劉相鋒,張飛舟,肖文軍,楊澤民,范詩(shī)玥

(北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知礦山應(yīng)用研究

劉相鋒,張飛舟,肖文軍,楊澤民,范詩(shī)玥

(北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871)

礦山安全生產(chǎn)自動(dòng)化面臨著感知手段單一、缺乏泛在感知網(wǎng)絡(luò)等問題，在已有感知礦山理論的基礎(chǔ)上，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全面引入到礦山應(yīng)用當(dāng)中；通過系統(tǒng)闡述感知礦山特征、平臺(tái)框架、關(guān)鍵技術(shù)以及邏輯結(jié)構(gòu)，利用物聯(lián)網(wǎng)感知手段多樣，實(shí)現(xiàn)泛在感知的特點(diǎn)；提出人員監(jiān)測(cè)及內(nèi)壁巷道位移監(jiān)測(cè)的應(yīng)用模型；對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前面臨的發(fā)展困境及在礦山當(dāng)中推廣面臨的問題進(jìn)行了探討，以期物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦山領(lǐng)域能夠得到良好應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)；體系框架；感知礦山

1 引言

煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，工作場(chǎng)所黑暗狹窄，人員集中，采掘工作面又隨時(shí)移動(dòng)，由于地質(zhì)條件的變化會(huì)使移動(dòng)的采掘工作面不斷出現(xiàn)新情況和新問題，如不及時(shí)采取相應(yīng)的有效措施，就可能會(huì)導(dǎo)致重大災(zāi)害事故，給安全工作帶來(lái)困難[1,2]。因此，需要建立能夠全面掌握煤礦安全生產(chǎn)信息的“感知礦山”系統(tǒng)，以便全面掌握礦區(qū)地面、井下環(huán)境、巷道和機(jī)電設(shè)備的信息及工作狀態(tài)、井下人員分布及工作狀態(tài)，甚至有關(guān)災(zāi)害預(yù)防、事故救助、應(yīng)急預(yù)案以及安全培訓(xùn)等情況。本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于感知礦山，探討研究感知礦山的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)、邏輯接入、關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用分析。

感知礦山就是通過各種感知手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的可視化、數(shù)字化及智能化，即將礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)、安全管理、產(chǎn)品加工與運(yùn)銷、礦山生態(tài)等綜合信息全面數(shù)字化，將感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代信息管理技術(shù)等與現(xiàn)代采礦及礦物加工技術(shù)緊密相結(jié)合，構(gòu)成礦山人與人、人與物、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)詳盡地描述并控制礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)的全過程，以高效、安全、綠色開采為目標(biāo)，保證礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長(zhǎng)，保證礦山自然環(huán)境的生態(tài)穩(wěn)定。

煤礦生產(chǎn)與安全保障除骨干傳輸網(wǎng)和調(diào)度室設(shè)備外，還包括生產(chǎn)與監(jiān)控多個(gè)子系統(tǒng)。感知礦山總體設(shè)計(jì)應(yīng)將所有這些子系統(tǒng)均作為礦山物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容，納入統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制與管理，實(shí)現(xiàn)全面的物聯(lián)網(wǎng)感知礦山。感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用具有如下特征[3,4]：

(1)感知層綜合業(yè)務(wù)服務(wù)：無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)必須能為井下所有移動(dòng)物體提供感知服務(wù)，包括各種設(shè)備、人員、環(huán)境及工況監(jiān)測(cè)等。

(2)移動(dòng)代理與服務(wù)發(fā)現(xiàn)：隨著感知層應(yīng)用的擴(kuò)大，多個(gè)系統(tǒng)共同組成物與物相聯(lián)的WSN 網(wǎng)絡(luò)，這些系統(tǒng)可能是由多個(gè)廠商來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，需要解決如標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、移動(dòng)代理等問題，使感知礦山從開始就向著標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，有利于M2M 設(shè)備層的移動(dòng)。

(3)動(dòng)態(tài)與靜態(tài)兼容：礦山生產(chǎn)與安全數(shù)據(jù)從每天只需幾個(gè)的靜態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)展到對(duì)動(dòng)態(tài)要求很高的振動(dòng)、語(yǔ)音、視頻數(shù)據(jù)。

(4)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述方法：采用元數(shù)據(jù)技術(shù)為上述對(duì)象及數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述方法，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

(5)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)平臺(tái)：根據(jù)元數(shù)據(jù)信息共享系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模塊和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)組織與管理、分布式數(shù)據(jù)共享、分布式數(shù)據(jù)快速索引機(jī)制以及跨平臺(tái)數(shù)據(jù)訪問功能，為信息融合、信息挖掘提供良好的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

2 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)及感知內(nèi)容

由于數(shù)字礦山及礦山綜合自動(dòng)化模型在我國(guó)煤礦企業(yè)已經(jīng)有眾多的實(shí)際應(yīng)用，從目前來(lái)說，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)該建立在這些已有工作的基礎(chǔ)上，充分借鑒已有的經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)，而不是全盤推翻。感知礦山平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示，它是在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上搭建而成，有三層結(jié)構(gòu)[5,6]。

Figure 1 Structure of sensor mine platform圖1 感知礦山平臺(tái)架構(gòu)

感知與控制層由二層網(wǎng)絡(luò)組成，即骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)和感知層網(wǎng)絡(luò)。骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)通常由千兆工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成，感知層網(wǎng)絡(luò)是無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)，如WSN、WiFi、Zigbee等。地面廣泛應(yīng)用的感知層網(wǎng)絡(luò)，如無(wú)線3G網(wǎng)絡(luò)、GPRS等還不能在井下使用。這層主要實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)與安全過程中各種傳感與控制信息的采集。各生產(chǎn)安全子系統(tǒng)在該層以相對(duì)集中方式或全分布方式接入物聯(lián)網(wǎng)。要構(gòu)成物物相聯(lián)，具有自主網(wǎng)功能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)在這一層起著不可或缺的作用。

信息集成與MES(Manufacturing Execution System)層通過千兆工業(yè)以太網(wǎng)骨干將信息集成到控制中心進(jìn)行各種信息處理，如信息融合、信息挖掘等；同時(shí)實(shí)現(xiàn)MES功能，即圖1中用于安全生產(chǎn)監(jiān)控的終端，它們實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)中各個(gè)子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制功能。

管理決策與應(yīng)用層是礦山各個(gè)職能部門通過企業(yè)Intranet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)更高層次的應(yīng)用，如礦山安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)與監(jiān)管、煤礦災(zāi)害預(yù)警與防治、煤礦供應(yīng)鏈管理、大型設(shè)備故障診斷及礦山資源環(huán)境控制等。

基于此平臺(tái)的感知內(nèi)容：

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知礦山的三個(gè)核心感知內(nèi)容是：人員感知、設(shè)備感知以及災(zāi)害感知。人員感知主要是集成現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)、人員定位系統(tǒng)，研發(fā)新型基于無(wú)線覆蓋的移動(dòng)雙向數(shù)據(jù)信息終端，圖5中描述了人員感知模型；設(shè)備感知是對(duì)井上、井下各生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，減少井下操作人員并同時(shí)感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修；災(zāi)害感知主要是除常規(guī)的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)外，特別是對(duì)危害礦山安全的如沖擊地壓、煤與瓦斯突出、突水、火災(zāi)等災(zāi)害預(yù)兆信息進(jìn)行感知。

感知礦山物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)各層的要求及之間的信息融合：

感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的感知層應(yīng)該避免分批引進(jìn)各個(gè)系統(tǒng)，如人員定位系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)、無(wú)線視頻系統(tǒng)等，而缺少對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一規(guī)劃，做到讓其他服務(wù)所需的無(wú)線傳感器和執(zhí)行器方便地接入，實(shí)現(xiàn)真正的物與物相連，同時(shí)感知層要做到開放，統(tǒng)一規(guī)劃，各種服務(wù)所需的底層設(shè)備能方便地接入到感知層網(wǎng)絡(luò)里來(lái)。感知層設(shè)備由大量可以感知環(huán)境、機(jī)電、人員等傳感器構(gòu)成這些傳感器分布在礦區(qū)的地面和井下，從而構(gòu)建了一個(gè)龐大的傳感網(wǎng)絡(luò)層，為全面感知提供保證。

網(wǎng)絡(luò)層需要將傳統(tǒng)的1 000 MB工業(yè)以太網(wǎng)在原有的基礎(chǔ)之上增加兩個(gè)功能，即將IPv4向IPv6轉(zhuǎn)變，增加IP地址的數(shù)量，同時(shí)也能夠滿足無(wú)線與有線混合網(wǎng)絡(luò)對(duì)于IPv6低功耗的要求。網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備主要鋪設(shè)在地面，構(gòu)建覆蓋整個(gè)礦區(qū)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，以完成可靠傳輸功能。

應(yīng)用層解決的是各種應(yīng)用中公共的信息處理，包含了礦區(qū)3DGIS系統(tǒng)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、短信管理平臺(tái)、礦區(qū)應(yīng)急指揮系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)等，可對(duì)礦區(qū)大量的安全數(shù)據(jù)、生成數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，通過系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)礦區(qū)實(shí)施智能化的控制和監(jiān)測(cè)。

感知層中的閱讀器與定位標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成定位與安全監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)信息通過骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)傳遞進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)層，觸發(fā)信息處理平臺(tái)，將最終信息傳遞到應(yīng)用層，應(yīng)用層進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)，并產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)，將信息逆向傳遞到底層終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知以及物物感知。

3 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及存在問題

感知礦山物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)框架如圖2所示[4]，包括了感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)和公共技術(shù)。

Figure 2 Key technologies圖2 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)框架

感知層包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)與接入技術(shù)兩個(gè)子層。要實(shí)現(xiàn)上述的三個(gè)感知，技術(shù)上就要采用符合礦山生產(chǎn)特點(diǎn)的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的分布式、可移動(dòng)、自組網(wǎng)的信息采集方式。同時(shí)，應(yīng)從傳感器原理、檢測(cè)方法、礦山災(zāi)害發(fā)生機(jī)理等多方面進(jìn)行研究，以解決礦山特殊環(huán)境條件下的傳感技術(shù)抗干擾和災(zāi)害源定位的問題，研究環(huán)境的動(dòng)態(tài)、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)問題。為了滿足礦山的特殊條件，需要研究開發(fā)礦山特有的感知與測(cè)量技術(shù)。許多地質(zhì)參數(shù)與巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律是影響礦山安全的關(guān)鍵因素，如地下水賦存情況、瓦斯與煤突出、巖層受力與沖擊地壓、采空區(qū)發(fā)火等。目前，對(duì)這些影響煤礦安全的重要因素的感知技術(shù)還不成熟，需要加強(qiáng)傳感器研究。感知層的接入技術(shù)主要是為各種分布式、移動(dòng)式傳感器、RFID及其它生產(chǎn)與安全設(shè)備提供接入主干網(wǎng)的環(huán)境。煤礦井下目前無(wú)法通過有移動(dòng)通信的WiFi網(wǎng)絡(luò)、PHS網(wǎng)絡(luò)、WSN網(wǎng)絡(luò)、人員定位的RFID網(wǎng)絡(luò)等，但這些網(wǎng)絡(luò)存在著覆蓋區(qū)域有限、信道容量低以及種類單一等主要不足。此外，采煤機(jī)、礦車等金屬設(shè)備與煤壁、巷道等復(fù)雜環(huán)境使得礦山井下成為一種“受限異質(zhì)時(shí)變”的通信空間。構(gòu)建真正符合井下需求的無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)需要開發(fā)新型的無(wú)線系統(tǒng)，現(xiàn)有的短距離無(wú)線組網(wǎng)方式均不能適應(yīng)煤礦井下長(zhǎng)距離、多跳、寬帶、自組網(wǎng)、低功耗的要求。

網(wǎng)絡(luò)層分為網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)和應(yīng)用平臺(tái)二個(gè)子層。網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)是感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的主干網(wǎng)，利用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、煤礦移動(dòng)通信技術(shù)、M2M技術(shù)以及礦山6LowPAN技術(shù)，把感知到的信息實(shí)時(shí)、無(wú)障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送。應(yīng)用平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息集成，包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述、統(tǒng)一數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)中間件技術(shù)、虛擬邏輯系統(tǒng)構(gòu)建等。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)成服務(wù)支撐平臺(tái)，為應(yīng)用層各種服務(wù)提供開放的接口。

應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)主要包括礦山各生產(chǎn)安全子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理決策與應(yīng)用兩方面內(nèi)容。對(duì)礦山各生產(chǎn)安全子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障礦山的正常運(yùn)行。當(dāng)某個(gè)實(shí)時(shí)事件發(fā)生時(shí)，能夠及時(shí)做出反應(yīng)，并用當(dāng)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行指導(dǎo)和處理，減少煤礦企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)生產(chǎn)動(dòng)作過程。而管理決策與應(yīng)用主要是各種軟件應(yīng)用模塊，可應(yīng)用于礦山安全生產(chǎn)形勢(shì)評(píng)估、煤礦資源環(huán)境控制及評(píng)價(jià)、煤礦安全隱患排查等。

公共技術(shù)不屬于某個(gè)特定層，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)的三層都有關(guān)系，包括公共中間件技術(shù)、標(biāo)識(shí)與解析技術(shù)、安全技術(shù)以及各層的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等。其中標(biāo)準(zhǔn)的制定在感知礦山中尤為重要。感知礦山物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)包括M2M接口標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)。由于無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)要為井下各種設(shè)備、人員、環(huán)境及工況監(jiān)測(cè)，需要各層之間實(shí)現(xiàn)M2M標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)設(shè)備層的移動(dòng)。而感知礦山物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)開放服務(wù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，因此要重點(diǎn)加強(qiáng)感知礦山元描述語(yǔ)言規(guī)范的研究，利用元數(shù)據(jù)技術(shù)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述方法，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同時(shí)加強(qiáng)礦山物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)協(xié)議與規(guī)范、平臺(tái)軟件開發(fā)環(huán)境、核心框架與中間件構(gòu)造及標(biāo)準(zhǔn)化等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。

4 應(yīng)用分析

4.1 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)邏輯接入結(jié)構(gòu)

在煤礦綜合自動(dòng)化中各種子系統(tǒng)需接入總體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如圖3所示。感知礦山物聯(lián)網(wǎng)是在綜合自動(dòng)化子系統(tǒng)接入的基礎(chǔ)上，增加分布式傳感器和分布式執(zhí)行器的接入。煤礦綜合自動(dòng)化子系統(tǒng)的接入方式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)明確，子系統(tǒng)中使用的各種傳感器、執(zhí)行器等不直接接入主干網(wǎng)絡(luò)，而是通過網(wǎng)絡(luò)化控制器接入主干網(wǎng)絡(luò)。子系統(tǒng)中的工業(yè)總線固定布置，通常適合移動(dòng)，不能構(gòu)成邏輯化系統(tǒng)。因此，該接入方式比較適用于相對(duì)固定、監(jiān)測(cè)控制量相對(duì)集中的場(chǎng)合，如主煤流膠帶運(yùn)輸、變電所監(jiān)控、水泵房監(jiān)控等。

Figure 3 Access method of automation subsystem圖3 煤礦綜合自動(dòng)化子系統(tǒng)的接入方式

分布式傳感器與執(zhí)行器的接入方式特點(diǎn)：傳感器和執(zhí)行器以有線或者無(wú)線的方式直接接入主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，而不需要通過子系統(tǒng)控制器，如圖4所示。這樣，傳感器與執(zhí)行器布置靈活，適合快速布置、移動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合。分布在網(wǎng)絡(luò)上的傳感器、執(zhí)行器、控制器之間可根據(jù)應(yīng)用需求，組成邏輯上的應(yīng)用系統(tǒng)。邏輯系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器、控制器等在地理位置上可能分布很遠(yuǎn)。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、能源計(jì)量管理、透水監(jiān)測(cè)、煤與瓦斯突出監(jiān)測(cè)、礦壓分布監(jiān)測(cè)等應(yīng)用往往需要這樣的邏輯系統(tǒng)。

Figure 4 Access method of distributed sensors and actuators圖4 分布式傳感器與執(zhí)行器的接入方式

感知礦山物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)該是這兩種接入方式的組合，正是由于感知層的存在，為分布式接入提供了可能，使得感知礦山物聯(lián)網(wǎng)具備了方便快捷部署和構(gòu)建邏輯子系統(tǒng)的能力，使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更適應(yīng)煤礦動(dòng)態(tài)部署、流動(dòng)作業(yè)的需求，也為服務(wù)與數(shù)據(jù)協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)元素的解耦提供了可能，提高了系統(tǒng)的互操作性和可移植性及專業(yè)化服務(wù)水平。

4.2 應(yīng)用實(shí)例

物聯(lián)網(wǎng)在礦山中的應(yīng)用是將傳感器布設(shè)在巷道內(nèi)壁，通過利用RFID技術(shù)，將井下人員的信息以及巷道位移信息傳輸?shù)降孛娼K端，RFID的主要功能是目標(biāo)的識(shí)別與定位、信號(hào)傳輸，利用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)位置信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(1)井下人員安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警：在工作面、巷道等人員通過的地方布設(shè)適量的閱讀器，當(dāng)攜帶有唯一識(shí)別號(hào)定位標(biāo)簽的礦工進(jìn)入傳感器的識(shí)別范圍后，閱讀器與定位標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而完成定位與安全監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)可以對(duì)危險(xiǎn)的廢氣巷道實(shí)行門禁，當(dāng)有人員非法進(jìn)入時(shí)，通過隨身攜帶的標(biāo)簽向工作人員發(fā)送警報(bào)。同時(shí)通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，查詢井下施工人員的分布情況，根據(jù)工作需要對(duì)井下人員進(jìn)行調(diào)配，實(shí)現(xiàn)人力資源的優(yōu)化配置，提高井下工作效率。

國(guó)際上有包括南非、美國(guó)和澳大利亞等在內(nèi)的許多國(guó)家安裝了基于RFID的井下人員定位和搜救系統(tǒng)。井下發(fā)生緊急情況時(shí)，系統(tǒng)傳送警報(bào)和緊急指示信號(hào)給作業(yè)人員，引導(dǎo)人員疏散。事故發(fā)生后，可以及時(shí)準(zhǔn)確地了解井下人員的分布情況和準(zhǔn)確位置，利用GIS系統(tǒng)分析被困人員的最佳逃生路線，為決策層提供救援依據(jù)。

(2)巷道內(nèi)壁位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：巷道內(nèi)壁位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是綜合應(yīng)用激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)而開發(fā)的應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)視巷道內(nèi)壁位移發(fā)展情況的系統(tǒng)。

巷道位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成從硬件角度看，可由基準(zhǔn)激光器、位移監(jiān)測(cè)儀、調(diào)制解調(diào)器、信號(hào)線路和監(jiān)控計(jì)算機(jī)等五個(gè)部分組成。

傳感器監(jiān)測(cè)巷道位移變化，通過激光束實(shí)時(shí)地將位移信息傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)儀，最后由監(jiān)測(cè)儀傳到智能終端設(shè)備，如圖5所示。

Figure 5 Monitoring of tunnel displacement圖5 巷道內(nèi)壁位移監(jiān)測(cè)

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)還處在早期應(yīng)用階段，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)一定要打破物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用初期那種功能單一、網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立、數(shù)據(jù)私有、缺乏標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，真正按物聯(lián)網(wǎng)所要求的開放、標(biāo)準(zhǔn)、物與物互聯(lián)的方式進(jìn)行發(fā)展。按照統(tǒng)一規(guī)劃、整體設(shè)計(jì)、分步實(shí)施的原則進(jìn)行。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于礦山，由于其井下作業(yè)的特殊性，目前仍有許多研發(fā)工作需要去做，特別是感知層的建設(shè)。隨著技術(shù)的成熟應(yīng)用，感知礦山必將會(huì)給我國(guó)煤礦業(yè)帶來(lái)革命性的變化，成為既能保證井下作業(yè)安全性，又能得到高收益且實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。本文對(duì)于感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的研究?jī)H從平臺(tái)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、傳感器與執(zhí)行器的接入以及應(yīng)用案例四方面進(jìn)行了討論，由于礦山的特殊環(huán)境和現(xiàn)有條件的限制，后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行還需進(jìn)一步的努力和改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得和分析將在下一步的研究工作中進(jìn)行加強(qiáng)。

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LIU Xiang-feng,born in 1987,MS candidate,his research interests include IOT，and satellite navigation.

The application research of sensor mine based on Internet of Things

LIU Xiang-feng,ZHANG Fei-zhou,XIAO Wen-jun,YANG Ze-min,FAN Shi-yue
(School of Earth and Space Sciences,Peking University，Beijing 100871，China)

The automation of mine safety production is facing the problems such as the single means of perception, lack of ubiquitous perception network, etc. Based on the previous theory of sensor mine, the internet of things is applied to mine application completely. Through systematically discussing the characteristics of sensor mine, the structure of platform, the key technique and the logic structure, the application analysis on personnel monitoring and the displacement monitoring of inner wall are proposed by using the various means and ubiquitous perception of the internet of things. We hope that the internet of things can be well applied in mine by discussing the problem of the development and application about the internet of things in sensor mine.

Internet of Things;hierarchy structure;sensor mine

2012-09-11;

2013-01-03

1007-130X(2014)03-0566-05

TD67

A

10.3969/j.issn.1007-130X.2014.03.033

劉相鋒(1987-),男,山東莒縣人，碩士生，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)和衛(wèi)星導(dǎo)航。E-mail:Liuxiangfeng0601@163.com

通信地址：100871 北京市海淀區(qū)頤和園路5號(hào)北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院

Address:School of Earth and Space Science，Peking University,5 Yiheyuan Rd,Haidian District,Beijing 100871,P.R.China