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标题: 矿山物联网体系及其应用（下） [打印本页]

作者: forsuccess 时间: 2012-11-25 22:55 标题: 矿山物联网体系及其应用（下）

4 矿山物联网体系的构成
矿山物联网是将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息全面数字化，将感知技术、传输技术、信息处理、智能计算、现代控制技术、现代信息管理等与现代采矿及矿物加工技术紧密相结合，同时纳入矿山全部人员、设备和环境信息，构成矿山中人与人、人与物、物与物相联的网络，以便动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营的全过程，实现矿山系统的全面智能控制，是矿山企业减员提效、防灾减灾害的最佳解决方案。下面介绍一下矿山物联网体系的构成。
4．1 矿山物联网综合管理平台
矿山物联网标准化综合平台是以大量无线、无源、多参数传感器及有线传感器，物联网控制分站等设备以及有线、无线网络相结合形成的矿山标准化感知、控制及管理综合平台。
该平台的表现形式主要采用三维可视化技术。三维可视化系统利用矿井实际数据，采用虚拟现实技术和各种实体建模技术来构建三维可视化应用，同时采用3D虚拟技术，以地测、工程数据为基础，自动生成三维地面工业广场、井巷工程立体图、三维钻孔、地层立体图。在矿井综合工况图中显示生产信息(动态采、掘工作面位置)、实时动态的监测信息，包括瓦斯、CO等有害气体的三维分布，人员的三维分布，安全与生产设备(集成综合自动化系统)的三维分布及其运行状态，井上、井下视频监控图像等，以便将矿井地面与地下的真实全貌(包含生产、设备运行状态)完整地展现出来。
4．2 全面覆盖的矿山企业各功能子系统
在矿山物联网子系统方面，主要包括生产、保障、安全及其他四个大类系统，而且可以根据现实需要延伸出不同的分支系统。具体如下：
生产系统：包括提升系统、主运输系统、辅助运输系统、综采工作面系统、洗选集控系统、皮带机运输系统、斜井提升系统、开拓工作面系统。
保障系统：包括供电系统、通风系统、压风系统、排水系统、供水系统、设备检测维修系统等。
保障系统：包括安全监测系统、束管系统、瓦斯抽放站自动控制、矿井来压实时监测系统、通用调度指挥系统、无线应急通信系统、重大危险源监测管理控制系统、应急救援指挥系统。
其他配套系统：包括供暖系统、消防系统、季节性水灾预防系统、污水处理系统、能源计量综合管理系统和智能决策、诊断分析系统。
矿山物联网子系统与现有子系统的区别是具备系统协同功能和完善的感知功能。例如：在灾害预警防治子系统中，通过对瓦斯涌出规律的分析和瓦斯实时监测及预测预警，可实现生产的安全监测。而根据历史及当前实时监测出的瓦斯、风速、风门开关、局部通风机开停等信息，以及历史人工瓦斯检测信息，瓦斯超限记录，矿井回采、地质等信息，并通过数据挖掘和相应的数学模型，就可以得出相应煤层的瓦斯涌出规律。然后通过对与瓦斯有关的相关信息的采集处理，可以实现对安全监控信息的实时监测、规律分析和超前预警。预、报警方式主要是系统内即时信息、手机短信、通风GIS的图上动态显示等。
在束管系统中，通过对矿井自然发火规律分析以及外因火灾监测报警，可以实现自然发火早期预测预报、自燃火灾标志性气体分析，以便及时判断、识别矿井自然发火隐患，并对外因火灾进行监测报警。依据历史及当前的束管监测、人工防灭火检测信息，结合相应的煤层自然倾向性、煤层燃点、巷道风速、气体变化、采煤方法、推进速度、顶板情况等自然发火影响因素的建模分析，得出不同矿井、不同煤层、不同区域、同一煤层不同分层等的发火规律；同时根据外因火灾(主要是皮带发火、电器发火)的发展规律，结合对皮带、电器所在巷道的烟雾、温度等监测信息，实现外因火灾监测报警，并得出矿井的外因火灾发生后对其他区域的影响规律。
4．3 网络传输设备
矿山物联网的具体产品具有统一的模型架构、数据描述和通信协议等，这使得矿山物联网产品具有普遍的适用性和兼容性。因此，对于网络传输设备的要求也非常高，必须具有较强的兼容性和适用性。需要开发基于IPv6通信技术的自组网设备，基于无线传感网关键通信控制设备，基于传感节点自组网技术及相关设备，基于应急通讯设备光线通信设备及控制分站和设备图像、语音、信息、数据等交互处理设备，基于通用服务器、伺服器、集群、传感网智能路由器等组合开发的矿山专业信息处理设备。
4．4 传感器体系
矿山物联网需要将所有子系统进行标准化整合，以便实现普遍互联和信息共享，因此，需要完成实时全面的感知和监控，同时需要构建完善的感知系统和完善的传感器体系。其重点应从以下几方面入手：
(1)环境感知类：结合现有煤矿生产实际，在完善瓦斯、煤尘、温湿度、形变、红外、辐射、SO2等有害气体传感器的基础上，实现空间距离上的突破，同时还应包括其他环境感知类的智能处理、多参数集成的传感器。
(2)设备控制类：包括生产设备控制、辅助设备控制、环境监控设备控制、通信控制、安全设施控制、危险源监控设备控制等与自动化设备及系统对接控制用的传感器，主要是在接收感知传感器信息数据并处理分析的基础上，结合对设备运行状态的感知，为自动控制提供智能化的决策参考。
(3)有线传感器：主要是用于工作环境恶劣、无线信号容易受到干扰的综采系统、煤尘瓦斯集中区以及不需要移动和远距离监测的巷道固定安装基于光纤、电力线的传感器设备。
(4)无线传感器：包括用于无线信号覆盖及受干扰较小的环境感知、提升输送等移动设备控制及监控所需的无线、无源传感器。
4．5 标准和接口
矿山物联网是适应矿山需要的新体系，要具有相关的技术标准，主要包括矿山物联网平台模块化标准、子系统及其接口标准、网络地址分配标准、IPv6技术矿山应用标准、传感器分类及标准、实时通信互联协议、控制标准、管理标准等。

5 结语
目前，国内外关于矿山物联网的产品遍及安全、生产、管理各个环节，国内有上百家企业在从事生产系统、胶带、运输、提升、输送、井下排水、瓦斯抽放、通风系统、防火灭火、人员监测、综采工作面、给水、地面供电、井下供电、水处理、锅炉房、供压、井下降温、选煤厂、多媒体、通信、视频等系统的设计与产品开发。从产品细分和业务环节覆盖程度看，几乎涵盖了矿山物联网的全部内容。但从产品、系统的设计深度、适用性来看，大部分产品流于表面主体功能需求，细节方面较差。以视频监控为例，国内尚无产品能够将视频监控采集的信息进行分类处理并提出针对性的建议方案或者预测结果，这显然不能达到矿山企业对科学分析、智能决策的实际需求。存在这种细节适用性问题的原因在于，真正的矿山物联网系统应该是融入矿山企业管理运营经验的系统，是智能化程度高、真正能够起到减员增效作用的系统。传统的软件、硬件及系统集成商大多没有矿山企业管理经验，对矿山生产运营中涉及的细节问题、管理经验、技术等没有深刻理解，也就难以设计出真正有价值、实用性强的系统和产品。
矿山物联网体系的构建与矿山企业现有的信息化系统相比具有无可比拟的优势，其在感知范围、控制的自动化程度和管理的智能化程度方面显著提升。目前，矿山企业现有信息化系统大多为独立的子系统，诸如煤矿综采系统、提升输送系统、瓦斯监测系统、人员定位系统等，这些系统独立成体系，管理控制信息不能与其他系统共享，这使得矿山企业要针对每个系统安排调度协调、巡检维护、现场值班人员，以保证其良好运行。在各个子系统大的感知能力方面，目前主要限于小范围内瓦斯、煤尘等有害物质及水、火、温湿度等的信息采集，对于岩体形变、环境辐射、电磁及其他有害气体等的监控及监测范围并不到位，因而大大削弱了对矿山灾害的预警能力，不能充分保障矿工及设备的安全。矿山物联网是将所有子系统进行标准化整合，实现普遍互联和信息共享，并可对矿山企业的一切人、设备、环境因素寻址定位，进行实时全面感知和监控，达到“感知矿山、控制矿山、管理矿山”境界的一种系统。它可以显著降低人员需求、提高矿山生产效率、提升矿山企业人员的安全保障水平，对于重大危险源，矿山物联网具有实时监控和模拟预警功能，在灾害发生时，也可以实现及时处置。
矿山物联网的具体产品具有统一的模型架构、数据描述和通信协议，而且，矿山物联网产品应当具有普遍的适用性和兼容性。矿山物联网体系应在依靠物联网企业及科研院所的基础上，与具有丰富矿山企业管理经验的技术人员进行深入融合。

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