前言

安全是關乎人民生命財產和幸福生活的頭等大事。安全為了生產，生產必須安全。

安全信息工程是計算機技術、電子信息技術、網絡與通信技術等在安全領域的具體應用。近年來，隨著科學技術的進步，安全信息工程學科得到了長足的發展。但由于它是一門非常年輕的學科，涉及與眾多學科知識的交叉融合，在學科建設上又面臨一定的滯后性。如何既能充分利用現代化的信息技術手段，又要滿足不同安全領域的發展要求，是安全信息工程學科建設面臨的重要課題。

安全信息工程涵蓋的領域非常寬廣。除了安全專業知識外，還包括了信息領域的設計。如硬件設計，包括模擬電子技術、數字電子技術、單片機、DSP、ARM等；軟件設計，包括程序設計、數據庫、網絡通信、算法等內容；最近風起云涌的大數據理論、云計算、移動互聯技術、無人駕駛技術 ，將會給安全信息工程領域帶來一場前所未有的革命。

本書共分為11章，具體內容安排如下。

第1章，安全信息工程概述。本章闡述安全、信息、安全信息工程的基本概念與原理，安全信息工程建設的主要內容，安全信息工程的實例。結合近年來快速發展的大數據理論、云計算、移動互聯技術，給出了安全信息工程的發展趨勢。

第2章，安全信息工程的體系結構。本章以煤礦三大安全系統為例，進行論述。首先對系統進行分析，確定設計范圍和主要內容，進而給出系統設計原理、監測監控的手段及方法、通信的原理，給出了整個系統的完整解決方案。

第3章，安全信息工程的設計方法——礦用乳化液矢量自動配比裝置研究。礦用乳化液矢量自動配比裝置是針對當前煤礦的生產要求來開發和設計的。系統采用了先進的超聲波技術和變頻調速技術，運用主流單片機對裝置進行了設計。系統軟件運用結構化設計思想，采用C51編程，進行了模塊化設計，建立了矢量控制算法，并驗證了該模型在實際生產過程中的正確性和可靠性。

第4章，安全信息工程的監測監控系統——沖擊地壓的監測監控與事故分析。本章針對2015年7月26日，曲阜星村煤礦發生的一次沖擊地壓事故為例，進行論述。3302工作面震動受構造應力與自重應力影響較為顯著。工作面順槽同時面臨深部采動與礦震雙擾動，變形大，有較強的沖擊地壓發生傾向。本章針對3302工作面發生事故的原因、機理，結合當時各個監控系統監測參數的預警分析進行探討。為保證生產安全，預防沖擊地壓的發生，給出了掘進期間沖擊危險監測方案、掘進期間沖擊危險防治方案設計及卸壓解危方案、回采期間沖擊危險監測方案、回采期間沖擊地壓防治方案設計、回采期間監測危險區域處理措施等。

第5章，煤礦安全監測大數據平臺的開發與設計。本章介紹了數據庫設計、軟件設計的原理，給出了軟件運行界面，并列出了部分源程序。應用安全監測大數據平臺，對頂板和沖擊地壓數據進行傳輸、收集、存儲，通過大數據平臺，對算法進行提煉。應用大數據理論，把微震監測系統、綜采壓力系統、電磁輻射系統、鉆孔應力系統，包括鉆屑法等環節獲得的數據進行信息融合，運用平臺的并行運算處理能力，對算法進行仿真和優化。找出頂板運動、沖擊地壓等運動變化的規律性，滿足煤礦企業瞬息萬變的井下環境數據處理能力，實現高效的預警分析，對指導企業的安全生產起到積極的推動作用。

第6章，大數據系統分析方法及在安全預警中的應用。常用的大數據分析方法有：分類、回歸分析、聚類分析、關聯規則、神經網絡方法、Web 數據挖掘、支持向量機、隨機森林等。本章從3308工作面所獲得的200多天的數據著手，進行分析。通過聚類、支持向量機分析，和現場的工程實踐進行比較，以期獲得和工作面相符的結論，更好地指導工程實踐。

第7章，輻射劑量實時監測與預警系統。本章運用已有的煤礦監控系統，嵌入了輻射劑量傳感器，并入煤礦井下監測分站，經光纖傳入地面監控系統；能對礦井輻射環境中的X、γ射線進行不間斷檢測。對長期在復雜環境工作的人員所受的輻射劑量進行連續跟蹤和風險評估；通過傳感器獲得井下實時數據，運用SQL數據庫對數據進行存儲、統計、分析，對超標的輻射環境進行預警，并提醒決策部門、工作人員采取必要的防護措施。

第8章，吊管機智能監控儀的設計。本章論述了監控儀的設計原理，包括傳感器、通信協議、硬件設計、軟件設計、LCD顯示原理及設計，給出了部分源程序。該監控儀具有吊重、吊桿角度、爬坡角度、車體傾斜角度、吊高、工作幅度、力矩百分比等參數顯示及報警功能，最后給出了儀器的抗干擾措施。

第9章，煤礦水文監測系統的設計。本章給出了水文監測系統的整體結構、系統組成與工作原理。以煤礦的實際需要為例，給出了詳細的設計方案、設備規格明細。

第10章，煤礦安全信息工程實例。本章以濟寧鹿洼煤礦的人員定位系統和礦井水文監測系統為例，說明監控系統在企業的應用。這些系統的應用為煤礦的現代化生產、管理起到了保駕護航的作用，也是對第2章和第9章內容的進一步探討。

第11章，安全信息工程在交通智能管理系統中的應用研究。本章從出租車的智能管理總體方案入手，對終端整體結構進行了設計，明確了終端要實現的具體功能，完成了車載智能終端硬件電路設計——主控模塊、液晶屏顯示、無線通信模塊、語音模塊以及接口電路等。軟件設計部分實現了Linux嵌入式開發環境和Qt GUI開發環境的搭建、根文件系統以及QT等源碼的編譯與移植。在嵌入式Linux系統下成功編寫了基于AM1808 Linux Qt下的車載智能終端整套嵌入式程序，在QT圖形化框架下編寫了智能車載終端界面程序，此程序能顯示平臺的各種通知、文本等信息，還可顯示終端本身的各種狀態指示，可以通知用戶終端的最新動態數據。

本書編寫得到國家安監局項目（項目編號：2013097，shandong-0016-2015AQ，shandong-0028-2015AQ）、山東省安監局項目（項目編號：LAJK2013-139，2014-59，2014-94，2015-58，2016-62）資金資助，在此表示感謝。

本書出版之際，感謝我的博士生導師、山東科技大學原副校長宋揚教授；感謝我的碩士生導師閆相宏教授、黃自偉教授；感謝泰山醫學院放射學院院長劉林祥教授，孟慶建書記，科研處長李建民教授、劉建波教授；感謝山東省安監局劉桂法處長；感謝山東省濟寧鹿洼煤礦的劉嶺書記，李浩建工程師，曲阜星村煤礦原副礦長馬學春、鄭玉友高級工程師，蔡輝工程師；感謝中國礦業大學竇林名教授、王連國教授；感謝北京科技大學姜福興教授；感謝山東科技大學宋振騏院士、譚云亮教授、楊永杰教授、吳士良教授、林曉霞副教授；感謝山東農業大學朱紅梅副教授等。要感謝的人太多，恕不一一列出。

本書在編寫過程中得到了閆相宏、張東升、張德新、袁文超、程運福、翟代慶、游敏娟等的幫助，在此對他們的付出表示真誠的感謝。

由于水平和時間所限，以及所述內容的復雜性、多樣性，故難免有不妥之處，懇請讀者批評指正。

　　著者　　　　　　　

　　2018年7月　于泰山腳下