目的目的是将计算机技术、通信技术、自动化技术、网络技术应用于煤矿安全综合监管领域实现煤矿生产的数字化、信息化、虚拟化、智能化和集成化，从而完成集生产、管理、安全、办公、运销等各流程为一体，以工业以太环网与现场总线为网络平台的矿山综合信息系统的研发。其结构如图2.1所示。
